基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_secret

1、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成與技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通信協(xié)議。一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)可以看成是一個(gè)由數(shù)字通信設(shè)備和監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)總線就是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能化設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)總線由網(wǎng)絡(luò)通信、功能模塊、對(duì)象字典和設(shè)備描述、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理等部分組成。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是3C技術(shù)（Computer、Control、Communication）從控制層發(fā)展到工藝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)如下： (1)全數(shù)字化通信 傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Cont

2、rol System）是“半數(shù)字”系統(tǒng)，許多I/O模板接收或送出420mA模擬信號(hào)，而現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）是一個(gè)“純數(shù)字”系統(tǒng)，信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，提高了信號(hào)的可靠性，準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能。 (2)可互操作性和互用性 可互操作是指實(shí)現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對(duì)不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可進(jìn)行互換。 (3)完全的分散性 DCS是一個(gè)“半分散式”系統(tǒng)，它是采用一個(gè)或多個(gè)“控制單元”對(duì)多回路進(jìn)行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個(gè)控制板上又有多個(gè)回路。 現(xiàn)場(chǎng)總線則采用的是完全分散體系，它的控制單元全部分散

3、到現(xiàn)場(chǎng)，控制回路由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)總線中又同時(shí)允許在控制室中用數(shù)字通信的方式進(jìn)行操作與調(diào)整。 二、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 隨著技術(shù)的進(jìn)步與自動(dòng)化程度的不斷提高以及電力系統(tǒng)減員增效要求的提出，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化從而達(dá)到無(wú)人值班，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。為滿足變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展的需要，我們研制了一套基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并已在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了一年多的時(shí)間，運(yùn)行狀況很好。該系統(tǒng)由前端智能單元、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信適配器、專(zhuān)用Modem及相應(yīng)軟件組成。 2.1 關(guān)鍵硬件的設(shè)計(jì) 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件是前端智能單元和網(wǎng)絡(luò)通信適配器。 前端智能單元采

4、用Intel? 80C196KC 16位系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括采集控制邏輯、模擬信號(hào)處理、開(kāi)關(guān)量輸入輸出處理、通信處理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘及電源等部分。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，所有數(shù)字邏輯蝗處理全部集成在單片高密度、超在規(guī)模的可編程邏輯陣列中。為了使前端智能單元能在惡劣的電磁環(huán)境下可靠工作，除了在電路設(shè)計(jì)、器件選擇、布線布局、屏蔽隔離等環(huán)節(jié)盡可能完善外，還應(yīng)隨時(shí)對(duì)前端智能單元的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保在意外故障發(fā)生時(shí)不誤操作和丟失數(shù)據(jù)。特別應(yīng)該指出的是，本系統(tǒng)的前端智能單元安裝在戶外的端子箱內(nèi)（在TV、TA下面）。 網(wǎng)絡(luò)通信適配器插在工控機(jī)的擴(kuò)展槽上，實(shí)現(xiàn)前端智能單元和工控機(jī)之間的

5、高速數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)通信適配器由16位微處理器、中央控制邏輯、影象數(shù)據(jù)區(qū)、用戶讀寫(xiě)數(shù)據(jù)區(qū)、并行接口邏輯和串行接口邏輯等部分組成。 2.2 軟件開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)管理 對(duì)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，筆者采用Visaul Basic5.0作為主要開(kāi)發(fā)工具，利用Visaul C+5.0編制動(dòng)態(tài)連接庫(kù)DLL完成底層操作。 本系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個(gè)模塊： (1)硬件與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試模塊 在工控機(jī)起動(dòng)時(shí)，首先由硬件與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試模塊檢測(cè)硬件和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，判斷相關(guān)硬件和網(wǎng)絡(luò)是否正常。當(dāng)硬件或網(wǎng)絡(luò)不正常時(shí)給出響應(yīng)的提示。 (2)系統(tǒng)初始化模塊 設(shè)置變電站的一些可能變化的初始參數(shù)，如電流互感器變壓比、電壓互感器變壓比等。 (3)系統(tǒng)與線路

6、運(yùn)行方式設(shè)置模塊 一個(gè)變電站中往往有幾個(gè)不同電壓等級(jí)的母線和若干條不同電壓等級(jí)的線路，它們的接線方式也不盡相同，有三相三線制接法，有三相四線制接法，也可能是三相三線制和三相四線制混合使用的接法。線路的接線方式不同，其測(cè)量方法也有所不同。另外，TV和TA二次側(cè)接入前端智能單元的組合方式也因變電站的變化而各不相同。系統(tǒng)與線路運(yùn)行方式設(shè)置模塊的作用就是根據(jù)系統(tǒng)和線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以確保獲得正確數(shù)據(jù)。 本(4)數(shù)據(jù)采集與輸出模塊 從前端智能單元讀取各種數(shù)據(jù)，同時(shí)還要完成數(shù)字量的輸出以實(shí)現(xiàn)控制功能。 (5)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)模塊 本程序?qū)?shù)據(jù)的管理采取了數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，將要記錄的數(shù)據(jù)全部存放在.m

7、db數(shù)據(jù)庫(kù)中。該數(shù)據(jù)庫(kù)是Access數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，可以利用Access閱讀和修改數(shù)據(jù)庫(kù)，并可在Access環(huán)境下創(chuàng)建各種圖表和曲線。本程序?qū)?chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)等操作都做成函數(shù)的形式，以便隨時(shí)使用。 (6)圖形、曲線、報(bào)表顯示與打印模塊 顯示與打印變電站主接線、電壓曲線、負(fù)荷曲線、頻率曲線以及各種棒圖、電壓日?qǐng)?bào)表、負(fù)荷日?qǐng)?bào)表等各種報(bào)表。 (7)歷史記錄查詢模塊 用于查詢各種歷史數(shù)據(jù)和變位記錄。 (8)與調(diào)度中心的通信模塊 完成變電站與調(diào)度中心的數(shù)字通信，向調(diào)度中心傳送遙信、遙測(cè)和電度量，同時(shí)接收調(diào)度中心下傳的各種數(shù)據(jù)和命令。 3 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

8、采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，既可避免使用大量電纜將TV、TA二次側(cè)電參數(shù)傳送至中控室，又可減少線損造成的誤差，提高測(cè)量精度，還可取代中控室，使之節(jié)約占地面積與基建投資。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：前端智能單元可安裝于TA或TV端子箱內(nèi)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)就是處理，數(shù)字化傳送。網(wǎng)絡(luò)由兩根雙絞線組網(wǎng)，故障率低，通信波特率高。解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中TA、TV到中控室間的壓降問(wèn)題，測(cè)量精度高。抗干擾能力強(qiáng)，能在戶外惡劣條件下運(yùn)行。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，安裝、維修方便。 4 結(jié)束語(yǔ) 隨著電力網(wǎng)的不斷擴(kuò)大和計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)人值班、少人值守變電站的模式已在全國(guó)電力系統(tǒng)內(nèi)推廣，特別是對(duì)城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造，可大量采取將電參量的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控與保護(hù)設(shè)備下放到戶外端子箱處（附近）的地方，無(wú)需再另建專(zhuān)門(mén)的控制室。將監(jiān)控與保護(hù)設(shè)備下放是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)