摘 要： 介紹了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特點；并結(jié)合工程實例介紹了現(xiàn)場總線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中關(guān)鍵硬件的設(shè)計原理以及運行于工控機(jī)上的應(yīng)用軟件的設(shè)計方法；最后介紹了基于現(xiàn)場總線的變電站電量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場總線 監(jiān)測 監(jiān)控 變電站
1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成與技術(shù)特點
現(xiàn)場總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場自動化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通信協(xié)議。一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以看成是一個由數(shù)字通信設(shè)備和監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)。實際上，現(xiàn)場總線就是一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)上的每一個節(jié)點就是一個智能化設(shè)備?，F(xiàn)場總線由網(wǎng)絡(luò)通信、功能模塊、對象字典和設(shè)備描述、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理等部分組成。
現(xiàn)場總線技術(shù)是三C技術(shù)(Computer、Control、Communication)從控制層發(fā)展到工藝設(shè)備現(xiàn)場的技術(shù)結(jié)果，現(xiàn)場總線技術(shù)的特點如下：
(1)全數(shù)字化通信
傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS)是“半數(shù)字”系統(tǒng)，許多I/O模板接收或送出4～20mA模擬信號；而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)是一個“純數(shù)字”系統(tǒng)，信號傳輸實現(xiàn)全數(shù)字化，提高了信號的可靠性、準(zhǔn)確性，實現(xiàn)了檢錯、糾錯功能。
(2)可互操作性和互用性
可互操作是指實現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換。
(3)完全的分散性
DCS是一個“半分散式”系統(tǒng)，它是采用一個或多個“控制單元”對多回路進(jìn)行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個控制板上又有多個回路?，F(xiàn)場總線采用的則是完全分散體系，它的控制單元全部分散到現(xiàn)場，控制回路由現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)，在現(xiàn)場總線中又同時允許在控制室中用數(shù)字通信的方式進(jìn)行操作與調(diào)整。
2 基于現(xiàn)場總線的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
隨著技術(shù)的進(jìn)步與自動化程度的不斷提高以及電力系統(tǒng)“減人增效”要求的提出，實現(xiàn)變電站綜合自動化從而達(dá)到無人值班，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。為滿足變電站綜合自動化發(fā)展的需要，我們研制了一套基于現(xiàn)場總線的變電站實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并已在現(xiàn)場運行了一年多的時間，運行狀況很好。該系統(tǒng)由前端智能單元、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信適配器、專用Modem及相應(yīng)軟件組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 關(guān)鍵硬件的設(shè)計
基于現(xiàn)場總線的變電站實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件是前端智能單元和網(wǎng)絡(luò)通信適配器。
前端智能單元采用Intel80C196KC 16位系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括采集控制邏輯、模擬信號處理、開關(guān)量輸入輸出處理、通信處理、系統(tǒng)監(jiān)測與保護(hù)、實時時鐘及電源等部分。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，所有數(shù)字邏輯的處理全部集成在單片高密度、超大規(guī)模的可編程邏輯陣列中。為了使前端智能單元能在惡劣的電磁環(huán)境下可靠地工作，除了使電路設(shè)計、器件選擇、布線布局、屏蔽隔離等環(huán)節(jié)盡可能完善外，本系統(tǒng)還可隨時對前端智能單元的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以確保在意外故障發(fā)生時不誤操作和丟失數(shù)據(jù)。應(yīng)該特別指出的是，本系統(tǒng)的前端智能單元安裝在戶外的端子箱內(nèi)(就在PT、CT下面)。
前端智能單元的硬件框圖如圖2所示。
網(wǎng)絡(luò)通信適配器插在工控機(jī)的擴(kuò)展槽上，實現(xiàn)前端智能單元和工控機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)通信適配器由16位微處理器、中央控制邏輯、影象數(shù)據(jù)區(qū)、用戶讀寫數(shù)據(jù)區(qū)、并行接口邏輯和串行接口邏輯等部分組成，其原理框圖如圖3所示。
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2.2 軟件開發(fā)與數(shù)據(jù)管理
對本系統(tǒng)的開發(fā)，筆者采用Visual Basic 5.0作為主要開發(fā)工具，利用Visual C++5.0編制動態(tài)鏈接庫(DLL)完成底層操作。
Visual Basic 5.0是Microsoft公司最新推出的32位Windows開發(fā)工具，它非常適合于開發(fā)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。Visual Basic不僅是一種語言，而且是一個集應(yīng)用程序開發(fā)、測試和糾錯等功能于一體的集成式開發(fā)環(huán)境。在程序設(shè)計上，Visual Basic 5.0具有事件驅(qū)動的特性。另外，它還提供一種高級的出錯處理技術(shù)，以防止最終毀壞應(yīng)用程序。Visual Basic 5.0具有藝術(shù)性的智能化開發(fā)環(huán)境，可以幫助用戶毫不費力地編寫代碼。其快速提示與幫助功能使用戶不必記憶成千上萬的屬性和方法。Visual Basic 5.0采用拖放式編輯，使編程效率顯著提高。它包含本地代碼編譯器，可以用很高速度創(chuàng)建基于Windows95/98和WindowsNT4.0的應(yīng)用程序。它也可以生成“盤式”目錄安裝文件，這樣便能方便地制作發(fā)行盤。
本系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個模塊：
(1)硬件與網(wǎng)絡(luò)測試模塊
在工控機(jī)啟動時，首先由硬件與網(wǎng)絡(luò)測試模塊檢測硬件和網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，判斷相關(guān)硬件和網(wǎng)絡(luò)是否正常。當(dāng)硬件或網(wǎng)絡(luò)不正常時給出響應(yīng)的提示。
(2)系統(tǒng)初始化模塊
設(shè)置變電站的一些可能變化的初始參數(shù)，如電流互感器變比、電壓互感器變比等。
(3)系統(tǒng)與線路運行方式設(shè)置模塊
一個變電站中往往有幾個不同電壓等級的母線和若干條不同電壓等級的線路，它們的接線方式也不盡相同，有三相三線制接法，有三相四線制接法，也有 三相三線制和三相四線制混合使用的接法。線路的接線方式不同，其測量方法也有所不同。另外，PT和CT二次側(cè)接入前端智能單元的組合方式也因變電站的變化而各不相同。系統(tǒng)與線路運行方式設(shè)置模塊的作用就是根據(jù)系統(tǒng)和線路的運行狀況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以確保獲得正確數(shù)據(jù)。
(4)數(shù)據(jù)采集與輸出模塊
從前端智能單元讀取各種數(shù)據(jù)，同時還要完成數(shù)字量的輸出以實現(xiàn)控制功能。
(5)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)模塊
本程序?qū)?shù)據(jù)的管理采取了數(shù)據(jù)庫的方式，將要記錄的數(shù)據(jù)全部存放在.mdb數(shù)據(jù)庫中。該數(shù)據(jù)庫是Access數(shù)據(jù)庫。因此，可以利用Access閱讀和修改數(shù)據(jù)庫，并可在Access環(huán)境下創(chuàng)建各種圖表和曲線。本程序?qū)?chuàng)建數(shù)據(jù)庫、打開數(shù)據(jù)庫、寫數(shù)據(jù)庫、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫等操作都做成函數(shù)的形式，以便隨時使用。
(6)圖形、曲線、報表顯示與打印模塊
顯示與打印變電站主接線、電壓曲線、負(fù)荷曲線、頻率曲線以及各種棒圖、電壓日報表、負(fù)荷日報表等各種報表。
(7)歷史記錄查詢模塊
用于查詢各種歷史數(shù)據(jù)和變位記錄。
(8)與調(diào)度中心的通信模塊
完成變電站與調(diào)度中心的數(shù)字通信，向調(diào)度中心傳送遙信、遙測和電度量，同時接收調(diào)度中心下傳的各種數(shù)據(jù)和命令。
3 基于現(xiàn)場總線的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點
采用基于現(xiàn)場總線的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，既可避免使用大量電纜將PT、CT二次側(cè)電參數(shù)傳送至中控室；又可減少線損造成的誤差，提高測量精度；還可取代中控室，使之節(jié)約占地面積與基建投資。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有如下特點：
(1)前端智能單元可安裝于CT或PT端子箱內(nèi)，對所采集的數(shù)據(jù)就地處理，數(shù)字化傳送；
(2)網(wǎng)絡(luò)由兩根雙絞線組網(wǎng)，故障率低，通信波特率高；
(3)解決了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中CT、PT到中控室間的壓降問題，測量精度高；
(4)抗干擾能力強(qiáng)，能在戶外惡劣條件下運行；
(5)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝、維修方便。
參考文獻(xiàn)
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