基于工控組態(tài)軟件的低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)低壓配電管理自動(dòng)化的要求，利用電力工控組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)一套具有人機(jī)交互界面的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)。在智能電力儀表、RS485總線和基于Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)構(gòu)建的平臺(tái)上，采用專業(yè)的EpSynall電力系統(tǒng)自動(dòng)化組態(tài)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)全程監(jiān)測(cè)各電參量，在有跳閘或其他故障時(shí)報(bào)警，工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障進(jìn)而確保供電正常，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電的自動(dòng)化管理。

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關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；監(jiān)控系統(tǒng)；低壓配電 

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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Design of Lowvoltage Distribution Monitoring System Based on SCADA Software

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ZHANG Lei， BAO Hong， WANG Weile， GAO Junli

（School of Automation， Guangdong University of Technology， Guangzhou510006， China）

Abstract：Based on automation requirement of Lowvoltage distribution management of Ji’ning stadium，using electric SCADA software， designed out intelligent power monitoring system with a manmachine interface.on the platform of the building with intelligent electric meters，RS485 bus and Windows operating system， using the professional EpSynall power system automation configuration software， completed the design of low voltage distribution monitoring systems.The system monitore all the electric parameters， alarm in a trip or other fault， ensure that the power supply is normal， realize the automatic management of low voltage distribution.

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Key words：SCADA software； monitoring system； Lowvoltage distribution

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1引言

變配電站是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而一個(gè)變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其綜合管理水平。在短期無(wú)法改善電網(wǎng)質(zhì)量的前提下，利用電力自動(dòng)化監(jiān)控等技術(shù)手段，提前發(fā)現(xiàn)故障，迅速采取應(yīng)急措施，是避免電力質(zhì)量事故的有效辦法[1]。從國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，變電站綜合自動(dòng)化已是勢(shì)在必行[2]。

組態(tài)軟件是一種控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，用戶可根據(jù)應(yīng)用對(duì)象及控制任務(wù)的要求，利用組態(tài)軟件提供的工具，以“搭積木”的方式靈活配置、組合各功能模塊，構(gòu)成用戶應(yīng)用軟件[3]。

濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)是現(xiàn)代化的大型體育場(chǎng)館，用于承辦各種體育比賽，廣泛開(kāi)展各種群體活動(dòng)，對(duì)配電系統(tǒng)提出了管理自動(dòng)化的要求。為此，本課題采用工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)。

2系統(tǒng)組網(wǎng)

系統(tǒng)以配電室為中心，采用分散、分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為三層：現(xiàn)場(chǎng)控制層、通訊管理層和監(jiān)控管理層，如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)控制層：所有低壓智能監(jiān)測(cè)儀表的進(jìn)出線按一次設(shè)備對(duì)應(yīng)分布式配置，在控制室集中組屏，各段相對(duì)獨(dú)立，完成測(cè)量、報(bào)警、通訊等功能，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示電氣設(shè)備工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障信息和事件記錄、保護(hù)定值等功能。低壓智能儀表和保護(hù)裝置與開(kāi)關(guān)柜融為一體，通過(guò)RS485通訊口接入相應(yīng)的底層RS485子網(wǎng)，將有關(guān)信息輸送至通訊管理層，同時(shí)各個(gè)裝置可完全不依賴于網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立完成對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)控。

通訊管理層：完成現(xiàn)場(chǎng)控制層和監(jiān)控管理層之間的網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)換，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事件信息經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測(cè)管理層，所有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備安裝在控制柜內(nèi)。此外，系統(tǒng)可通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與其它自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，達(dá)到信息資源共享，同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)還具備與智能模擬顯示屏、變壓器智能控制單元和智能直流電源系統(tǒng)等其它自動(dòng)化系統(tǒng)和智能設(shè)備相連接的通信接口。

監(jiān)控管理層：監(jiān)控主機(jī)采用高性能工控機(jī)，所有后臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在控制室，選用專業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件完成系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

圖1監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用戶需要，進(jìn)行需求分析，確定所需要的監(jiān)控參數(shù)，在確保低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，選擇合適的組態(tài)軟件，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)思想是面向?qū)ο蟮模M控制工程師在進(jìn)行過(guò)程控制時(shí)的思路，圍繞被控對(duì)象及控制系統(tǒng)的要求構(gòu)造“對(duì)象”，從而生成適用于不同應(yīng)用系統(tǒng)的用戶程序[7]。組態(tài)軟件采用北京太力公司開(kāi)發(fā)的EpSynall系統(tǒng)軟件。

3.1EpSynall

EpSynall是一個(gè)全開(kāi)放的電力自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它是電力系統(tǒng)與工業(yè)自動(dòng)化軟件的有力結(jié)合。該軟件符合相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)習(xí)慣，具有很好的易用性。EpSynall系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，以SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集）和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為基本的系統(tǒng)框架，提供功能強(qiáng)大的面向發(fā)電廠自動(dòng)化、變電站綜合自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、智能變配電自動(dòng)化的系列產(chǎn)品，采用ADO、COM、TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放接口技術(shù)，可與各種電力系統(tǒng)自動(dòng)化軟件和電力MIS等進(jìn)行無(wú)縫連接[3]。主要特點(diǎn)有：

1）具有穩(wěn)定可靠、快速高效、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好的專業(yè)功能，可作為各種電力應(yīng)用的基本SCADA平臺(tái)使用。

2）美觀方便、實(shí)用性強(qiáng)、專業(yè)完善的人機(jī)界面開(kāi)發(fā)及表達(dá)工具，提供電力專業(yè)圖形、報(bào)表、曲線/棒圖、統(tǒng)計(jì)分析、事件報(bào)警/記錄的支持。

3）具備電力專業(yè)的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的定義及表達(dá)工具，便于建立專業(yè)的電力監(jiān)控模型，提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口。

4）擁有單機(jī)、分布式網(wǎng)絡(luò)、級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種監(jiān)控方式，提供全面的電力系統(tǒng)安全保障支持。

3.2軟件設(shè)計(jì)過(guò)程

3.2.1創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是EpSynall的核心部分。當(dāng)EpSynall運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，同時(shí)工作人員在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中間環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2012年9月

第31卷第3期張磊等：基于工控組態(tài)軟件的低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

在廠站下第一級(jí)新建三個(gè)主變回路和兩個(gè)母聯(lián)回路，如圖2所示。在主變回路下一級(jí)新建饋線回路，與配電柜的每個(gè)抽屜相對(duì)應(yīng)。

2）編輯變量詞典

變量是監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成單位之一，也是系統(tǒng)組態(tài)和監(jiān)控的基本單元， 包括遙測(cè)量、遙信量。它由變量標(biāo)識(shí)符、變量類型和變量的域三個(gè)部分構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)中用到的變量進(jìn)行編輯存入變量詞典。

3）定義變量的I/O信息

I/O信息用于定義系統(tǒng)中的變量與采集設(shè)備之間的關(guān)系。系統(tǒng)通過(guò)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置的變量I/O信息將此處定義的變量與采集設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

圖2主變和母聯(lián)回路

3.2.2實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面使操作者能夠形象直觀的通過(guò)窗口畫面掌握遠(yuǎn)端智能儀表的所有信息。在濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)中包括多種電參量的遙測(cè)以及每個(gè)回路的遙信，并且具有掉閘報(bào)警和報(bào)表查詢等多種功能。

1）新建窗口

窗口是用戶進(jìn)行監(jiān)控的動(dòng)態(tài)畫面，例如：畫面組織、動(dòng)畫連接等工作場(chǎng)所，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中的窗口數(shù)目不限。用戶使用系統(tǒng)提供的作圖工具或者其他輔助工具，在窗口中完成工程需要的畫面流程。系統(tǒng)中所建的所有窗口如圖3所示。

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圖3窗口畫面

2）建立動(dòng)畫連接

在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，我們需要通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)制作動(dòng)態(tài)畫面，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫(kù)中的變量才是與現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的。通過(guò)動(dòng)畫連接，監(jiān)控點(diǎn)的值以圖形、動(dòng)畫、聲音和文本等方式形象生動(dòng)地展現(xiàn)在用戶面前，使監(jiān)控工作變得更為容易、直觀和生動(dòng)[1]。

在系統(tǒng)中主要用到兩種動(dòng)畫連接，首先是顯示模擬量的輸出用于顯示每個(gè)回路中遙測(cè)量；其次是離散量填充顏色連接用于顯示回路開(kāi)關(guān)量的合閘與掉閘，如圖4所示。

圖4離散量填充顏色動(dòng)畫連接

3）采集規(guī)約與采集通道

低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)用到的通信規(guī)約是Modbus 協(xié)議，用到智能儀表帶有RS485通信功能，共105塊，由于每條通道最多能有32塊表，所以分為4個(gè)通道：“通道1”有28塊表；“通道2”有26塊表；“通道3”有22塊表；“通道4”有29塊表。還需要對(duì)每個(gè)通道的功能碼、寄存器地址和值類型等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

4現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

設(shè)置智能儀表的地址與低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的從機(jī)地址一一對(duì)應(yīng)，用串聯(lián)的方式把每個(gè)通道的儀表用屏蔽線連接起來(lái)。

首先對(duì)每一條通道上的每一塊儀表通訊進(jìn)行調(diào)試，需要用到MWE820A轉(zhuǎn)換器和Modbus poll調(diào)試軟件。MWE820A實(shí)現(xiàn)RS485轉(zhuǎn)USB的功能， Modbus poll是一款Modbus 管理模擬器軟件。

用MWE820A將一條通道與電腦連接，安裝好驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)低壓后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)

圖5RunSys1畫面

的運(yùn)行環(huán)境，打開(kāi)廠站通訊，可以通過(guò)RunSys1畫面對(duì)給通道的所有通訊量進(jìn)行查看如圖5所示。

通過(guò)上下報(bào)文來(lái)查看通訊中是否有錯(cuò)誤，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤時(shí)說(shuō)明通訊中有錯(cuò)誤，可能造成通訊接受錯(cuò)誤的有：儀表地址沒(méi)有設(shè)置或者地址設(shè)置和系統(tǒng)設(shè)置地址沒(méi)有對(duì)應(yīng)；儀表通訊線沒(méi)有正常接入各個(gè)通道通訊線；在系統(tǒng)中的變量I/O設(shè)置不對(duì)。需要查看系統(tǒng)中所有內(nèi)容，一一排除可能存在的錯(cuò)誤直到能正常通訊為止。

將四個(gè)通道一一調(diào)試，直到監(jiān)控畫面顯示的電參量和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)一致。最后利用并口轉(zhuǎn)串口線將四條通訊線連接到電腦上，系統(tǒng)正常運(yùn)行，監(jiān)控畫面如圖6所示。

圖6系統(tǒng)監(jiān)控畫面

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)各個(gè)配電回路的電流、電壓、電能及開(kāi)關(guān)量的監(jiān)控，可以使工作人員在電腦上直接監(jiān)控所有配電柜的狀態(tài)，便于管理和控制；變位報(bào)警功能使工作人員第一時(shí)間得知變位回路的信息，進(jìn)而排除故障，使工作恢復(fù)正常。該系統(tǒng)于2010年2月份在濟(jì)寧全民健身廣場(chǎng)投入運(yùn)行。

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