基于VB對微機線路保護實驗臺的無線可視化擴展

婁 毅,樊艷芳,鄭雄韜

(新疆大學 電氣工程學院,新疆 烏魯木齊 830047)

基于VB對微機線路保護實驗臺的無線可視化擴展

婁 毅,樊艷芳,鄭雄韜

(新疆大學 電氣工程學院,新疆 烏魯木齊 830047)

在現有WLGB-Ⅱ型微機線路保護教學實驗臺基礎上,構建無線可視化平臺,通過無線通信的方式實現對多個實驗臺的遙測與監控,實現實時電壓電流波形在線顯示、保護整定值編程設定等功能,提高了實驗效果。

微機線路保護;VB語言;無線可視化擴展;RS-422串行通信

隨著自動化程度的不斷深化,繼電保護技術也向計算機化、網絡化、智能化方向發展。由于學?，F有的微機保護實驗臺只能做一些簡單的單機特性實驗,實驗參數設置和實驗結果顯示都很單一。為了提升實驗效果,在現有設備基礎上進行了擴展和開發。本文對微機線路保護實驗臺的無線可視化擴展,是在無線平臺上對多個實驗臺實現繼電保護，解決了只能一臺通信的局限性。通過VB構建微機界面,用Arm單片機控制2.4 GB無線射頻收發芯片NRF24L01進行無線數據的發送和接收,形象展現出實際工作現場的狀況。

1 開發方案

開發方案主要包括軟件功能模塊的設計及上位機與實驗臺通信功能的實現,該方案組成見圖1。本方案選用了Visual Basic 6.0 來完成操作界面制作以及數據的處理。Visual Basic 6.0的重要特點之一是可視。此外軟件設計還包括,89C51單片機匯編語言、數據庫軟件Access2003以及繼電保護整定計算軟件[1]。

圖1 開發方案

工控機利用VB通過無線射頻的方式實現對WLZB-Ⅱ微機的一對多控制功能如下:

(1) 利用工控機實現對微機線路保護實驗臺單臺或者多臺的合分閘操作;

(2) 利用工控機實現對微機線路保護實驗臺的電流、阻抗數據讀取;

(3) 利用工控機實現對微機線路保護實驗臺的電流、阻抗值的修改與整定;

(4) 利用工控機實現對微機線路保護實驗臺的電流、阻抗的波形檢測繪制[2-3]。

2 實現方法

2.1 主接線的設計

在主接線的設計中,我們設計出3條線同時運行,這在單線運行上是一個突破,如圖2所示。

只有單條線路運行時,只能對單條線路進行數據采集和數據分析,以及對單條線路進行整定值計算和設定,這不利于整個電力網絡的穩定運行。現在建立的網架結構是3條電力線路同時運行,可以對3條線路6個保護裝置進行配置,設定6個短路點,根據線路長度選擇6個整定值,對電力網進行數據采集和分析,這大大提高了電力網的穩定性。

圖2 主接線圖的設計

2.2 總體框架設計

總體框架的設計主要有工控機、無線模塊ARM、RS232轉RS422串口轉換器、微機保護試驗臺4部分構成，如圖3所示[4]。

圖3 總體框架

3 軟硬件設計及功能特點

3.1 可視化VB遙測監控程序

可視化VB遙測監控程序是在VB中建立一個人機界面,用來測量和監控下位機的運行,界面見圖4。在該界面中用戶可以通過按鈕對斷路器進行合閘/分閘操作,按鈕(斷路器)的顏色確定分、合閘操作特征碼，并向下位機發送分、合閘控制命令。圖4中紅色鈕表示分閘,綠色表示合閘。通過6個綠色按鈕可以分別對各變電站進行遠程 合閘、分閘操作。其控制代碼如下:

send(0) = jihao(Index).address send(1) = &H4F send(2) = &H48 ret = sio_write(jihao(Index).comport,send(0),3)

以上代碼為數組 send()中存放對6個變電站進行合閘、分閘操作的地址碼、特征碼和校驗碼;“3” 表示發送地址碼、特征碼、校驗碼這3個值。

圖4中按鈕旁邊的標簽實時顯示現場的電力參數如電壓和電流值,其顯示代碼如下:

圖4 VB監控界面

send(0) = jihao(num).address send(1) = &H52 send(2) = send(0) + send(1) ret = sio_flush(jihao(num).comport,2) ret = sio_write(jihao(num).comport,send(0),3) jihao(num).ia = (CLng(Rec(8)) * 256 + CLng(Rec(7))) / 4194304 * jihao(num).xs_i jihao(num).uab = (CLng(Rec(14)) * 256 + Rec(13)) / 1114112 * jihao(num).xs_u

先將實時數據讀取到工控機，然后通過一定的算法得到電壓值和電流值并顯示在監控界面上。

3.2 VB就地輸入整定值及波形顯示程序

通過VB建立輸入整定值界面和故障點設置界面如圖5所示。

圖5 輸入整定值界面(左)和波形顯示界面(右)

在輸入整定值界面中，可通過鍵盤輸入整定值,用于三段式電流保護整定值查詢、錄入、修改。通過該界面可修改和查詢下位機的動作延遲時間、幅值整定值、投切選擇等,并實現上位機和下位機之間的數據通信。

在圖5的波形顯示界面中，可以實時顯示電路參數的波形。該界面中以不同顏色的波形顯示從下位機讀取的速斷電流整定值I段(紅色曲線)、限時速斷電流整定值II段(黃色曲線) ,定時限過電流整定值III段(綠色曲線)及線路實際電流值(藍色曲線)?？梢詫⒉煌瑓档牟ㄐ畏旁谕唤缑嬷羞M行比較分析,該界面形象地顯示了保護的動作及線路的運行情況,這有利于對電力系統運行狀態有更好的了解和掌握[5]。

3.3 ARM無線模塊硬件介紹

硬件系統有: NRF24L01無線射頻收發器,STM32F103RBT6型的ARM單片機,MAX232芯片,電源模塊。ARM原理圖見圖6。

圖6 ARM原理圖

電源模塊給ARM單片機提供3.3 V的電源,給MAX232芯片提供5 V的電源。無線模塊中無線收發器芯片NRF24L01接收到無線信號以后會先將信號送到單片機的SPI串口,并且給單片機發出中斷命令,單片機收到中斷命令會將SPI串口信號讀取到內部存儲空間。當接收完所有信號,單片機會將信號送到USART同步異步收發器上,最后USART通過RS232串口將信號送到上位機上[6-7]。

3.4 ARM與工控機通信程序

ARM與工控機之間硬件上是RS232串口線的連接,在軟件上則有專門的通信程序聯系ARM與工控機。通信程序如下：

if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) != RESET)

if( num_count>=32)

{ num_count=0;

clear=1;

}

當工控機給ARM發出數據時首先會發出中斷信號,ARM接收到中斷信號后響應中斷,將串口的數據讀到Res[]數組當中。

3.5 ARM與實驗臺的通信程序

ARM與實驗臺之間通過RS23/RS422串口轉換器連接,ARM與實驗臺之間的通信程序如下：

if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)==0) {

tmp_buf[32]=0; for(j=0;j<32;j++)

{USART_SendData(USART1,tmp_buf[j]);

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET){};

};

Rx_test=tmp_buf[0]; }

當無線模塊接收到發送過來的數據后，ARM首先將數據讀取到數組tmp_buf[]中,然后通過USART同步異步收發器將數據發送到下位機。

3.6 無線通信程序

發射部分通信程序:

TX_Mode(); delay_ms(10); for(t=0;t<50;t++) { tmp_buf[t]=Res[t]; } tmp_buf[50]=0; Tx_test=tmp_buf[0]; NRF24L01_TxPacket(tmp_buf);

首先進入發射模式，將NRF24L01中的特殊寄存器初始化為發射模式,將從串口讀取來的數據Res[]中的數據轉移到tmp_buf[]中,然后寫入結束符,最后通過函數NRF24L01_TxPacket(tmp_buf)將數據發射出去。

接收部分通信程序:

RX_Mode();//接收模式 delay_ms(5); test2=0; while(test2==0) {if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)==0) {tmp_buf[50]=0; for(j=0;j<50;j++) {USART_SendData(USART1,tmp_buf[j]); while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET){}; };

首先進入接收模式，將NRF24L01中的特殊寄存器初始化為接收模式,當有數據發射過來時讀取數據,然后通過函數NRF24L01_RxPacket(tmp_buf)將數據寫入數組tmp_buf[]中,最后通過函數USART_SendData(USART1,tmp_buf[j])將數據發送到上位機。

無線模塊中具有發射程序和接收程序兩種程序,這樣就實現了雙向通信。

4 結束語

輸電線路網作為電力系統的骨干部分,其可靠性對系統的安全運行無疑有著重要的意義,這也對輸電線路保護的研究設計者提出了更高的要求:要求采用更為科學合理的保護原理,實現更好的保護“四性”(選擇性、速動性、靈敏性和可靠性)要求;基于性能更優越的硬件平臺設計保護裝置,實現更精確的數據采集,更快速的數據處理能力,更大的存儲空間等;在保護的上層管理與分析軟件方面,由于保護功能日益強大,其運行監控管理及數據分析等也趨于復雜。同時現場運行及設備調試等多種工況下的需求,也對保護的上層管理分析軟件提出了更為苛刻的要求。

本文在現有的WLGB-Ⅱ型微機線路保護教學實驗臺上,實現可視化界面,對實驗臺進行無線遠程操作,提高了繼電保護裝置的穩定性,減小了通信線路上的投資。利用VB軟件環境搭建了可視化對話框。通過無線通信的方式實現對WLGB-Ⅱ型微機線路保護教學實驗臺的遙測與監控,例如遠程控制實驗臺的開/合閘,通過上位機改變實驗臺的整定阻抗值、整定電流值,以及控制其跳閘時間,最后得到跳閘前后的電壓和電流曲線。

References)

[1] 沙占友.智能傳感器系統設計與應用[M].北京:電子工業出版社,2006.

[2] 丁元杰.單片微機原理及應用[M].北京：機械工業出版社,1994.

[3] 田立,代方震.51單片機C語言程序設計快速入門[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[4] 曾勇,楊濤,馮月暉.基于NRF24L01的超低功耗無線傳感器網絡節點設計[J].電子技術應用,2008,34(7)：45-48.

[5] 孔峰，董秀成，梁嵐珍.微型計算機控制技術[M].重慶：重慶大學出版社,2003.

[6] 張秀峰.神經網絡在繼電保護中的應用[J].西南交通大學學報,1995,30(6):694-700.

[7] 吳斌,劉沛,陳德樹.繼電保護中的人工智能機器應用[J]電力系統自動化,1995,19(5):5-11.

Wireless extend visualization in microcomputer line protection bench based on VB language

Lou Yi,Fan Yanfang,Zheng Xiongtao

(College of Electrical Engineering ,Xinjiang University,Urumqi 830047,China)

On the basis of the existing teaching bench of WLGB-Ⅱ microcomputer line protection,the wireless visualized platform is built to monitor and measure rmotely by wireless communication ,achieving the function of online display of voltage and current wave in real time and the protection of definite value setting programme,and strengthening the effect of the experiment.

microcomputer line protection;VB language;wireless extend visualization;RS-422 serial communication

_count++]=USART_

ata(USART1);}

2014- 04- 15 修改日期：2014- 10- 20

新疆大學21世紀高等教學改革工程三期項目(XJU2013JGY25)；國家自然科學基金項目(51067009)

婁毅(1958—)，男，俄羅斯族，山東蓬萊，學士，高級實驗師，研究方向為電力系統繼電保護.

E-mail：xjdxlouyi@126.com

TM77;G484

A

1002-4956(2015)1- 0095- 05