摘要：本文主要針對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一套智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)，各種可控開(kāi)關(guān)的本地/遠(yuǎn)程控制操作，負(fù)荷切換，變配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，適合各種運(yùn)行方式的控制、聯(lián)鎖/聯(lián)動(dòng)及通信網(wǎng)絡(luò)連接，信息共享等多種功能。系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以分散控制、集中監(jiān)視為原則，按間隔劃分、單元化設(shè)計(jì)、分布式處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備分層和網(wǎng)絡(luò)分層的解決方案。

關(guān)鍵詞：一次電氣設(shè)備、智能配電、監(jiān)控系統(tǒng)、分散控制、集中監(jiān)控

1引言

電氣一次設(shè)備作為直接用于生產(chǎn)、輸送和分配電能的生產(chǎn)過(guò)程的高壓電氣設(shè)備，其能否安全、可靠的運(yùn)行，直接關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。有鑒于此，根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)的具體要求，我們研制了智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以分散控制、集中監(jiān)視為原則，從而構(gòu)成一個(gè)完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信、遙控與遙視功能，以期達(dá)到變電站無(wú)人或少人值班，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備全面監(jiān)控的目的。該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)大大提高生產(chǎn)效率、降低事故率，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

針對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)問(wèn)題，該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)確定功能如下：

1、監(jiān)控主機(jī)上集中顯示各電氣設(shè)備的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警記錄等信息，監(jiān)控主機(jī)發(fā)送控制操作命令，并通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備的出口繼電器控制各可控開(kāi)關(guān)的分合，便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員監(jiān)控；

2、完善的信息處理功能，將報(bào)警信息、運(yùn)行參數(shù)、操作記錄等信息自動(dòng)形成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，并長(zhǎng)期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享；

3、多種操作方式并存。控制方式有：集中聯(lián)動(dòng)、集中手動(dòng)、就地聯(lián)動(dòng)、就地手動(dòng)、緊停等方式，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式，所有設(shè)備由集控室操作員通過(guò)上位機(jī)操作；

4、通過(guò)采集電量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位，方便工作人員檢修；

3系統(tǒng)工作原理

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，其核心技術(shù)是監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別設(shè)備運(yùn)行異常狀態(tài)信號(hào)，并分析判斷異常信號(hào)種類(lèi)、部位、危險(xiǎn)等級(jí)等，分析預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)，并作出相應(yīng)決策。如圖2-1所示，礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測(cè)與事故預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別與趨勢(shì)預(yù)測(cè)兩個(gè)方面內(nèi)容，其具體過(guò)程分為三個(gè)階段：狀態(tài)檢測(cè)、分析診斷、預(yù)警治理。

圖2-1 系統(tǒng)運(yùn)行三個(gè)階段

所設(shè)計(jì)的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)能智能診斷、控制系統(tǒng)，它能對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)的各種故障，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與控制、聲光預(yù)警報(bào)警。電氣設(shè)備出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)檢測(cè)與控制電氣設(shè)備的運(yùn)行，并及時(shí)有效的采取預(yù)警報(bào)警措施，系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖2-2所示。

圖2-2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖

系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作原理是:當(dāng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，安裝在相應(yīng)電氣設(shè)備上的智能儀表便可以檢測(cè)其相應(yīng)的信號(hào)特征量，智能儀表將非電量的特征信號(hào)量轉(zhuǎn)變成為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)特征量，用于現(xiàn)場(chǎng)顯示控制的同時(shí)并將該信號(hào)傳遞給控制主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)接收該信號(hào)，進(jìn)行分析判斷并采取相應(yīng)的策略，例如對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行停機(jī)、預(yù)警、報(bào)警等控制策略。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分散控制、集中監(jiān)視為原則，按間隔劃分、單元化設(shè)計(jì)、分布式處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備分層和網(wǎng)絡(luò)分層的解決方案，整個(gè)系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層和站級(jí)控制層，如圖3-1所示。

站級(jí)控制層位于集中控制室，一般由計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、通訊設(shè)備及不間斷電源等組成，計(jì)算機(jī)之間采用高速Ethernet(TCP/IP)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。硬件采用高性能高可靠性的工業(yè)PC機(jī)，系統(tǒng)軟件采用Microsoft Windows NT搶占式多任務(wù)多線程操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和變電站優(yōu)化運(yùn)行控制等功能。集成化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，具有強(qiáng)大的組態(tài)能力，適合于本工程的技術(shù)要求；站級(jí)控制層的監(jiān)控主機(jī)和其他操作工作站均具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層各種智能化設(shè)備完全的訪問(wèn)和控制能力。外接聲光報(bào)警裝置以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，外接打印機(jī)用以打印輸出相關(guān)信息。

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層中的自動(dòng)化設(shè)備要求運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，能免維護(hù)使用，同時(shí)又能滿足工程的自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求。選用TPDCMS等系列智能測(cè)控儀表作為保護(hù)測(cè)控裝置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與站級(jí)控制層的監(jiān)控主機(jī)連接，與站級(jí)控制層一起構(gòu)成一個(gè)有機(jī)協(xié)調(diào)的低壓智能監(jiān)控系統(tǒng)。TPDCMS系列儀表替代傳統(tǒng)的電網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，主要包括三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、31次諧波、電度等多項(xiàng)電能參數(shù)，并在儀表內(nèi)部自動(dòng)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)將轉(zhuǎn)換后的電網(wǎng)參數(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)器上配置的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊接口向現(xiàn)場(chǎng)總線和上位機(jī)傳送。

整個(gè)系統(tǒng)的通信基于RS-485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TPDCMS3032配置了標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信口，它即可集中組屏，亦可分散安裝。RS-485為兩線局域網(wǎng)，通訊速率可為300-19200波特率，TPDCMS3032儀表可以在線修改通訊地址和通訊速率，同時(shí)向用戶(hù)提供開(kāi)放式的通訊協(xié)議。

圖3-1智能配電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括工具軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩大部分。工具軟件完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中交換機(jī)、控制器和遠(yuǎn)程I／O模塊的參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)配置、診斷、標(biāo)定、測(cè)試等功能。組態(tài)軟件完成各分站和總站的監(jiān)測(cè)預(yù)警信息管理、動(dòng)態(tài)圖形顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表打印、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析等功能。

本系統(tǒng)將Visual Basic、Matlab及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，基于對(duì)話框模式編程，通過(guò)按鈕操作實(shí)現(xiàn)采集、分析和遙控功能。通過(guò)Matlab對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算用以辨識(shí)系統(tǒng)故障類(lèi)型。通過(guò)VB建立人機(jī)界面，將具體數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。組態(tài)軟件采用力控,能夠顯示監(jiān)測(cè)過(guò)程的總體運(yùn)行畫(huà)面，有歷史曲線、報(bào)警記錄、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查看、操作幫助信息、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)等畫(huà)面，系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4-1所示，要求畫(huà)面簡(jiǎn)潔、友好，便于操作。

圖4-1 智能配電系統(tǒng)監(jiān)控界面

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)提高了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，減少了工人誤操作，并且能夠快速的判斷系統(tǒng)故障，處理十分方便。該系統(tǒng)采用了可視化技術(shù)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，提供了良好的人機(jī)交互界面。該系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行，提高了工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。該系統(tǒng)明顯提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一次電氣設(shè)備的安全性、可靠性以及企業(yè)現(xiàn)代和科學(xué)管理水平，保證了企業(yè)的安全生產(chǎn)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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