基于組態(tài)軟件的智能型低壓開關柜設計

彭 江

（江蘇正佰電氣股份有限公司，江蘇 蘇州 215300）

0 引言

電子設備及采集、測量、信息通信技術的不斷發(fā)展，特別是關鍵設備和關鍵技術取得的突破，促進了我國智能電網(wǎng)建設的長足進步。近年來，電力電子技術、傳感器技術、通信與數(shù)據(jù)存儲技術、現(xiàn)場總線技術及計算機網(wǎng)絡技術等不斷發(fā)展并相互融合，為電氣設備的智能化提供了基礎。電氣設備的信息數(shù)字化正逐漸成為電力系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向，同時也實現(xiàn)了電力設備的網(wǎng)絡化，從而使電力系統(tǒng)更加清潔、高效、安全、可靠。智能型低壓開關柜作為智能電網(wǎng)的一個重要組成部分，在智能電網(wǎng)的建設中起到了關鍵作用。

1 智能型低壓開關柜的功能

電力系統(tǒng)的運行包括發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)。目前，用戶電氣設備的用電絕大多數(shù)是通過低壓開關柜來傳輸，而在開關柜中，低壓開關和電氣設備（如電力儀表和保護模塊等）起到控制和保護作用，是低壓開關柜的核心設備。智能型低壓開關柜的功能應該包含檢測、通信、控制保護及日常維護等，其中，檢測功能用于監(jiān)測重要的電量參數(shù)，如電壓、電流、諧波含量、用電量、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。通信功能則通過有線或無線方式，將相關數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控主機，實現(xiàn)對低壓開關柜的“四遙”（遙測、遙控、遙調、遙信）操作，在現(xiàn)場常采用穩(wěn)定性和抗干擾性高的RS485接口?？刂票Ｗo功能包括過流保護、過壓保護及故障接地保護等。日常維護功能包括大電流連接點溫度、斷路器機械壽命及觸頭電磨損程度等各種預警參數(shù)的系統(tǒng)化判斷和提示。

2 智能型低壓開關柜的結構

智能型低壓開關柜的結構示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)由智能電器和嵌入式平板電腦組成，其中智能電器包括智能型萬能式斷路器、電力儀表、接頭溫升測量儀、接地故障報警儀、開關量測量儀及絕緣狀態(tài)測量儀。嵌入式平板電腦是面向工業(yè)控制領域的高性能觸控一體機，具備堅固、防震、防潮、防塵、耐高溫、多插槽和易于擴充等特點，能與工業(yè)組態(tài)軟件完美融合，利用PC系統(tǒng)的豐富資源實現(xiàn)高級、復雜的人機界面。

圖1 智能型低壓開關柜的結構示意圖

3 基于組態(tài)軟件的智能型低壓開關柜的設計方案

智能型低壓開關柜采用組態(tài)軟件進行開發(fā)和實現(xiàn)。組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，其為上層數(shù)據(jù)庫和下層采集設備提供各種通訊接口和軟件端口，能和各個廠家的設備進行通訊，同時與網(wǎng)絡系統(tǒng)結合。組態(tài)軟件提供了一個簡潔的開發(fā)環(huán)境，不需要通過編程方式來進行系統(tǒng)集成。它為用戶提供了友好的開發(fā)界面和簡潔方便的工程實現(xiàn)方法，工程師只要將各模塊進行組合就可快捷地實現(xiàn)設計目的［1］。組態(tài)軟件可以極大地縮短工程師的系統(tǒng)集成時間，提高其工作效率，并使操作變得非常容易。特別需要注意的是，我們在使用組態(tài)軟件時要遵循電力操作的習慣。

采用組態(tài)軟件開發(fā)的智能型低壓開關柜具備監(jiān)控顯示、報警、用戶權限管理、數(shù)據(jù)管理、設備維護、網(wǎng)絡通訊等功能。

3.1 監(jiān)控顯示

在監(jiān)控主界面上以一次電氣圖或現(xiàn)場布置圖的形式直觀地反映整個配電網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。組態(tài)軟件使用圖形、動畫、曲線或文本等方式來生動地顯示實時采集到的數(shù)據(jù)。監(jiān)控主界面如圖2所示。

圖2 監(jiān)控主界面

3.2 報警功能

數(shù)據(jù)過閾值的報警格式可以有多種，例如百分數(shù)。本智能型低壓開關柜的報警方式包含報警框、報警數(shù)據(jù)閃爍、GSM短消息報警、郵件報警、電話報警及聲光報警等，報警數(shù)據(jù)的存儲方式有報警總表、順序事件記錄等。用戶使用系統(tǒng)軟件提供的檢索工具進行檢索查詢和打印。歷史報警查詢畫面如圖3所示。

3.3 用戶權限管理

在設計智能型低壓開關柜時，我們需要根據(jù)系統(tǒng)或用戶的安全規(guī)則或安全策略來考慮管理權限，如對數(shù)據(jù)類別進行操作權限的管理，或對功能類別進行功能操作的權限管理。

3.4 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢，進行負荷趨勢分析，定時和實時出具各類管理報表（如各種日報表、月報表和年報表），記錄各種故障并分析故障原因等。設計日報表如圖4所示。

圖3 歷史報警查詢畫面

圖4 日報表

3.5 設備維護

實時監(jiān)測設備運行參數(shù)，如觸頭機械壽命、設備運行時間等，當設備需要保養(yǎng)或檢修時發(fā)出提示信息，并記錄和保存所有維護信息，以便今后查詢。

3.6 網(wǎng)絡通訊

連接智能型低壓開關柜的網(wǎng)絡需考慮通信的公開性和一致性，要使整個系統(tǒng)具有開放性、可靠性，各設備間具有可互操作性?，F(xiàn)場總線具備高穩(wěn)定性、及時性、開放性、維護開銷低以及通信介質多樣等特點，能適應今后通信技術的發(fā)展需求。在智能型低壓開關柜中使用現(xiàn)場總線進行通信，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，并且操作起來也方便。

智能型低壓開關柜的網(wǎng)絡通訊采用Modbus通信協(xié)議來實現(xiàn)，其具備標準性、開放性，且不會侵犯知識產(chǎn)權，全球支持Modbus協(xié)議的廠家達400多家。Modbus協(xié)議支持多種通信接口，如全雙工和半雙工等，可采用多種通信介質傳送，如雙絞線和光纖等。標準Modbus通信格式具有簡潔和嚴謹?shù)奶攸c，因而在設備廠家和設備用戶中廣受歡迎。標準Modbus協(xié)議傳輸模式有ASCⅡ和RTU［2］。由于RTU模式在通訊幀中每個8位的字節(jié)包含2個4位的16進制字符，而ASCⅡ模式在通訊幀中每個8位的字節(jié)包含1個ASCⅡ碼（2個16進制字符），這樣在相等的傳輸速率下，RTU模式比ASCⅡ模式效率更高，因此我們在設計時采用RTU模式通信。RTU模式如圖5所示。

圖5 Modbus-RTU模式

智能型低壓開關柜利用組態(tài)軟件提供的OPC、ODBC等多種通訊端口或專用的電力規(guī)約接口（如IEC870-5-101／103／104規(guī)約、DL／T645電度表規(guī)約），通過標準TCP／IP協(xié)議與上級管理網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)無縫鏈接，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結語

通過在低壓開關柜中配置智能電器，采用組態(tài)軟件可以方便快捷地監(jiān)測配電網(wǎng)絡的運行參數(shù)和狀態(tài)，并可對用電設備的用電量進行統(tǒng)計，以便維護人員明確設備狀況，正確處理事故，從而減小故障的影響。智能型低壓開關柜還減少了有關人員的工作量，因而具有很好的經(jīng)濟和社會效益。在網(wǎng)絡越來越發(fā)達的當代，組態(tài)軟件在電力系統(tǒng)中的應用必將越來越廣泛。

［1］柏元網(wǎng)控信息技術（上海）有限公司.Web Access產(chǎn)品使用說明書［Z］

［2］陳德仙，鄭登峰，俞國勇，等.基于 MODBUS協(xié)議的智能配電系統(tǒng)設計［J］.江蘇電器，2007（4）