智能樓宇變電所綜合自動化系統設計

耿雅靜

【摘要】智能樓宇變電所綜合自動化是設備自動化系統的重要組成部分。利用網絡技術，設計操作現場的總線方案，在數據通信的支持下構建樓宇自動化系統，主要包括設備監控、設備保護、設備通信等，最終實現同時段內的信息共享，推進智能樓宇的成體化，并加強數據通信的自動化。在此基礎之上，本文從基礎功能、結構設計、軟件功能等多個角度對該課題進行了細致地分析，以期為建筑電氣研究領域貢獻微薄之力。

【關鍵詞】智能樓宇；自動化；系統設計

引 言

我國建筑電氣的發展勢頭日益迅猛，智能樓宇的杰出成果非變電所綜合自動化莫屬。建筑樓宇中的電氣設備林林總總，且對電氣設備的自動控制已是相當純熟。現如今，如何構建自動控制系統，并實現系統規模的集成，進而降低研發投資成本，都已成為建筑電氣專業的重要課題，也是社會各界關注的焦點問題。因此，必須利用網絡技術，設計操作現場的總線方案，在數據通信的支持下構建樓宇自動化系統，與此同時，廣泛傳播總線設計方案的技術應用。

一、變電所綜合自動化的基礎功能

在現代信息技術的宏觀統籌下，變電所綜合自動化的基礎功能大致上可以劃分為以下五大類別[1]。

（1）變電所綜合自動化的保護功能

變電所綜合自動化的保護功能主要是為保障設備系統的安全而設計、開發的，變電所系統的內部組成部分主要包括各路元件、總線支線以及變壓器等，是一個設備系統的核心部分。除此之外，變電所綜合自動化的保護功能能夠與整個智能樓宇相契合，進而使自動化系統完成數字通信任務。

（2）變電所綜合自動化的計量、監測功能

采集線路電流、電壓、功率，采集變壓器電流、電壓、功率，采集斷路器狀態值和開關狀態值是變電所綜合自動化計量和監測功能的主要內容[2]。除此之外，做好各部件數值采集工作，并計量各線路電能消耗量和系統電能消耗總量，這些都是變電所綜合自動化計量、監測功能的重要部分。

（3）變電所綜合自動化的遙控功能和控制功能

變電所綜合自動化的遙控功能是實時的，變電所綜合自動化的控制功能是實地的。將開關的閉合、斷開，斷路器的運行、中斷，電容器組的自動化投入，以及備用電源的自動化投入作為主要操作內容，以此發揮變電所綜合自動化的實時遙控功能和實地控制功能。

（4）變電所綜合自動化的警報打印功能

變電所綜合自動化的警報打印功能是針對系統參數而言的，系統參數的構成主要包括電流、電壓、電阻功率以及器件溫度等，將系統參數進行整合，能夠完整地生成系統記錄表，例如值班記錄表、事故記錄表以及實時信息參考表格等，將參數值錄入聲光報警系統，進而采取措施對相應程序進行處理操作，為變電所綜合自動化警報打印功能的發揮做好基礎準備。

（5）變電所綜合自動化的通信一體化功能

在變電所綜合自動化開放系統中，將互連規范作為通信一體化的功能準則，利用CAN現場總線技術，將保護、計量、監測、遙控及控制、警報參數一并傳輸給變電所系統后臺，最終實現數字通信一體化[3]。在變電所綜合自動化系統中，通信一體化功能的應用必須保證其傳輸速率大于或等于1兆/每秒。

二、變電所綜合自動化的結構設計

變電所綜合自動化的物理構成主要是開關、計量儀表以及總控設備，變電所綜合自動化的物理構成又分為一次設備和二次設備，一次設備以開關柜為主；二次設備以網絡化CAN現場總線為主，同時又包括CPU控制和通信集成電路。變電所綜合自動化在邏輯結構上大體可以分為三個層次：一是過程層，二是空間層，三是站控層。一次設備和二次設備的結合構成了過程層的交集面，主要針對電力系統進行操作，采集實時電氣值，掌握電力設備在運行狀態中的參數數值，并進行驅動操控；將過程層的實時數據信息進行匯總，是間隔層的主要任務和基本功能，間隔層必須對一次設備進行全面的保護和有效的控制，同時承載了過程層與站控層進行數據通信的聯接任務；整理并生成變電所的實時數據庫是站控層的主要任務，站控層必須對實時數據庫進行有規律性地刷新；按時登陸數據庫，以便對歷史信息數據進行核對和清查；并遵守上級規定，有序地將實時數據傳輸給電管所。反之，電管所可以將中心命令傳達給過程層，對變電所內部的一次設備進行實時遙控。除此之外，可以將第三層站控層發展成為監控中心，即實現變電所的就地性。由此可見，工程師站和操作員站是站控層的必要配備內容，能夠有效地實現人員同設備的聯接。對數據顯示、規范操作以及報警打印來說，站控層的完備性和實用性尤為重要，與此同時，站控層還能夠對過程層和間隔層進行在線修改，在線修改的主要內容包括維護機制、運行狀態和部件參數等。

三、變電所綜合自動化的軟件功能

在智能樓宇的構建中，變電所綜合自動化軟件主要有四組：一是圖形界面，二是實時數據庫，三是控制功能組件，四是第三方程序接口，以上四組軟件可以充分發揮其組態功能：完成報警打印、生成系統CAN總線的動態界面、參數采集與處理、歷史數據查詢以及運作趨勢的動態呈現。

軟件設計之所以重要，是因為軟件設計能夠實現智能樓宇變電所綜合自動化同樓宇其他設備自動化的集成優化，合二為一，相互兼容。軟件功能的系統設計采用面向對象的組件結構，將數據表示和數據操控一同封裝于組件結構的對象中，對象與對象之間的相互作用主要依靠接口調用來實現，變電所自動化系統能夠利用對象與對象之間的相互作用完成軟件功能。軟件功能的具體操作流程如下：服務器利用I/O驅動程序進行數據獲取，數據主要來源于變電所現場的I/O設備，操作員站在計算機內插入CAN控制卡，CAN控制卡與計算機之間生成了自動化DMA數據通信。在設備初始化時，必須優先完成CAN智能卡的驅動，進而，實時信息由驅動接口源源不斷地向CAN總線流出，在必要的加工處理后，一方面生成了動態的圖形界面，另一方面操作員站將控制數據傳輸給I/O設備，最終實現對現場開關等系統構成的實時監控、定值修改和安全保護。

結 語

總而言之，從根本上發展設備控制的自動化和通信應用的一體化，早已是社會各界關注的焦點問題，同時也是構建智能樓宇變電所綜合自動化系統的重要結點。

參考文獻

[1]劉艷華，李瑩琨.淺析變電所綜合自動化系統的應用與實踐[J].黑龍江科技信息，2011，03：30.

[2]吳娜，郭銀景.井下采區無人值守變電所綜合自動化系統設計[J].山東科技大學學報（自然科學版），2011，05：90-95.

[3]張旭.智能樓宇電氣自動化系統相關問題的探討[J].中國新技術新產品，2014，21：111.