陳文科

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖南長沙，410004）

高職院校的實訓(xùn)教學(xué)是學(xué)生技能提升的重要手段，而實訓(xùn)大樓是實訓(xùn)教學(xué)開展的重要場所，保障實訓(xùn)大樓的電力系統(tǒng)正常運行顯得尤為作用。一般而言，每棟實訓(xùn)大樓都配備了獨立的配電間，每個配電間中有多個配電柜，對各實訓(xùn)室進(jìn)行電力分配及控制。因而，建立對對各配電柜的電壓、電流等參數(shù)的自動檢測具有重要意義[1]。傳統(tǒng)的檢測方式采用單一控制器對多配電柜進(jìn)行檢測，存在檢測線路復(fù)雜且數(shù)據(jù)只能通過有線形式接入外網(wǎng)等不足[2]。

本文基于無線局域網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計了一種新型配電網(wǎng)自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以西門子S7-1200 PLC為控制及數(shù)據(jù)處理中心；以電流互感器、電壓互感器及S7-1200 PLC構(gòu)建傳感節(jié)點采集采集電流、電壓信號；以SCALANCE W774、SCALANCE W734構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)傳輸[3-4]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

以長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造實訓(xùn)大樓配電間為監(jiān)測對象，總計包括四個配電柜，設(shè)計了四個無線監(jiān)測單元以及一個主控單元，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線監(jiān)測系統(tǒng)

主控單元由無線接入節(jié)點SCALANCE W774、主控PLC S7-1200以及西門子觸摸屏KTP700 Basic組成。無線接入節(jié)點SCALANCE W774是組成無線局域網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備，負(fù)責(zé)向外輻射無線信號，供無線客戶端接入。通過冗余機制和分組重發(fā)技術(shù)，確保了無線客戶端的可靠連接，保障了配電網(wǎng)信息無線傳輸?shù)拇_定性和實時性。主控PLC S7-1200通過PROFINET與無線接入節(jié)點SCALANCE W774相連，處理通過無線局域網(wǎng)接收的各配電柜電壓、電流信息并交由觸摸屏顯示。各配電柜的無線監(jiān)測單元由無線客戶端SCALANCE W734和下位PLC S7-1200組成。無線客戶端SCALANCE W734負(fù)責(zé)將下位PLC S7-1200接入到無線接入點覆蓋的網(wǎng)絡(luò)中，將下位PLC S7-1200所檢測到的電壓、電流信息通過無線局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至主控單元。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

■2.1 硬件安裝

根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計方案，硬件主要分為主控單元和無線監(jiān)測單元。按照模塊化設(shè)計思路，確定了1塊主控單元電路板和4塊無線監(jiān)測單元電路板。主控單元電氣原理圖如圖2所示，主要包括空氣開關(guān)、S7-1200 PLC、交換機XB208、SCALANCE W774、開關(guān)電源以及西門子觸摸屏等器件。

圖2 主控單元電氣原理圖

按照圖2準(zhǔn)備網(wǎng)孔板、導(dǎo)線、網(wǎng)線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實物如圖3所示。

圖3 主控單元電路板實物

無線監(jiān)測單元電氣原理圖如圖4所示，主要包括空氣開關(guān)、S7-1200 PLC、交換機XB208、開關(guān)電源及SCALANCE W734等器件。

圖4 監(jiān)測單元電氣原理圖

按照圖4準(zhǔn)備網(wǎng)孔板、電氣元件、導(dǎo)線、網(wǎng)線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實物如圖5所示。

圖5 監(jiān)測單元電路板實物

■2.2 系統(tǒng)IP地址規(guī)劃

完成系統(tǒng)硬件安裝后，需要對各部分進(jìn)行IP地址規(guī)劃。主控單元IP地址規(guī)劃如表1所示。

表1 主控單元IP地址表

無線監(jiān)測單元IP地址規(guī)劃如下表2所示。

表2 監(jiān)測單元IP地址表

■2.3 無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置

配置無線網(wǎng)絡(luò)是完成無線接入點和無線客戶端的配置，兩者配置的工作流程相同，均按照圖6所示流程進(jìn)行配置。

圖6 無線網(wǎng)絡(luò)配置流程圖

3 系統(tǒng)測試

為驗證系統(tǒng)的監(jiān)測效果，在長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造實訓(xùn)大樓配電室搭建了配電自動監(jiān)測系統(tǒng)實驗平臺，并展開了實驗研究。通過瀏覽器進(jìn)入無線客戶端W734Web的“Interface”下 的“WLAN”頁 面，選 擇“Signal Record er”頁簽，并啟動該頁簽，可查看如圖7所示信號記錄圖。由圖7可知，信號分布為綠色，表示無線通訊質(zhì)量為“GOOD”狀態(tài)，無線通信質(zhì)量較好。

圖7 無線通訊信號記錄圖

將圖8中的PLC變量與人機界面中的控件關(guān)聯(lián)，并完成人機界面程序設(shè)計及下載。

圖8 PLC變量表

通過人機交互界面，可以實時查看各配電柜運行狀態(tài)及電壓、電流等參數(shù)，具體如圖9所示。由圖可知，四個配電柜均處于正常運行狀態(tài)，電壓及電流為正常值。

圖9 人機界面監(jiān)控圖

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)配電網(wǎng)自動監(jiān)測系統(tǒng)線路復(fù)雜且只能通過有線形式傳輸?shù)炔蛔悖O(shè)計了基于無線局域網(wǎng)技術(shù)的采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過西門子SCALANCE工業(yè)無線設(shè)備構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，以S7-1200 PLC為控制及采集核心，實現(xiàn)了實訓(xùn)大樓配電間配電柜運行狀態(tài)、電壓、電流等信息的無線采集。通過查看遠(yuǎn)程人機交互界面，顯示本系統(tǒng)能正常監(jiān)測配電柜運行狀態(tài)及其他信息，具有一定的實踐應(yīng)用價值。