紅云紅河煙草（集團）昆明卷煙廠 唐 鑫 周 艷 陸奕帆

由于煙廠用電設(shè)備種類繁多，在用電系統(tǒng)中擾動性負荷所占比例較高，如不對稱負載、沖擊性負載及非線性負載等擾動源，再加上系統(tǒng)中存在各種故障，均會降低電能質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，閃絡(luò)、三相不平衡及諧波等不正?，F(xiàn)象均會對電網(wǎng)正常運行產(chǎn)生直接影響，尤其是一些高精密行業(yè)，其對電能質(zhì)量有著較高的要求，還會導致嚴重經(jīng)濟損失。而煙廠供配電自動化系統(tǒng)可利用數(shù)據(jù)通訊管理控制器裝置，對各類智能設(shè)備（如GPS系統(tǒng)、有源濾波柜、五防系統(tǒng)、UPS裝置、PLC控制器）、多功能側(cè)控儀及微機數(shù)字保護裝置的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并收集報警信息和保護事件。同時系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備均能連通監(jiān)控系統(tǒng)，可促進信息交換的實現(xiàn)，并對全廠電網(wǎng)進行信息化、智能化管理，為廠區(qū)提供高效、安全、穩(wěn)定的能源供應(yīng)[1-3]。

1 煙廠供配電自動化系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)方案

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方案

煙廠供配電自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)通過充分利用圖形顯示技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)，可促進全面數(shù)據(jù)監(jiān)控的實現(xiàn)，并將用戶要求作為基本依據(jù)，監(jiān)控平臺能實現(xiàn)多種功能如曲線顯示、報表功能、實時監(jiān)測等，尤其是遠程監(jiān)測設(shè)備的有效實時值有助于能管和測控一體化的實現(xiàn)，從而使傳統(tǒng)工業(yè)控制、管理及生產(chǎn)的信息孤島消除。在本次研究中選擇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有分層分布式、開放性的特點，其中網(wǎng)絡(luò)類型為以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，可劃分整個系統(tǒng)為三部分，分別是設(shè)備間隔層、通訊控制層及站控層，且系統(tǒng)可維修性和可擴性較好。

在供配電自動化系統(tǒng)中各個間隔單元互相獨立，運用以太網(wǎng)配置站控層網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為TCP/IP或IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，且網(wǎng)絡(luò)傳輸速率一般＞100mb/s。網(wǎng)絡(luò)運用鎧裝光纜連接，具有較強的抗干擾能力，可靠、安全且每個子系統(tǒng)配置相應(yīng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機，結(jié)合配電室核心交換機，從而形成光纖以太環(huán)網(wǎng)。通過對結(jié)構(gòu)進行拓展能使自動化系統(tǒng)的操作員站、工程師站、Web服務(wù)器及數(shù)據(jù)服務(wù)器一方面可與子系統(tǒng)分控制通訊，另一方面還能直接對子系統(tǒng)控制器進行訪問，從而體現(xiàn)了子系統(tǒng)控制的及時性、主導性特點。

1.2 系統(tǒng)軟件方案

1.2.1 總體架構(gòu)

按照煙廠的建設(shè)特點和用電需求，典型的供配電自動化系統(tǒng)軟件包括：客戶端連接器軟件；數(shù)據(jù)庫管理軟件；SCADA客戶端操作員站軟件；SCADA客戶端工程師站軟件。同時還包括其他第三方軟件，如多功能測控儀表專用調(diào)式軟件、微機數(shù)字保護監(jiān)控裝置專用調(diào)式軟件、數(shù)據(jù)庫支撐軟件、工作站操作系統(tǒng)及服務(wù)器操作系統(tǒng)等[4]。

1.2.2 SCADA軟件

SCADA軟件作為各級數(shù)據(jù)分析和實時監(jiān)控的一個供應(yīng)者，主要負責實時采集和存儲各類計量數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)。為對數(shù)據(jù)傳輸進行合理分配，每套SCADA監(jiān)控站的操作系統(tǒng)為MicroSoft Windows XP，然后將SIEMENS的SCADA運行軟件安裝在操作員工作站，其中數(shù)據(jù)庫管理軟件安裝在服務(wù)器上，并將維護和開發(fā)配置軟件安裝在工程師工作站。同時SCADA作為通用的一個工業(yè)軟件，其數(shù)據(jù)通信方式有兩種：與控制系統(tǒng)設(shè)備直接通訊，如PLC設(shè)備；利用OPC方式與第三方設(shè)備通訊，因為OPC通訊具有相對成熟的技術(shù)，不僅能為OPC Server與設(shè)備直接通信提供支持，還能作為OPC Client的一個驅(qū)動程序?qū)?shù)據(jù)進行獲取并構(gòu)建SCADA數(shù)據(jù)庫[5]。

1.2.3 實時/歷史數(shù)據(jù)庫

在數(shù)據(jù)挖掘中，實時/歷史數(shù)據(jù)庫作為較核心的一個數(shù)據(jù)服務(wù)器。本次方案研究采用GE的Proficy Historian standard Server5000 Pta v3.5，而MicroSoft Windows 2003 Server則作為操作系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行期間，運用客戶端連接器Historian Client Connection Pack v3.5采集數(shù)據(jù)，建立好配置并且對參數(shù)進行儲存后向Proficy Historian數(shù)據(jù)庫中傳輸實時數(shù)據(jù)。由于Proficy Historian能將數(shù)據(jù)的變化規(guī)律作為基本依據(jù)選擇數(shù)據(jù)的處理方式，如事件方式、時間周期等，其中數(shù)據(jù)吞吐量為20000條/秒，掃描最小周期為1s，可滿足數(shù)據(jù)的響應(yīng)要求。

系統(tǒng)在儲存數(shù)據(jù)時能進行斜率壓縮和死區(qū)壓縮，使數(shù)據(jù)占用量下降，從而為硬件的穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)長期儲存提供有效保障。同時OLE/DB數(shù)據(jù)引擎存在于實時/歷史數(shù)據(jù)庫中，可將實時/歷史數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換為OLE/DB訪問格式，為連接系統(tǒng)中的Windows SQL數(shù)據(jù)庫提供方便。此外數(shù)據(jù)庫還具備開放API的一套接口，有助于通用腳本（VB/VC）挖掘、引用及儲存數(shù)據(jù)。

2 煙廠供配電自動化系統(tǒng)與智能設(shè)備接口解決方案

2.1 數(shù)據(jù)采集管理方式

數(shù)據(jù)采集中兩種方法較常見：SCADA直接讀取。即SCADA服務(wù)器和工作站運用OPC和IEC61859的通訊方法，可對數(shù)據(jù)通訊管理控制器的數(shù)據(jù)進行直接采集；數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)。即運用數(shù)據(jù)通訊管理控制器對數(shù)據(jù)進行采集，其中前者的通訊規(guī)約包括OPC、Modbus/TCP及IEC661850標準等，而平臺的基礎(chǔ)則為開放式的模塊化結(jié)構(gòu)，且具備通訊管理、數(shù)據(jù)存儲、通訊互聯(lián)及數(shù)據(jù)處理等多個方面功能[6]。

2.2 數(shù)據(jù)通訊管理控制器的技術(shù)特性

一般數(shù)據(jù)通訊管理控制器需要具備的技術(shù)特性有：提供現(xiàn)場總線接口選項且具備主流現(xiàn)場總線通訊的兼容功能；為下列通訊協(xié)議提供支持，包括IEC60870-5-104、OPC Server、MODBUSRTU、MODBUS/TCP及IEC61850等；擁有帶隔離的RS-232/485串口12個和以太網(wǎng)口4個；對應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的供配電自動化系統(tǒng)和全密封、無風扇、超緊湊的堅固型嵌入式設(shè)備，可運用通訊方法對微機數(shù)字保護監(jiān)控裝置的電力信息進行采集，并促進遠程控制的實現(xiàn)。同時運用多功能測控儀表可對電能計量信息進行采集，再加上通用采集設(shè)備如RTU、串口等，能監(jiān)控廠區(qū)各個配電房所有配電設(shè)備如五防系統(tǒng)、小電流接地系統(tǒng)、變壓器、有源濾波柜、直流屏及無功功率補償器等，從而對以以太網(wǎng)為基本前提的分布式采集方案進行構(gòu)建。

2.3 數(shù)據(jù)采集接口解決方案

與UPS裝置接口。監(jiān)控系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)通訊管理控制器可連接UPS裝置，然后根據(jù)MODBUS通訊規(guī)約和RS-485串行通信接口上傳運行參數(shù)和運行狀態(tài)至后臺系統(tǒng)，從而促進監(jiān)視功能的實現(xiàn)。

與直流屏系統(tǒng)接口。在監(jiān)控系統(tǒng)中，利用變電所直流裝置接口和數(shù)據(jù)通訊管理控制器，再與MODBUS通信規(guī)約和RS-485串行通信接口相結(jié)合，可將直流母線電壓、充電器進線電壓和電流、蓄電池電壓及直流裝置的蓄電池正反向電流等信息向后臺系統(tǒng)傳送，從而實現(xiàn)監(jiān)視功能。

與多功能側(cè)控儀表和PLC控制器的接口。通過分散安裝在各個車間配電室的PLC控制器可完成0.4kV低壓開關(guān)柜的所有開關(guān)量狀況控制和采集，而其他模擬量如相關(guān)溫度等則利用PLC的AI模塊完成，并運用ProfiBus協(xié)議。在智能測控儀表中選擇MODBUS總線通訊接口，可順利完成各部分模擬量采集計算、諧波計算及電度計算等功能，其中數(shù)據(jù)通訊匯總由PLC控制器完成，然后利用ProfiNet向數(shù)據(jù)通訊控制器傳送，經(jīng)集中處理后向IEC61850通訊標準轉(zhuǎn)換，最后向變電所站控層監(jiān)控后臺系統(tǒng)上傳[7]。

與微機數(shù)字保護監(jiān)控裝置的接口。通過微機數(shù)字保護監(jiān)控裝置完成10kV高壓開關(guān)柜的保護信號、斷路器控制及狀態(tài)監(jiān)視，其中微機數(shù)字保護監(jiān)控裝置擁有雙光纖接口，根據(jù)IEC61850通訊標準向數(shù)據(jù)通訊管理控制器上傳，且數(shù)據(jù)集中傳送至變電所站控層監(jiān)控后臺系統(tǒng)。

與有載調(diào)壓裝置和變壓器的接口。在監(jiān)控系統(tǒng)中，利用有載調(diào)壓裝置及變壓器接口和數(shù)據(jù)通訊管理控制器，再與MODBUS通訊規(guī)約和RS-485串行通信接口相結(jié)合，可向后臺系統(tǒng)傳送運行參數(shù)和狀態(tài)，從而達到監(jiān)視目的。

與有源濾波柜設(shè)備、無功功率補償器的接口。監(jiān)控系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)通訊管理控制器與有源濾波柜、無功功率補償器的接口，再結(jié)合MODBUS通訊規(guī)約和RS-485串行通信接口可向后臺系統(tǒng)傳輸運行參數(shù)和運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)監(jiān)視功能。

3 結(jié)語

通過構(gòu)建煙廠供配電自動化系統(tǒng)方案，提供供配電系統(tǒng)自動化系統(tǒng)與弱電集成系統(tǒng)和能管系統(tǒng)的接口，為OPC接口通訊提供了支持，可促進以管、控、測、計量為一體自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，不僅能夠減少人力資源還能確保系統(tǒng)運行的可靠性。