基于LON控制網(wǎng)絡(luò)的高壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控統(tǒng)系的研制

李宏毅，孟凡利，劉茂銀，陳德偉

LI Hong-yi1，MENG Fan-li1，LIU Mao-yin1，CHEN De-wei2

（1.山東省電力學(xué)校，泰安 271000；2.華北電力大學(xué)，保定 071003）

0 引言

建設(shè)數(shù)字化、智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的變電站系統(tǒng)是國(guó)家發(fā)展智能電網(wǎng)的要求，我們以美國(guó)埃施朗公司的產(chǎn)品Smartsever、RS485—Lonworks轉(zhuǎn)換器和LON控制網(wǎng)絡(luò)理論技術(shù)為依托組建并構(gòu)架監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以無(wú)錫國(guó)產(chǎn)信捷PLC及觸摸屏一體機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)基本檢測(cè)控制單元，以美國(guó)Wonderware公司的Intouch組態(tài)軟件為支持設(shè)計(jì)上位機(jī)人機(jī)界面，結(jié)合變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，研制了一種新型的高壓開(kāi)關(guān)柜網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化智能監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)適用6000—10000伏高壓配電柜安全用電系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢，系統(tǒng)加電自動(dòng)運(yùn)行，一般不需要人為干預(yù)，監(jiān)控效果良好。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

該圖為系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)圖，PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)電壓、電流、溫度、瓦斯?jié)舛取o(wú)功補(bǔ)償及功率因數(shù)、漏電參數(shù)與保護(hù)等，傳輸協(xié)議是Modbus—RTU協(xié)議，經(jīng)RS485—Lonworks轉(zhuǎn)換后接入LON控制網(wǎng)絡(luò)，采用總線型結(jié)構(gòu)。經(jīng)SmartSever實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件單元

2.1 Smartsever

i.LON SmartSever 智能服務(wù)器是一個(gè)多功能的、智能能源管理設(shè)備，它既可以作為獨(dú)立的服務(wù)器使用，也可以被集成到所選擇的控制系統(tǒng)中。其內(nèi)置多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，如Modbus、M—Bus、數(shù)字量I/O和脈沖計(jì)數(shù)輸入，以及用戶自編程的驅(qū)動(dòng)等，提供了前所未有的連通性。是美國(guó)埃施朗公司的最新產(chǎn)品，本系統(tǒng)應(yīng)用它作為L(zhǎng)ON控制網(wǎng)絡(luò)的樞紐，結(jié)合以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.2 RS485與Lonworks協(xié)議轉(zhuǎn)換器

RS—485和LonWorks協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)主要由4個(gè)模塊組成：

1）LonWorks主控制模塊：采用Echelon公司的FT—10，內(nèi)含3150神經(jīng)元芯片，同時(shí)包括FTT—10A雙絞線收發(fā)器、復(fù)位電路、10 MHz時(shí)鐘電路及帶有32 KBX 8 Flash存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序和通信固件等。

圖2 PLC檢測(cè)單元端子接線排

2）AT89C52單片機(jī)模塊：采用Intel公司的8051單片機(jī)內(nèi)核，這里把

AT89C52看作從B方式的A機(jī)，它與并行通信接口相連接。

3）RS—485總線接口模塊：它主要是芯片MAX—1487，是MAXIM公司的485總線轉(zhuǎn)換電路系列的一種。它從單片機(jī)的串行口輸人數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成符合RS—485總線格式的數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)半雙工通信。

4）并行通信接口模塊：它由2塊74HC574和1塊74HC74芯片組成。74HC574是帶三態(tài)輸出控制的8D觸發(fā)器，數(shù)據(jù)的輸入由CLK腳上升沿控制，數(shù)據(jù)的輸出由OC腳低電平選通。74HC74是帶預(yù)置端和清除端的雙D觸發(fā)器，接口電路中因?yàn)樗臄?shù)據(jù)輸入端接地、輸出清除端接正電源，所以其數(shù)據(jù)輸出端Q由CLK腳上升沿置低、由SD腳低電平置高。并行通信接口通過(guò)其對(duì)稱的兩個(gè)接口分別與要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的A機(jī)和B機(jī)相連。

2.3 PLC及觸摸屏檢測(cè)控制單元

系統(tǒng)包括控制器單元，信號(hào)采集單元兩部分。控制器單元采用信捷公司xp2-18控制一體機(jī)系統(tǒng)，它是人機(jī)界面和控制器組合在一起的，節(jié)約安裝空間。信號(hào)采集單元，采用單片機(jī)集成處理，主要采集供電系統(tǒng)的電壓，電流，相位等信號(hào)，供處理器計(jì)算，判斷使用。

按照接線圖，將系統(tǒng)外圍接線全部接好后，系統(tǒng)第一次上電，界面顯示系統(tǒng)主畫面，此時(shí)按下指定按鍵，輸入權(quán)限密碼，（按“↑”和“↓”可實(shí)現(xiàn)數(shù)字加減，按“enter”鍵可實(shí)現(xiàn)移位）按照提示退出后，可按翻頁(yè)鍵進(jìn)入相關(guān)頁(yè)面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，包括三相電流，電抗器延時(shí)切除時(shí)間，電流互感器變比，速斷電流整定值等數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)采樣正常的情況下就可以正常運(yùn)行了。

設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)，按下“set”鍵，選中要設(shè)置的數(shù)據(jù)位置1，然后再用數(shù)字鍵盤輸入所需要的數(shù)據(jù)，按“enter”鍵退出。

本系統(tǒng)專門設(shè)置“f8”為試驗(yàn)按鈕，當(dāng)輸入密碼登陸成功后，按下功能鍵“f8”,在主畫面上會(huì)有一個(gè)指示燈亮起，這時(shí)，無(wú)論實(shí)驗(yàn)有什么故障輸出，跳閘線圈都不會(huì)動(dòng)作。只有報(bào)警燈（笛）會(huì)亮（響）起。實(shí)驗(yàn)完畢后，切記應(yīng)把“f8”再次按下，消除試驗(yàn)狀態(tài)。

當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)報(bào)警窗口，提示報(bào)警內(nèi)容，并在后面的頁(yè)面上記錄下報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警時(shí)間。可方便查詢。

主畫面下，按下“f1”鍵可設(shè)定口令，即操作員身份驗(yàn)證。只有通過(guò)該身份驗(yàn)證，才能對(duì)系統(tǒng)設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，否則，無(wú)法修改數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)接線端子排定義：

電源：220

X0---X-COM接通：電抗器切除延時(shí)輸入

溫濕傳感：P1----+5V

P3-----5VGND

P2、P4接點(diǎn)

UO------開(kāi)口電壓輸入（+）

Uod-----開(kāi)口電壓輸入（-）

K1-------CT電流互感器K1

K2------CT電流互感器K2

Ia、Ia、Ic、Ic-------A、C相電流互感器

Y1----報(bào)警輸出（220V）

Y2-----延時(shí)輸出（220V）

Y3-----除濕輸出（220v）

Y4Y-COM1------高漏發(fā)生、過(guò)流、速斷等發(fā)生時(shí)接通

3 檢測(cè)軟件部分

本系統(tǒng)主要的軟件設(shè)計(jì)是基本的檢測(cè)控制部分，分為漏電、過(guò)流、速斷、報(bào)警、延時(shí)、除濕等部分。主要的漏電報(bào)警和過(guò)流速斷保護(hù)的程序段如下：

4 人機(jī)界面

在上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)上，我們采用了美國(guó)Wonderware公司的Intouch組態(tài)軟件，該組態(tài)軟件可視化操作簡(jiǎn)單靈活、多媒體畫面生動(dòng)靈活，實(shí)時(shí)性好，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，并且與LON控制網(wǎng)絡(luò)具有良好的兼容性，為本系統(tǒng)監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)提供了方便。下圖為某一顯示畫面。

圖3 組態(tài)顯示畫面之一

[1]鄔寬明.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用選編.北京航空航天大學(xué),2004.

[2]凌志浩.從神經(jīng)元芯片到控制網(wǎng)絡(luò).北京航空航天大學(xué),2003.