摘要：在介紹甬金高速公路白峰嶺隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程背景的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了工業(yè)以太網(wǎng)在高速公路隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)構(gòu)成、功能模塊及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在INT—SCADA平臺(tái)上開發(fā)甬金高速隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)踐表明系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。 關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；高速公路；監(jiān)控系統(tǒng) 　　高速公路隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)是高速公路建設(shè)的重要組成部分。甬金高速公路白峰嶺隧道工程由左右2個(gè)隧道構(gòu)成。左隧道長(zhǎng)1974m，右隧道長(zhǎng)1540m，規(guī)劃整個(gè)隧道配電容量為1500KVA，分為東西2個(gè)變電所。西端變電站是一個(gè)10KV配電系統(tǒng)和10／0．4KV變電系統(tǒng)，東端變電站是10／0．4KV變電系統(tǒng)。每個(gè)變電系統(tǒng)作為隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)的1個(gè)子站。具體變電系統(tǒng)的結(jié)線如圖1所示。每個(gè)子站按無人值班站設(shè)計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)包括測(cè)控單元、串口集線器和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。 [align=left]　　高速公路隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為：提供10KV電氣設(shè)備的繼電保護(hù)，運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)，各種可控開關(guān)的本地／遠(yuǎn)程控制操作，負(fù)荷切換，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)及變配電系統(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)連接實(shí)現(xiàn)信息共享等。 　　由于隧道總長(zhǎng)度在1900m左右，且整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)參數(shù)很多，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)無法滿足系統(tǒng)的要求。而工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議通用，傳輸速度快，且已得到了廣泛應(yīng)用，故采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高速公路隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)。 1 隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成 　　整個(gè)隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)是迄今最成功的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有傳輸速度高、成本低、安裝方便和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì)，也是目前應(yīng)用最廣泛的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。 　　工業(yè)以太網(wǎng)就是把以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到控制現(xiàn)場(chǎng)，把上層信息網(wǎng)與底層控制網(wǎng)集成。以太網(wǎng)采用交換方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)集中后，用一個(gè)上傳通道與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，減少了通信設(shè)備，大大降低了系統(tǒng)費(fèi)用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于13后維護(hù)。監(jiān)控設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)就可接人到系統(tǒng)中，無需增加通信設(shè)備，使系統(tǒng)的擴(kuò)展方便靈活。本著分散控制、集中監(jiān)視的原則，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)自下而上分為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層、子站級(jí)控制層、網(wǎng)絡(luò)管理和主站級(jí)控制層，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。 [/align]1．1現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層 　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層中的監(jiān)控單元要求運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單，同時(shí)又能滿足工程的自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求。本方案選用南京因泰萊電器股份有限公司的PAl00、PA200、IDM20系列綜合數(shù)字繼電器綜合測(cè)控裝置，通過MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與串口集線器和子站級(jí)控制層的前置工控機(jī)連接，其他智能裝置如變壓器溫控器、柴油發(fā)電機(jī)控制器和UPS控制器也與前置工控機(jī)連接構(gòu)成一個(gè)有機(jī)協(xié)調(diào)的單個(gè)10／0．4KV的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 1．2子站級(jí)控制層 　　子站級(jí)控制層是現(xiàn)場(chǎng)控制的關(guān)鍵。硬件采用性能可靠的研華工控機(jī)，系統(tǒng)軟件采用MicrosoftWindows2000多任務(wù)多線程操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用INT—SCADA集成化監(jiān)控系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)能實(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。子站級(jí)控制層的監(jiān)控機(jī)具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制層各種智能化設(shè)備完全的訪問和控制能力，同時(shí)具有很強(qiáng)操作層次性，設(shè)置不同密碼限制，不同操作人員更改操作不同對(duì)象。 子站級(jí)控制層的工控機(jī)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全部癱瘓的情況下，還可以對(duì)本級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行控制和操作，子站之間互不干擾，保證了系統(tǒng)的獨(dú)立、安全、可靠運(yùn)行。 1．3網(wǎng)絡(luò)管理 　　甬金高速公路白峰嶺隧道線路長(zhǎng)、電力系統(tǒng)復(fù)雜，如果采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)難以滿足實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性的要求，所以在網(wǎng)絡(luò)層采用光纖雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。 　　工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用東土電信一KIEN2000工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，它有2個(gè)上聯(lián)冗余的100Mbids的光纖端口，利用上聯(lián)冗余接口，可以組成自愈環(huán)網(wǎng)，提高系統(tǒng)可靠性。6個(gè)普通的10／100Mbids的雙絞線端口，由于具有自適應(yīng)功能，每個(gè)端口能自動(dòng)地設(shè)置到10BASE—TX或100BASE—TX狀態(tài)及全雙工或半雙工的運(yùn)行模式。該設(shè)備可通過即插即用的方式連接，該功能節(jié)省啟動(dòng)時(shí)間。提供24V電源冗余，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的可靠性。 1．4主站級(jí)控制層 　　工程因?yàn)樗淼雷冸娬九c監(jiān)控中心距離較遠(yuǎn)，故采用主／子站的通訊方式，中間連接通過四芯單模光纖。將現(xiàn)場(chǎng)控制層作為子站，主監(jiān)控中心作為主站，主／子站通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。主監(jiān)控中心采用2臺(tái)服務(wù)器的冗余方式，監(jiān)控機(jī)采用普通工業(yè)控制機(jī)。操作系統(tǒng)軟件采用MicrosoftWindows2000操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采用INT—SCADA軟件。將子站前置監(jiān)控機(jī)采集的電力數(shù)據(jù)通過光纖工業(yè)以太網(wǎng)送到主站，主站的通訊管理機(jī)采用DE一334。由于在本工程隧道群系統(tǒng)中共有子站2個(gè)，故監(jiān)控主機(jī)還需帶有通訊服務(wù)器HUB。 　　在主站控制系統(tǒng)中，主監(jiān)控機(jī)連接通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器通過TCP／II）協(xié)議，連接通訊管理器。由于監(jiān)控主機(jī)與子站控制機(jī)之間距離很遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)每個(gè)子站控制機(jī)都是通過光纖與主機(jī)進(jìn)行通訊連接，通訊方式為TCP／IP通訊協(xié)議。監(jiān)控主機(jī)可以對(duì)每個(gè)子站控制機(jī)的數(shù)據(jù)采集，以達(dá)到對(duì)每個(gè)子站現(xiàn)場(chǎng)控制層的遙控、遙信、遙測(cè)等功能。 2 監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) 本　　方案對(duì)配電系統(tǒng)的一次主設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，對(duì)二次設(shè)備和輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和管理，實(shí)現(xiàn)綜合全面的管理。配電系統(tǒng)內(nèi)所有測(cè)控裝置均采用微機(jī)型設(shè)備，通過通信網(wǎng)絡(luò)與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一起，構(gòu)成整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 2．1數(shù)據(jù)采集 　　采集信號(hào)包括交流電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、直流輸入模擬量、數(shù)字量等，并具有計(jì)算積分電度功能。系統(tǒng)可采集斷路器位置、手車位置、接地開關(guān)位置等，就地顯示狀態(tài)并上傳主機(jī)和調(diào)度端，其中開關(guān)變位信號(hào)優(yōu)先傳送。 2．2控制功能 　　接收并執(zhí)行遙控命令及返送校驗(yàn)，各種開關(guān)、斷路器均可通過電腦模擬手柄開關(guān)，實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)程控制。 2．3人機(jī)界面 　　SCADA系統(tǒng)具有強(qiáng)大的人機(jī)界面設(shè)計(jì)功能，可設(shè)計(jì)各種游覽畫面，如一次系統(tǒng)圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、虛擬儀表盤、中央信號(hào)屏、集中操作屏、屏面布置圖、地理信息圖、巡檢線路圖、二次原理圖、二次接線圖、各種曲線、棒圖和控制信息顯示等，只要INT—SCADA系統(tǒng)能采集到的信息均能在可組態(tài)的圖片上顯示出來，并能就地進(jìn)行相關(guān)的控制操作，見圖3。 2．4事件記錄 　　數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，并具備事故信號(hào)顯示功能、事故分析和事件追憶功能、數(shù)據(jù)查詢功能，且能保留告警事件，見圖4。2．5報(bào)警功能 　　告警功能齊全準(zhǔn)確，并以聲光形式反饋，告警信號(hào)可手動(dòng)和遠(yuǎn)動(dòng)復(fù)歸。告警包括開關(guān)、斷路器變位告警，電流、電壓等測(cè)量越限告警，SCADA系統(tǒng)故障告警，保護(hù)動(dòng)作告警，接地信號(hào)告警。 2．6報(bào)表及打印功能 　　可按要求生成各種報(bào)表及曲線等，對(duì)各種圖、報(bào)表、曲線可按小時(shí)、日、月、年進(jìn)行打印。 2．7通訊功能 　　通訊方式符合TCP／II）規(guī)約的Intemet網(wǎng)絡(luò)。3隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動(dòng)化最為有效的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)之一包含2層含義：一是分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機(jī)；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即中心上位機(jī)系統(tǒng)。 　　基于MicrosoftWindows2000的INT—SCADA集成化監(jiān)控系統(tǒng)軟件處于系統(tǒng)的站級(jí)控制層，監(jiān)控組態(tài)平臺(tái)是基于系統(tǒng)平臺(tái)的大型應(yīng)用軟件，它集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)于一體，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成控制系統(tǒng)功能的構(gòu)建以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，這給控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了很大的方便。 4 結(jié)語 　　在介紹甬金高速公路隧道電力系統(tǒng)工程背景的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了基于工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的高速公路隧道配電自動(dòng)化系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層、分布式網(wǎng)絡(luò)總線方式，采用微機(jī)監(jiān)控，能實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測(cè)、遙控”功能，保證供電的安全可靠，為用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控提供直接、簡(jiǎn)單、有效的操作方法。甬金高速公路從2005年12月28日開通至今，整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行正常，對(duì)同類工程設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。 [b]參考文獻(xiàn): [/b][1]莊亞俊，等．以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2005，（4）． [2]江凡．高速公路隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能[J]．公路，2OO2，（增）． [3]王明年，何林生．隧道智能監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[J]．公路交通科技，2001，（2）． 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