基于組態(tài)王和工業(yè)以太網的電力監(jiān)控系統(tǒng)
基于組態(tài)王和工業(yè)以太網的電力監(jiān)控系統(tǒng)
摘要：本文設計了基于組態(tài)王和工業(yè)以太網的電力監(jiān)控系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)軟、硬件的設計以及系統(tǒng)功能。應用結果表明，該系統(tǒng)運行可靠，實時性高，在工程中有一定的參考價值。
關鍵詞：組態(tài)王 ，mobus ，工業(yè)以太網， 電力監(jiān)控
Abstract: in this paper, based on configuration and the king and the industrial Ethernet power monitoring system, and introduces the design of the system software and hardware and system function. The application shows that the system reliable operation, high real-time, in engineering is of some reference value.
Keywords: configuration king, mobus, industrial Ethernet, power monitoring
一 引言
為了更好地滿足大電網、大機組、高電壓的電網實時監(jiān)控要求，除常規(guī)遠動終端、智能電度表和繼電保護裝置等智能電子設備采集電網實時數據外，還須采用軟件對電網進行監(jiān)控。本文詳細介紹了組態(tài)王在中儲糧某儲備庫電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。
二 系統(tǒng)設計
1、系統(tǒng)結構
該儲備庫變電所較多，且地址位置分散，要求監(jiān)測供電設備和生產設備共180多臺，基本涵蓋了供電、運輸、通風、清掃、除塵等糧庫設備的各個方面。出于成本和可靠性考慮, 本系統(tǒng)雙層結構，上層為監(jiān)控管理層，上位機通過工業(yè)以太網對各配電室的電能參數進行遠程監(jiān)控，下層是現場設備監(jiān)控層，通過RS-485總線讀取現場儀表實時數據。系統(tǒng)結構如下圖所示：
2、系統(tǒng)硬件設計
1）RS-485總線設計原則
本系統(tǒng)電力儀表采用江蘇斯菲爾公司PA19系列數顯電流表，PA19系列數顯電流表適用于低壓配電系統(tǒng)的單相、三相或多相電流參數測量。該系列儀表變比可編程，可擴展開關量輸入、繼電器輸出、模擬量輸出及通訊功能，通訊支持Modbus-RTU通訊協議。本系統(tǒng)共有8個變電站，每個變電站中儀表個數如表1所示。
變電站名稱 電力儀表個數
1#變電站 19
2#變電站 19
3#變電站 20
4#變電站 19
5#變電站 19
6#變電站 37
7#變電站 38
8#變電站 12
由于監(jiān)控軟件為周期掃描模式，如果總線上儀表數量過多會大大降低監(jiān)控軟件顯示的實時性，為了保證通訊速率、通訊的可靠性以及通訊的實時性，將電力儀表波特率設置為9600bps,且每路RS-485總線上電力儀表數目限制在10個左右，同時在每路485總線的末端接120Ω終端電阻。綜上，1-5#變電站和8#變電站需2路485總線，6-7#變電站需4路RS-485總線。由于系統(tǒng)上層結構采用工業(yè)以太網的傳輸方式，因此需要進行以太網至RS-485的轉換，本系統(tǒng)采用MOXA Nport系列串口服務器將串口設備連接至以太網絡。其中1-5#變電站、8#變電站采用Nport 5230(2個RS-285接口)，6-7#變電站采用Nport 5430 串口服務器（4個RS-485接口）。
2）工業(yè)以太網設計原則
由于變電站至監(jiān)控終端距離較遠，為了提高通訊傳輸的可靠性，系統(tǒng)采用光纖傳輸方式。因此需要進行電-光-電轉換，即各個變電站串口服務器網口輸出接光電轉換器網口輸入，光電轉換器光口經光纖接至監(jiān)控室光電轉換器光口，監(jiān)控室光電轉換器網口輸出接監(jiān)控交換機，監(jiān)控計算機通過網線接監(jiān)控交換機即可實現對各個變電站電力儀表的遠程監(jiān)控。
3、 系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)采用KingView軟件(組態(tài)王)來實現電力監(jiān)控軟件的設計，Kingview是亞控公司推出的第一款針對中小型項目推出的用于監(jiān)視與控制自動化設備和過程的SCADA產品，也是亞控公司的第一款產品。自Kingview問世以來，以其易學易用、功能齊全、物美價廉的產品優(yōu)勢成為國產最著名的組態(tài)軟件產品。
本系統(tǒng)軟件根據不通的變電站進行分類,提供簡潔明了的用戶使用界面。整個顯示器屏幕分成3個區(qū)域:系統(tǒng)菜單選擇區(qū)、設備狀態(tài)畫面區(qū)、系統(tǒng)設備故障報警區(qū)。
監(jiān)控系統(tǒng)的畫面由靜態(tài)和動態(tài)畫面兩部分組成。靜態(tài)畫面一般反映系統(tǒng)中主要設備的位置和配置情況。動態(tài)畫面則反映系統(tǒng)和設備的實時運行情況。通過它們及其各種組合(以文字或圖形的顏色、線條、閃爍等形式) 可以清楚直觀的反映了變電站,母線,變壓器,開關等設備的運行情況。電壓,電流、功率和電能等重要模擬量的顯示使用動態(tài)文本,畫面的數字根據庫標簽數值的變化不斷地刷新。
本系統(tǒng)為報警限值提供了接口，用戶可以通過該接口設定各個設備模擬量的報警限值，為用戶修改報警限制提供了極大的方便。
三 系統(tǒng)功能
為了更好的實現對系統(tǒng)運行設備的電能參數進行遠程監(jiān)控和管理，本系統(tǒng)進行了下列功能的開發(fā)：儀表通訊狀態(tài)監(jiān)控、數據采集、趨勢曲線顯示、報警顯示以及電能報表等功能。
1、 儀表通訊狀態(tài)監(jiān)控
為了能夠直觀的顯示變電站各個電力儀表的通訊好壞，系統(tǒng)開發(fā)了本功能。組態(tài)王數據詞典里對每個通訊設備都有CommErr寄存器來指示設備的通訊狀態(tài)，CommErr為0則表明通訊正常，如果ComErr為1，則表明通訊失敗。也可以強制CommErr寄存器為1，則不對該設備進行通訊。因此，我們可以通過讀取該寄存器并輔助以圖形化的方式來顯示設備的通訊狀態(tài)。
2、 數據采集
本系統(tǒng)數據主要采集變電站進線柜的電壓、電流、功率、功率因數、電能以及運行設備的電流信息等模擬量信號。按照電力儀表手冊中各個參數的地址、在組態(tài)王數據詞典里進行相應的配置即可讀取設備電能參數值。
3、 趨勢曲線顯示
趨勢曲線用來顯示各種模擬量的變化趨勢，通過趨勢曲線操作員可以看出電壓、電流等參數的變化情況。趨勢曲線分為實時曲線和歷史曲線兩種。實時曲線主要顯示當前參數的實時值，該曲線會隨著時間的變化而向前推移。歷史曲線主要顯示過去的一段時間內參數的變化情況，本系統(tǒng)歷史曲線可以顯示過去一段時間內參數的最大、最小值以及平均值，使操作員能夠更加直觀的了解一段時間內設備的運行情況。強大的數據存儲功能可以將參數的歷史數據保存200多天的時間，即操作員可以查詢200多天內設備運行時的電能參數，并通過歷史趨勢曲線反應出來。
4、 報警顯示
如果當前設備運行的電壓、電流等值超過操作員設定的報警限值，則報警信息框中會實時彈出報警信息。報警信息顯示報警設備的名稱、參數值、設定限值等情況，以便操作員采取正確的處理措施。同時，系統(tǒng)為報警參數的限值設置提供了接口，操作員可以自己設定報警限制以及修正報警限值。
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5、 電能報表
電能報表可以查看一個設備或多個設備過去一段時間內的耗電情況，電能報表還具有打印、導出至EXCEL文件等功能。
結束語
本文介紹的基于組態(tài)王和工業(yè)以太網的電力監(jiān)控系統(tǒng)實時性好、性價比高，符合工業(yè)過程控制的流行趨勢，大大提高了現場操作人員的工作效率。該系統(tǒng)的運行結果表明該系統(tǒng)運行安全、可靠，且易于擴展，在工程上有一定的借鑒意義。
曾做過煤礦直流提升機（1800KW容量）的現場調試工作。擅長直流傳動，PLC集散控制。
注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
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