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        基于組態(tài)軟件的智能型低壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)

        2014-03-06 05:46:36
        機(jī)電信息 2014年12期
        關(guān)鍵詞:智能型開關(guān)柜組態(tài)

        彭 江

        (江蘇正佰電氣股份有限公司,江蘇 蘇州 215300)

        0 引言

        電子設(shè)備及采集、測量、信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)取得的突破,促進(jìn)了我國智能電網(wǎng)建設(shè)的長足進(jìn)步。近年來,電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信與數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等不斷發(fā)展并相互融合,為電氣設(shè)備的智能化提供了基礎(chǔ)。電氣設(shè)備的信息數(shù)字化正逐漸成為電力系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向,同時也實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化,從而使電力系統(tǒng)更加清潔、高效、安全、可靠。智能型低壓開關(guān)柜作為智能電網(wǎng)的一個重要組成部分,在智能電網(wǎng)的建設(shè)中起到了關(guān)鍵作用。

        1 智能型低壓開關(guān)柜的功能

        電力系統(tǒng)的運(yùn)行包括發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)。目前,用戶電氣設(shè)備的用電絕大多數(shù)是通過低壓開關(guān)柜來傳輸,而在開關(guān)柜中,低壓開關(guān)和電氣設(shè)備(如電力儀表和保護(hù)模塊等)起到控制和保護(hù)作用,是低壓開關(guān)柜的核心設(shè)備。智能型低壓開關(guān)柜的功能應(yīng)該包含檢測、通信、控制保護(hù)及日常維護(hù)等,其中,檢測功能用于監(jiān)測重要的電量參數(shù),如電壓、電流、諧波含量、用電量、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。通信功能則通過有線或無線方式,將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控主機(jī),實(shí)現(xiàn)對低壓開關(guān)柜的“四遙”(遙測、遙控、遙調(diào)、遙信)操作,在現(xiàn)場常采用穩(wěn)定性和抗干擾性高的RS485接口??刂票Wo(hù)功能包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)及故障接地保護(hù)等。日常維護(hù)功能包括大電流連接點(diǎn)溫度、斷路器機(jī)械壽命及觸頭電磨損程度等各種預(yù)警參數(shù)的系統(tǒng)化判斷和提示。

        2 智能型低壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)

        智能型低壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)由智能電器和嵌入式平板電腦組成,其中智能電器包括智能型萬能式斷路器、電力儀表、接頭溫升測量儀、接地故障報(bào)警儀、開關(guān)量測量儀及絕緣狀態(tài)測量儀。嵌入式平板電腦是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的高性能觸控一體機(jī),具備堅(jiān)固、防震、防潮、防塵、耐高溫、多插槽和易于擴(kuò)充等特點(diǎn),能與工業(yè)組態(tài)軟件完美融合,利用PC系統(tǒng)的豐富資源實(shí)現(xiàn)高級、復(fù)雜的人機(jī)界面。

        圖1 智能型低壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)示意圖

        3 基于組態(tài)軟件的智能型低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)方案

        智能型低壓開關(guān)柜采用組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件,其為上層數(shù)據(jù)庫和下層采集設(shè)備提供各種通訊接口和軟件端口,能和各個廠家的設(shè)備進(jìn)行通訊,同時與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合。組態(tài)軟件提供了一個簡潔的開發(fā)環(huán)境,不需要通過編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成。它為用戶提供了友好的開發(fā)界面和簡潔方便的工程實(shí)現(xiàn)方法,工程師只要將各模塊進(jìn)行組合就可快捷地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的[1]。組態(tài)軟件可以極大地縮短工程師的系統(tǒng)集成時間,提高其工作效率,并使操作變得非常容易。特別需要注意的是,我們在使用組態(tài)軟件時要遵循電力操作的習(xí)慣。

        采用組態(tài)軟件開發(fā)的智能型低壓開關(guān)柜具備監(jiān)控顯示、報(bào)警、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。

        3.1 監(jiān)控顯示

        在監(jiān)控主界面上以一次電氣圖或現(xiàn)場布置圖的形式直觀地反映整個配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)。組態(tài)軟件使用圖形、動畫、曲線或文本等方式來生動地顯示實(shí)時采集到的數(shù)據(jù)。監(jiān)控主界面如圖2所示。

        圖2 監(jiān)控主界面

        3.2 報(bào)警功能

        數(shù)據(jù)過閾值的報(bào)警格式可以有多種,例如百分?jǐn)?shù)。本智能型低壓開關(guān)柜的報(bào)警方式包含報(bào)警框、報(bào)警數(shù)據(jù)閃爍、GSM短消息報(bào)警、郵件報(bào)警、電話報(bào)警及聲光報(bào)警等,報(bào)警數(shù)據(jù)的存儲方式有報(bào)警總表、順序事件記錄等。用戶使用系統(tǒng)軟件提供的檢索工具進(jìn)行檢索查詢和打印。歷史報(bào)警查詢畫面如圖3所示。

        3.3 用戶權(quán)限管理

        在設(shè)計(jì)智能型低壓開關(guān)柜時,我們需要根據(jù)系統(tǒng)或用戶的安全規(guī)則或安全策略來考慮管理權(quán)限,如對數(shù)據(jù)類別進(jìn)行操作權(quán)限的管理,或?qū)δ茴悇e進(jìn)行功能操作的權(quán)限管理。

        3.4 數(shù)據(jù)管理

        數(shù)據(jù)管理主要可實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢,進(jìn)行負(fù)荷趨勢分析,定時和實(shí)時出具各類管理報(bào)表(如各種日報(bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表),記錄各種故障并分析故障原因等。設(shè)計(jì)日報(bào)表如圖4所示。

        圖3 歷史報(bào)警查詢畫面

        圖4 日報(bào)表

        3.5 設(shè)備維護(hù)

        實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù),如觸頭機(jī)械壽命、設(shè)備運(yùn)行時間等,當(dāng)設(shè)備需要保養(yǎng)或檢修時發(fā)出提示信息,并記錄和保存所有維護(hù)信息,以便今后查詢。

        3.6 網(wǎng)絡(luò)通訊

        連接智能型低壓開關(guān)柜的網(wǎng)絡(luò)需考慮通信的公開性和一致性,要使整個系統(tǒng)具有開放性、可靠性,各設(shè)備間具有可互操作性?,F(xiàn)場總線具備高穩(wěn)定性、及時性、開放性、維護(hù)開銷低以及通信介質(zhì)多樣等特點(diǎn),能適應(yīng)今后通信技術(shù)的發(fā)展需求。在智能型低壓開關(guān)柜中使用現(xiàn)場總線進(jìn)行通信,可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性,并且操作起來也方便。

        智能型低壓開關(guān)柜的網(wǎng)絡(luò)通訊采用Modbus通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn),其具備標(biāo)準(zhǔn)性、開放性,且不會侵犯知識產(chǎn)權(quán),全球支持Modbus協(xié)議的廠家達(dá)400多家。Modbus協(xié)議支持多種通信接口,如全雙工和半雙工等,可采用多種通信介質(zhì)傳送,如雙絞線和光纖等。標(biāo)準(zhǔn)Modbus通信格式具有簡潔和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶攸c(diǎn),因而在設(shè)備廠家和設(shè)備用戶中廣受歡迎。標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議傳輸模式有ASCⅡ和RTU[2]。由于RTU模式在通訊幀中每個8位的字節(jié)包含2個4位的16進(jìn)制字符,而ASCⅡ模式在通訊幀中每個8位的字節(jié)包含1個ASCⅡ碼(2個16進(jìn)制字符),這樣在相等的傳輸速率下,RTU模式比ASCⅡ模式效率更高,因此我們在設(shè)計(jì)時采用RTU模式通信。RTU模式如圖5所示。

        圖5 Modbus-RTU模式

        智能型低壓開關(guān)柜利用組態(tài)軟件提供的OPC、ODBC等多種通訊端口或?qū)S玫碾娏σ?guī)約接口(如IEC870-5-101/103/104規(guī)約、DL/T645電度表規(guī)約),通過標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議與上級管理網(wǎng)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)無縫鏈接,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        4 結(jié)語

        通過在低壓開關(guān)柜中配置智能電器,采用組態(tài)軟件可以方便快捷地監(jiān)測配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài),并可對用電設(shè)備的用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以便維護(hù)人員明確設(shè)備狀況,正確處理事故,從而減小故障的影響。智能型低壓開關(guān)柜還減少了有關(guān)人員的工作量,因而具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)達(dá)的當(dāng)代,組態(tài)軟件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用必將越來越廣泛。

        [1]柏元網(wǎng)控信息技術(shù)(上海)有限公司.Web Access產(chǎn)品使用說明書[Z]

        [2]陳德仙,鄭登峰,俞國勇,等.基于 MODBUS協(xié)議的智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇電器,2007(4)

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