智能樓宇變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

耿雅靜

【摘要】智能樓宇變電所綜合自動(dòng)化是設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)操作現(xiàn)場(chǎng)的總線方案，在數(shù)據(jù)通信的支持下構(gòu)建樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，主要包括設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備保護(hù)、設(shè)備通信等，最終實(shí)現(xiàn)同時(shí)段內(nèi)的信息共享，推進(jìn)智能樓宇的成體化，并加強(qiáng)數(shù)據(jù)通信的自動(dòng)化。在此基礎(chǔ)之上，本文從基礎(chǔ)功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件功能等多個(gè)角度對(duì)該課題進(jìn)行了細(xì)致地分析，以期為建筑電氣研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)微薄之力。

【關(guān)鍵詞】智能樓宇；自動(dòng)化；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

我國(guó)建筑電氣的發(fā)展勢(shì)頭日益迅猛，智能樓宇的杰出成果非變電所綜合自動(dòng)化莫屬。建筑樓宇中的電氣設(shè)備林林總總，且對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)控制已是相當(dāng)純熟?，F(xiàn)如今，如何構(gòu)建自動(dòng)控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)模的集成，進(jìn)而降低研發(fā)投資成本，都已成為建筑電氣專業(yè)的重要課題，也是社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。因此，必須利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)操作現(xiàn)場(chǎng)的總線方案，在數(shù)據(jù)通信的支持下構(gòu)建樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，與此同時(shí)，廣泛傳播總線設(shè)計(jì)方案的技術(shù)應(yīng)用。

一、變電所綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)功能

在現(xiàn)代信息技術(shù)的宏觀統(tǒng)籌下，變電所綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)功能大致上可以劃分為以下五大類別[1]。

（1）變電所綜合自動(dòng)化的保護(hù)功能

變電所綜合自動(dòng)化的保護(hù)功能主要是為保障設(shè)備系統(tǒng)的安全而設(shè)計(jì)、開發(fā)的，變電所系統(tǒng)的內(nèi)部組成部分主要包括各路元件、總線支線以及變壓器等，是一個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的核心部分。除此之外，變電所綜合自動(dòng)化的保護(hù)功能能夠與整個(gè)智能樓宇相契合，進(jìn)而使自動(dòng)化系統(tǒng)完成數(shù)字通信任務(wù)。

（2）變電所綜合自動(dòng)化的計(jì)量、監(jiān)測(cè)功能

采集線路電流、電壓、功率，采集變壓器電流、電壓、功率，采集斷路器狀態(tài)值和開關(guān)狀態(tài)值是變電所綜合自動(dòng)化計(jì)量和監(jiān)測(cè)功能的主要內(nèi)容[2]。除此之外，做好各部件數(shù)值采集工作，并計(jì)量各線路電能消耗量和系統(tǒng)電能消耗總量，這些都是變電所綜合自動(dòng)化計(jì)量、監(jiān)測(cè)功能的重要部分。

（3）變電所綜合自動(dòng)化的遙控功能和控制功能

變電所綜合自動(dòng)化的遙控功能是實(shí)時(shí)的，變電所綜合自動(dòng)化的控制功能是實(shí)地的。將開關(guān)的閉合、斷開，斷路器的運(yùn)行、中斷，電容器組的自動(dòng)化投入，以及備用電源的自動(dòng)化投入作為主要操作內(nèi)容，以此發(fā)揮變電所綜合自動(dòng)化的實(shí)時(shí)遙控功能和實(shí)地控制功能。

（4）變電所綜合自動(dòng)化的警報(bào)打印功能

變電所綜合自動(dòng)化的警報(bào)打印功能是針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)而言的，系統(tǒng)參數(shù)的構(gòu)成主要包括電流、電壓、電阻功率以及器件溫度等，將系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整合，能夠完整地生成系統(tǒng)記錄表，例如值班記錄表、事故記錄表以及實(shí)時(shí)信息參考表格等，將參數(shù)值錄入聲光報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)而采取措施對(duì)相應(yīng)程序進(jìn)行處理操作，為變電所綜合自動(dòng)化警報(bào)打印功能的發(fā)揮做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

（5）變電所綜合自動(dòng)化的通信一體化功能

在變電所綜合自動(dòng)化開放系統(tǒng)中，將互連規(guī)范作為通信一體化的功能準(zhǔn)則，利用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，將保護(hù)、計(jì)量、監(jiān)測(cè)、遙控及控制、警報(bào)參數(shù)一并傳輸給變電所系統(tǒng)后臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信一體化[3]。在變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信一體化功能的應(yīng)用必須保證其傳輸速率大于或等于1兆/每秒。

二、變電所綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變電所綜合自動(dòng)化的物理構(gòu)成主要是開關(guān)、計(jì)量?jī)x表以及總控設(shè)備，變電所綜合自動(dòng)化的物理構(gòu)成又分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，一次設(shè)備以開關(guān)柜為主；二次設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)化CAN現(xiàn)場(chǎng)總線為主，同時(shí)又包括CPU控制和通信集成電路。變電所綜合自動(dòng)化在邏輯結(jié)構(gòu)上大體可以分為三個(gè)層次：一是過程層，二是空間層，三是站控層。一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合構(gòu)成了過程層的交集面，主要針對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行操作，采集實(shí)時(shí)電氣值，掌握電力設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)中的參數(shù)數(shù)值，并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)操控；將過程層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，是間隔層的主要任務(wù)和基本功能，間隔層必須對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行全面的保護(hù)和有效的控制，同時(shí)承載了過程層與站控層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的聯(lián)接任務(wù)；整理并生成變電所的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是站控層的主要任務(wù)，站控層必須對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有規(guī)律性地刷新；按時(shí)登陸數(shù)據(jù)庫(kù)，以便對(duì)歷史信息數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)和清查；并遵守上級(jí)規(guī)定，有序地將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給電管所。反之，電管所可以將中心命令傳達(dá)給過程層，對(duì)變電所內(nèi)部的一次設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控。除此之外，可以將第三層站控層發(fā)展成為監(jiān)控中心，即實(shí)現(xiàn)變電所的就地性。由此可見，工程師站和操作員站是站控層的必要配備內(nèi)容，能夠有效地實(shí)現(xiàn)人員同設(shè)備的聯(lián)接。對(duì)數(shù)據(jù)顯示、規(guī)范操作以及報(bào)警打印來(lái)說，站控層的完備性和實(shí)用性尤為重要，與此同時(shí)，站控層還能夠?qū)^程層和間隔層進(jìn)行在線修改，在線修改的主要內(nèi)容包括維護(hù)機(jī)制、運(yùn)行狀態(tài)和部件參數(shù)等。

三、變電所綜合自動(dòng)化的軟件功能

在智能樓宇的構(gòu)建中，變電所綜合自動(dòng)化軟件主要有四組：一是圖形界面，二是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，三是控制功能組件，四是第三方程序接口，以上四組軟件可以充分發(fā)揮其組態(tài)功能：完成報(bào)警打印、生成系統(tǒng)CAN總線的動(dòng)態(tài)界面、參數(shù)采集與處理、歷史數(shù)據(jù)查詢以及運(yùn)作趨勢(shì)的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。

軟件設(shè)計(jì)之所以重要，是因?yàn)檐浖O(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)智能樓宇變電所綜合自動(dòng)化同樓宇其他設(shè)備自動(dòng)化的集成優(yōu)化，合二為一，相互兼容。軟件功能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮慕M件結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)操控一同封裝于組件結(jié)構(gòu)的對(duì)象中，對(duì)象與對(duì)象之間的相互作用主要依靠接口調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，變電所自動(dòng)化系統(tǒng)能夠利用對(duì)象與對(duì)象之間的相互作用完成軟件功能。軟件功能的具體操作流程如下：服務(wù)器利用I/O驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)主要來(lái)源于變電所現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備，操作員站在計(jì)算機(jī)內(nèi)插入CAN控制卡，CAN控制卡與計(jì)算機(jī)之間生成了自動(dòng)化DMA數(shù)據(jù)通信。在設(shè)備初始化時(shí)，必須優(yōu)先完成CAN智能卡的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而，實(shí)時(shí)信息由驅(qū)動(dòng)接口源源不斷地向CAN總線流出，在必要的加工處理后，一方面生成了動(dòng)態(tài)的圖形界面，另一方面操作員站將控制數(shù)據(jù)傳輸給I/O設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)等系統(tǒng)構(gòu)成的實(shí)時(shí)監(jiān)控、定值修改和安全保護(hù)。

結(jié) 語(yǔ)

總而言之，從根本上發(fā)展設(shè)備控制的自動(dòng)化和通信應(yīng)用的一體化，早已是社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)問題，同時(shí)也是構(gòu)建智能樓宇變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要結(jié)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉艷華，李瑩琨.淺析變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)踐[J].黑龍江科技信息，2011，03：30.

[2]吳娜，郭銀景.井下采區(qū)無(wú)人值守變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，05：90-95.

[3]張旭.智能樓宇電氣自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)問題的探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，21：111.