无线远程配电柜综合控制系统概要

1 无无线线远远程程配配电电柜柜综综合合控控制制系系统统 可可行行性性报报告告 一一 单单位位基基本本情情况况 盘锦方兴电子科技有限公司是一家专门研发销售工业电子系统 的一家高科技企业 拥有多名高级工程师并有东北大学信息学院作 为协作单位 每年超百万的设备和科技开发支出 从 2007 年到 2009 年公司共投入科技研发资金 300 多万元 在研发团队中有高 级工程师职称的 3 人 工程师职称的 5 人 公司位于盘锦市双台 子区向阳街 10 号 占地面积 2000 平方米 拥有职工近 200 人 二二 项项目目基基本本情情况况 1 1 项项目目主主要要研研究究内内容容 项项目目主主要要技技术术指指标标 配电柜远程控制系统是一个集计算机技术 数据传输 控制技术 现代化设备 远程无线传输及服务器软件管理于一体的综合控制系统 它通过无线网络把众多的带有通信接口的配电柜与计算机服务器连接 起来 由计算机进行智能化管理 实现集中数据处理 集中监控 集 中分析和集中调度的新型配电系统 目前在全国所有应用的配电柜中 还没有这种远程显控的配电柜 这种远程控制配电柜系统 能够起到 配置电源的作用 当线路出现故障时 有利于控制故障范围也方便快 速找出故障点及时加以排除 另外 配电柜内方便放置各种保护设备 如防止短路的熔断器 保险丝 防止过载的空气开关等 可以对线 路和用电设备起到保护作用 2 2 项项目目的的主主要要技技术术难难点点和和创创新新点点 系系统统难难点点在在于于 1 电源设备免受过载 短路 欠电压等故障的损坏 2 准确获取电源有功功率 无功功率 功率因素等曲线并据此调整 3 通信的扰频和串频问题 4 晶振在低温下的温漂问题 5 传感材料在低温中存在漂移及特性变化 6 工业电源的大浪涌电流及强共模干扰对精密测量代器的影响 2 7 大量数据的无线 TCP IP 数据链路及软件处理 现本系统通过 三年多的研究及现场实验 对上述难点已经攻克和解决了 在源材 料中使用了低温漂和抗静电高新材料 使用高精度 高倍放大信号 放大电路及复合滤波电路对信号进行处理 而且在软件上还采用了 特征分析算法进行纠偏 使系信达到了预期的目标 并在实际和试 验中得到验证 创创新新点点在在于于 1 可对变压器进行损耗计算和补偿 2 可计量总 基波 谐波有无功电能分时计量有无功电能 9 费率 四象限无功 分时计量最大需量测量电压 电流 功率等瞬时值 分析电压电流通道 2 41 次的谐波含量及畸变率电压电流波形录 波功能多种事件记录及统计功能大容量负荷曲线记录功能可设置 主副两套时段双物理器件存储参数 3 远程的时进传输 这样即时远程的了解和控制设备的工作状态 4 组成了 GPRS 网络化的电能监测及配电系统 5 综合了计算机 传感器 控制技术 无线技术 信号传输 等 一系列先进的电子技术组成了一个 综合的电能测量与配电系统 3 3 相相关关领领域域国国内内外外技技术术 产产业业现现状状和和发发展展趋趋势势 目前 国内智能电度表从结构上大致可分为机电一体式和全电 子式两大类 机电一体式 即在原机械式电度表上附加一定的部件 使其既完成所需功能 又降低造价且易于安装 一般而言其设计方 案是加装传感装置 变成在机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能 表 使电子记数与机械记数同步 其计量精度一般不低于机械计度 式计量表 全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心 的电子器件 从而取消了电表上长期使用的机械部件 与机电一体 化电度表相比具有电表体积减小 可靠性增加 更加精确 耗电减 少 并且生产工艺大大改善 不必只在原有意义上的专业电度表厂 生产等优越性 最终会取代具有机械部件的计量表 随着国民经济 的快速发展 各种工业民用的电能表得到了日益广泛的应用 而各 种型号的配电柜也进入了工农业广泛应用 在地域上的分布也越来 越分散 当前 GPRS 无线通讯技术的发展相当迅速 但目前没有一种 设备完全将这几种技术集于一个系统组成一个新的设备构成一个先 进的系统 也即是能综合实现电能表与配电柜组成一个反馈系统并 用无线数据传输通过远程来监测供电的各种参数曲线的设备的状态 国内目前还是空白 在国外亦不多 监于电子技术的小型化 无线 3 化的发展趋势 配电系统无疑也将向智能化方向和远程自动化方向 发展 这也是国外的趋势也是整个电子行业的趋势 目前我们主要 以油田的配电柜为主 4 4 项项目目的的基基础础条条件件 与与项项目目相相关关的的现现有有技技术术 设设备备基基础础和和工工作作基基础础 本项目主要在电子和材料方面有较高的要求 涉及到微信号处 理 器件的耐低温 电子器件的温度漂移 材料的压电特性及热极性 以及无线信号传输的抗干扰等 目前在电子元件方面在国外市场能 满足这方面的要求 唯独需要设计出比较合理并能高效抗干扰及相关 器件的温度被偿电路和编写相关的软件代码和整个系统的合理设计 另外近程无线线通信和远程手机信号通信技术在国内外都已经是成熟 的了 因此本项目在基本的器件和一些的基本通信技术都是建立在可 靠的基础之上的 5 5 现现有有技技术术的的知知识识产产权权情情况况及及自自主主知知识识产产权权的的拥拥有有设设想想 我公司现在完全拥有此系统的知识产权 并 正在申请本发明专 利 三三 项项目目可可行行性性分分析析 1 1 资资金金筹筹措措方方案案和和预预算算安安排排 公司自筹 130 万 银行代款 50 万 向政府科技基金申请 100 万 其中 100 万计划用于科技攻关 80 万用于相关的设备和其它开支 100 万用于将这此技术转化为产品生产 2 2 项项目目完完成成后后应应用用可可行行性性分分析析 本项目产品目前定位主要应用在油田的油井上 完成后能实现 如下的功能和应用 1 实时监控 用户可即时查看现场配电系统的各种运行状态和电器参数 直观显示电器线路运行曲线 数据实时更新 2 远程控制 可以在监控主主机或远程的工程师站对再场的配电柜进行 操作 点击界面对象方便实施远程操作 设备定值管理 3 报警故障 如果现场发生报警或故障 系统可以通过多种方式 如语 4 音 图形闪烁 GMS 短信等 将当前状态和故障通知值班人员 并帮助维修人员快速排队故障 并在设置成自动时检测到缺相 或其它意外时自动切断电源保护设备 4 历史数据 系统包含一个历史数据库 用于存储指定变量的长时间变化 趋势 方便用户对现场和用电情况进行分析 5 数据库记录 系统可对各种报警 故障以及操作进行记录并通过数据库 接口存储在各种通用数据库中 为用户提供各种数据报表 曲线分析 事件记录和设备维户信息等方面的完善管理功能 6 设备安装简单 现场的各个传感器都用电池或低于安全电 压 此系统用 12V 安全电压是 36V 由于采用了无线传输 数据方式 现场很少用到布线 这样就可以很方便的把设备 安装上 并且设备 24 小时执行无人看守的工作模式 7 设备投入成本低 相比较投入的人力成本 本设备的费用 远远低于这个数额 适合大量的应用 3 3 项项目目实实施施预预期期成成果果的的经经济济 社社会会 环环境境效效益益分分析析 目前全国有油井 15 万口以上 故障的发现主要是靠人工巡 检来完成 配电柜远程控制系统的成功开发 只需在油田办公室 的服务终端就能完成上述的许多功能 当发现异常时系统自动切 断供电电源也可通过远程手动操作 这样既节省了无效电能还避 免系统非正常状态下的继续供电造成损坏 按照故障率 1 算 巡检间隔按正常的 4 小时算将节约电能 150000 1 4 45 千瓦 270000 度电 天 0 5 元 135000 元 天 365 49275 万元 年 如 果要批量生产将会给本市提供数百工作岗位 同时在税收及各方 面都会有益于本市的经济发展 4 4 项项目目风风险险分分析析 含含技技术术 资资金金 管管理理的的风风险险分分析析等等 从目前已经进展的部分和技术解决难点来看 在技术上达不 到预期效果的风险较低 因为很多的关键技术目前业已取得了突 破性的进展 由于工和参与人数不是太多 所以管理上也不特别 复杂 并且项目均按照正规的研发流程进行而不盲目上马 从技 术难度难点结合自身的科研实际力量实行将难点分小和细的一种 自顶向下的一种设计模式 现在在资金方面已经有了一定的保证 但仍有较大的缺口 还有一些技术上的未知支出 但公司也在尽 5 力筹集希望本项目不能因为资金金而在离成功不远处下马 四四 项项目目实实施施计计划划 1 1 项项目目实实施施年年限限及及年年度度计计划划安安排排 本项目从 2007 年 6 月开始研发 计划用 4 年时间完成本项目 2007 年 6 月至 12 月了解市场相关的设备及产品状况并实地在油田 现场考察现场的实际情况并初步提出本项目的概念及初步轮廓 已 完成 2008 年 1 月至 3 月完成系统的总体设计规划 已完成 2008 年 3 月至 12 月完成相关技术难点的试验及解决工作 已完成 2009 年 1 月至 5 月完成第一个样机系统的正式运行 并申请本系统 发明专利 正在进行中 2009 年 5 月至 12 月完成相关的中试工 作和实测中发现的问题的改进方案 已完成 2010 年 1 月至 12 月 完成改进后的方案及小批量的生产试制并完成相关的产品定型工作 及制定本产品的本公司的企业标准 进行中 2011 年后将进行批量 生产 计划年生产能力为 2000 套 年 2 2 项项目目研研究究的的技技术术路路线线 本项目研究主要采用一些已经成熟技术作为基础点 如无线 通信技术 电源技术等 同时相关的软件亦按照软件工程的自顶 向下设计 并在测试分别采用了黑盒测试与白盒测试相结合的测 试方式对系统进行了综合的测试 当然也有一些地方采用了新的 技术 如次声波的相关波段的获取就没有采用传统的声波干涉原 理而用压电技术与电势相结合的方式 还有位移不用接近开关而 用无线重力加速度通过多重积分再经傅立叶变换进行修正而得出 的位移等方式解决了目前在同行业设备里一直困扰测试方式不好 处理及精度不高的问题 这样在成熟的技术基础上进行了一些新 技术改造和设计 并将一些目前还没有应用于这方面的技术经改 造后应用于此 因此取了比较满意的效果 同时又有成熟的技术 做保证使得产品既有较大的创新又能保持运行稳定 3 3 项项目目实实施施过过程程中中需需要要解解决决的的几几项项关关键键问问题题 含含技技术术问问题题 资资金金筹筹 措措等等 1 有功功率 无功功率 功率因数等的测量与控制设备过程中 的反馈环节 这个是个深度的 反馈和多反馈系统 在整个系统中 有几个连续的二阶负反馈作为系统控制的基点 所以系统不论是 软件和硬件都有较高的要求 特别是采样精度及速度和系统的稳 定性和可控性及抗干扰性等 2 无线信号与大量数据传输及抗同频干扰的处理方法 6 3 计量输入信号符合 IEC60044 7 8 标准 同时 表计具有高速 数据计算处理能力 具备数据通讯 显示 校表脉冲输出等功能 4 足够及时的资金到位问题 由于在项目研发过程中所有的器 件及设备消耗比较大常常超出预计 现公司自有资金已经捉肘见 襟对项目的影响已经开始显现 4 4 项项目目预预期期总总体体目目标标和和阶阶段段目目标标 具具体体的的考考核核指指标标 含含主主要要技技术术经经 济济指指标标 包包括括总总体体考考核核指指标标和和各各单单位位考考核核指指标标 本项目完成后的产品在技术上能适应东北的低温情况和夏天的