基于組態(tài)王和工業(yè)以太網(wǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文設(shè)計(jì)了基于組態(tài)王和工業(yè)以太網(wǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)功能。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，實(shí)時(shí)性高，在工程中有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王 ，mobus ，工業(yè)以太網(wǎng)， 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(wǎng)、大機(jī)組、高電壓的電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控要求，除常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)終端、智能電度表和繼電保護(hù)裝置等智能電子設(shè)備采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還須采用軟件對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。本文詳細(xì)介紹了組態(tài)王在中儲(chǔ)糧某儲(chǔ)備庫(kù)電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

二 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該儲(chǔ)備庫(kù)變電所較多，且地址位置分散，要求監(jiān)測(cè)供電設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備共180多臺(tái)，基本涵蓋了供電、運(yùn)輸、通風(fēng)、清掃、除塵等糧庫(kù)設(shè)備的各個(gè)方面。出于成本和可靠性考慮, 本系統(tǒng)雙層結(jié)構(gòu)，上層為監(jiān)控管理層，上位機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)各配電室的電能參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，下層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控層，通過(guò)RS-485總線讀取現(xiàn)場(chǎng)儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1）RS-485總線設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)電力儀表采用江蘇斯菲爾公司PA19系列數(shù)顯電流表，PA19系列數(shù)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(shù)測(cè)量。該系列儀表變比可編程，可擴(kuò)展開(kāi)關(guān)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(xié)議。本系統(tǒng)共有8個(gè)變電站，每個(gè)變電站中儀表個(gè)數(shù)如表1所示。

變電站名稱 電力儀表個(gè)數(shù)

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(shù)量過(guò)多會(huì)大大降低監(jiān)控軟件顯示的實(shí)時(shí)性，為了保證通訊速率、通訊的可靠性以及通訊的實(shí)時(shí)性，將電力儀表波特率設(shè)置為9600bps,且每路RS-485總線上電力儀表數(shù)目限制在10個(gè)左右，同時(shí)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(jié)構(gòu)采用工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸方式，因此需要進(jìn)行以太網(wǎng)至RS-485的轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用MOXA Nport系列串口服務(wù)器將串口設(shè)備連接至以太網(wǎng)絡(luò)。其中1-5#變電站、8#變電站采用Nport 5230(2個(gè)RS-285接口)，6-7#變電站采用Nport 5430 串口服務(wù)器（4個(gè)RS-485接口）。

2）工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)原則

由于變電站至監(jiān)控終端距離較遠(yuǎn)，為了提高通訊傳輸?shù)目煽啃�，系統(tǒng)采用光纖傳輸方式。因此需要進(jìn)行電-光-電轉(zhuǎn)換，即各個(gè)變電站串口服務(wù)器網(wǎng)口輸出接光電轉(zhuǎn)換器網(wǎng)口輸入，光電轉(zhuǎn)換器光口經(jīng)光纖接至監(jiān)控室光電轉(zhuǎn)換器光口，監(jiān)控室光電轉(zhuǎn)換器網(wǎng)口輸出接監(jiān)控交換機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)線接監(jiān)控交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)變電站電力儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用KingView軟件(組態(tài)王)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，Kingview是亞控公司推出的第一款針對(duì)中小型項(xiàng)目推出的用于監(jiān)視與控制自動(dòng)化設(shè)備和過(guò)程的SCADA產(chǎn)品，也是亞控公司的第一款產(chǎn)品。自Kingview問(wèn)世以來(lái)，以其易學(xué)易用、功能齊全、物美價(jià)廉的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)成為國(guó)產(chǎn)最著名的組態(tài)軟件產(chǎn)品。

本系統(tǒng)軟件根據(jù)不通的變電站進(jìn)行分類,提供簡(jiǎn)潔明了的用戶使用界面。整個(gè)顯示器屏幕分成3個(gè)區(qū)域:系統(tǒng)菜單選擇區(qū)、設(shè)備狀態(tài)畫面區(qū)、系統(tǒng)設(shè)備故障報(bào)警區(qū)。

監(jiān)控系統(tǒng)的畫面由靜態(tài)和動(dòng)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(shè)備的位置和配置情況。動(dòng)態(tài)畫面則反映系統(tǒng)和設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。通過(guò)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(kāi)關(guān)等設(shè)備的運(yùn)行情況。電壓,電流、功率和電能等重要模擬量的顯示使用動(dòng)態(tài)文本,畫面的數(shù)字根據(jù)庫(kù)標(biāo)簽數(shù)值的變化不斷地刷新。

本系統(tǒng)為報(bào)警限值提供了接口，用戶可以通過(guò)該接口設(shè)定各個(gè)設(shè)備模擬量的報(bào)警限值，為用戶修改報(bào)警限制提供了極大的方便。

三 系統(tǒng)功能

為了更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的電能參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，本系統(tǒng)進(jìn)行了下列功能的開(kāi)發(fā)：儀表通訊狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、趨勢(shì)曲線顯示、報(bào)警顯示以及電能報(bào)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(gè)電力儀表的通訊好壞，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了本功能。組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典里對(duì)每個(gè)通訊設(shè)備都有CommErr寄存器來(lái)指示設(shè)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(qiáng)制CommErr寄存器為1，則不對(duì)該設(shè)備進(jìn)行通訊。因此，我們可以通過(guò)讀取該寄存器并輔助以圖形化的方式來(lái)顯示設(shè)備的通訊狀態(tài)。

2、 數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要采集變電站進(jìn)線柜的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能以及運(yùn)行設(shè)備的電流信息等模擬量信號(hào)。按照電力儀表手冊(cè)中各個(gè)參數(shù)的地址、在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典里進(jìn)行相應(yīng)的配置即可讀取設(shè)備電能參數(shù)值。

3、 趨勢(shì)曲線顯示

趨勢(shì)曲線用來(lái)顯示各種模擬量的變化趨勢(shì)，通過(guò)趨勢(shì)曲線操作員可以看出電壓、電流等參數(shù)的變化情況。趨勢(shì)曲線分為實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線兩種。實(shí)時(shí)曲線主要顯示當(dāng)前參數(shù)的實(shí)時(shí)值，該曲線會(huì)隨著時(shí)間的變化而向前推移。歷史曲線主要顯示過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)參數(shù)的變化情況，本系統(tǒng)歷史曲線可以顯示過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)參數(shù)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(shí)間內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能可以將參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)保存200多天的時(shí)間，即操作員可以查詢200多天內(nèi)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電能參數(shù)，并通過(guò)歷史趨勢(shì)曲線反應(yīng)出來(lái)。

4、 報(bào)警顯示

如果當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的電壓、電流等值超過(guò)操作員設(shè)定的報(bào)警限值，則報(bào)警信息框中會(huì)實(shí)時(shí)彈出報(bào)警信息。報(bào)警信息顯示報(bào)警設(shè)備的名稱、參數(shù)值、設(shè)定限值等情況，以便操作員采取正確的處理措施。同時(shí)，系統(tǒng)為報(bào)警參數(shù)的限值設(shè)置提供了接口，操作員可以自己設(shè)定報(bào)警限制以及修正報(bào)警限值。

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5、 電能報(bào)表

電能報(bào)表可以查看一個(gè)設(shè)備或多個(gè)設(shè)備過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)的耗電情況，電能報(bào)表還具有打印、導(dǎo)出至EXCEL文件等功能。

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的基于組態(tài)王和工業(yè)以太網(wǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、性價(jià)比高，符合工業(yè)過(guò)程控制的流行趨勢(shì)，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作效率。該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，且易于擴(kuò)展，在工程上有一定的借鑒意義。

曾做過(guò)煤礦直流提升機(jī)（1800KW容量）的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。擅長(zhǎng)直流傳動(dòng)，PLC集散控制。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。