基于现场总线的低压配电智能化监控系统

摘 要：本文结合电力系统的特点，介绍了现场总线技术在智能化低压配电监控系统中的应用。采用综合电力监控仪PMAC9900E2组成了能实际应用的低压配电监控系统，并对该系统的硬件组成、软件设计以及监控系统的具体实现等进行了说明。关键词：现场总线;低压配电;综合电力监控仪;智能监控系统1 引 言　　随着电力系统的迅速发展和现代社会对供电质量要求的不断提高，电力系统实现运行、控制和管理综合自动化已势在必行。近年来，低压配电网的智能化系统的发展极其迅速，已经出现了许多以智能化电器为基础而开发的低压配电监控网络系统。世界许多大公司如法国的施奈德、德国的西门子、ABB公司等纷纷推出了自己的智能化电器监控、保护和信息网络系统，其中不少已经是现场总线型的产品。　　20世纪90年代以来，自动化领域发生了一次具有深远影响的重大变革。现场总线（Field bus）技术的诞生引发了传统的工业自动化仪表与控制系统的革命。基于现场总线技术的工业过程智能自动化仪表和开放的自动化系统引起了广泛的注意和高度的重视，已成为国内外自动化技术发展的一个热点。　　综合电力监控仪PMAC9900E2是一款应用广泛的电力监控仪表，除可测量36个电力参数外，还具有4路状态量输入和4路继电器输出，并可编程完成过压、欠压、过流、超频报警。PMAC9900E2采用标准安装结构，高亮度显示，美观实用。它的通信功能强大，具有光电隔离的RS485通讯口，通讯速率为300～19200bps，并支持开放式的通讯协议。可以说在低压配电监控系统中采用PMAC9900E2是将现场总线技术应用于低压配电综合系统，实现配电系统智能化的有效方法，它提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护。2 监控系统硬件组成　　本系统中，基于现场总线的低压配电智能化监控系统是由一台工业控制机、一个卡件控制箱、一个系统开关柜和两类负载组成。其组成框图见图1。[align=center]图1 监控系统组成框图[/align]　　2.1 监控系统原理　　智能现场电测量仪表安装在低压配电柜中，它于监控主机之间的连接物理层采用RS485接口,介质采用带屏蔽地的双绞线，数据链路层采用MODBUS通信协议。对系统的主回路运用现场总线技术,通过监控主机上的友好人机界面，完成电测量数据、开关状态的数字采集并进行智能开关控制和保护等功能。采用纯数字量通信，大大提高了系统的可靠性﹑稳定性和智能化程度。　　2.2 能量管理部分（低压开关柜）　　（1） 综合电力监控仪　　综合电力监控仪PMAC9900E2是一种适用电力测量和控制的自动化仪表，能高精度实时测量数据，可以广泛应用于电力系统及工业生产监控等自动化领域。　　其数字采集系统组成框图为[align=center]图2 数字采集系统组成框图[/align]　　（2） CI-134四串口卡　　它支持 4 个独立的RS-422/485串口，在一对多点的通信应用下，最多可控制128 个设备。为使 RS-485 2线半双工操作变得更加简单, 每片 CI-134 卡都具有数据流向自动控制（ADDC），不需软件操作。因此, 在Windows下应用不需额外的编码就能控制RS-485半双工协议。　　（3） 供电开关器件　　主要有空气开关、电流互感器、交流接触器、热继电器、按钮开关等。　　（4） 数字信号控制　　通过遥信卡PCLD-782B检测接触器所控制开关的状态;通过遥控卡DAT-7685进行系统负载（重要负载、次要负载）的远程控制。3 监控系统软件设计　　3.1 软件的主要功能　　（1） 对综合电力监控仪PMAC9900E2的各种参数实行实时数据采集;　　（2） 实现对PMAC9900E2各个开关量远程控制;　　（3） 通过界面显示各种参数数据。　　3.2 软件平台　　（1） 系统平台　　本系统使用Window 98操作系统。采用该操作系统是因为它便于对系统的底层进行直接操作，并且可以方便的访问构成Microsoft Windows操作系统的成千上万个过程。　　（2） 应用软件　　采用Visual Basic 6.0中文版。利用VB开发用户图形界面以及各类控件，并且利用ADO（ActiveX Data Objects）来访问和加工某个数据源的数据。　　（3） 数据库软件　　数据库软件采用Microsoft Access 97。实现数据库的建表、索引等功能，并对数据库实行安全机制，防止数据丢失，产生备份和恢复数据等。而且全部采用Microsoft的产品使各个软件在兼容性上能得到满意的结果。4 低压配电智能监控系统的实现　　4.1 PMAC9900E2-MODBUS的串行通讯协议　　通信协议的作用使信息和数据在工控机和PMAC9900E2之间有效地传递，它包括：　　（1） 所有RS-485回路通信应遵照主/从方式，在这种方式下信息和数据在单个主站和最多32个从站监控设备之间传递;　　（2） 主站将初始化和控制所有在RS-485通信回路上传递的信息;　　（3） 无论如何都不能从一个从站开始通信;　　（4） 所有RS-485环路上的通信都以打包方式发生一个包裹。这个包裹的字节构成标准异步串行数据，并按7位数据位，1位停止位，无校验位的方式传递串行数据流;　　（5） 任何情况从站只能响应主站一个请求。　　4.2 数据采集的实现　　本系统中,采用PMAC系列仪表通讯库 （ver 1.2.1.7）来实现数据采集。通过调用pmac.dll可以实现。　　4.3 界面设计　　主要采用了Visual Basic 6.0的各类控件来实现。使用这些控件，可以向程序中添加按钮、复选框、标签、组合列表框和文本框，可以在程序中对硬盘的文件进行操作和访问数据库。在界面设计时，主要的显示、信息输入与输出都是采用这些内部控件实现的。　　4.4 软件总体流程框图　　数字监控系统是由入口快速显示界面、登录界面、监控管理界面、信息管理界面等组成，其流程框图如图3所示。[align=center]图3 数字监控系统软件流程图[/align]　　（1） 系统入口快速显示界面　　系统程序启动时出现的入口显示画面，主要显示系统名、版权信息以及一个简单的位图等内容。　　（2） 登录界面　　用户根据不同的权限来登录，系统根据事先的设定值给予不同的用户不同的权限，避免产生误操作。　　（3） 监控管理界面　　用户可以选择端口、地址、传输率后进入系统监控状态，可以实时监控系统数据，并且进行参数整定，实现遥讯、遥控和遥测。　　（4） 信息管理界面　　可以实现对系统的各方面数据（如实时数据、历史数据、系统参数）进行全面安全的管理，便于维护系统。5 结束语　　采用综合电力监控仪PMAC9900E2组成基于现场总线技术的低压配电智能监控系统，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，提高了系统的安全性和可靠性。　　但是，使用PMAC9900E2构成的数字监控系统也存在着其暂时无法解决的问题，即控制线路路数的局限。这大大地阻碍了数字采集系统的推广。这就使得在对于要求控制线路多的低压配电监控系统中，必须采用数字监视与模拟控制相结合的综合监控系统。　　随着强电控制与微电子技术、计算机技术和网络通信技术进一步结合，将弥补PMAC9900E2在遥控方面的缺陷，使采用智能化仪表的低压配电系统在遥信、遥测、遥控、遥调方面都表现出更加优异的性能。由于智能化仪表的在系统中的应用，将使控制系统变成一个两级系统，即现场级与工作站级。它将方便地向上联网，构成厂级或公司级网络。而通过网络将连接全球Internet，形成真正意义上的网络化控制系统。可以预见，网络化的控制设备取代传统的控制设备已是不可抗拒的历史潮流。　　随着现场总线技术的不断完善，对于采用类似于PMAC9900E2现场智能化仪表的低压配电系统将成为低压配电系统的主流，它将使配电监控系统发生一场前所未有的革命。参考文献　　1.白焰，吴鸿，杨国田 编著.分散控制系统与现场总线控制系统—基础、评选、设计和应用.北京：中国电力出版社，2001　　2.吴秋峰 主编.自动化系统计算机网络.北京：机械工业出版社，2001