電力運行信息監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用的若干研究

黃拓 丁銳 馮蕾

摘 要：文章結(jié)合某企業(yè)的電力運行信息監(jiān)測系統(tǒng)的實際情況，闡述了該系統(tǒng)的組成和工作原理，并對系統(tǒng)串行接口及其工作機制進行重點討論。

關(guān)鍵詞：電力運行信息；監(jiān)測系統(tǒng)；開發(fā)及應(yīng)用；數(shù)字通信接口

電力運行信息采集工作直接反映企業(yè)電力生產(chǎn)運行的各種質(zhì)量狀況，對企業(yè)各個部門的成本核算和經(jīng)濟效益都發(fā)揮著重要作用。為滿足日益提高的電能要求，對電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)就顯得尤為重要。文章結(jié)合某企業(yè)的實際情況，以該公司的局域網(wǎng)作為電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)的依托，運用計算機接口和數(shù)字通信技術(shù)，以能源調(diào)度室主機為主操作站，連接多功能電能表，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化計算機監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對電力運行信息的有效監(jiān)測。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

企業(yè)需要系統(tǒng)具有以下四種功能：數(shù)據(jù)采集，即自動采集和整理電力生產(chǎn)運行過程中的狀態(tài)量、模擬量和數(shù)字量；數(shù)據(jù)處理，即依據(jù)各種工作模式和工況的實際要求，計算采集來的數(shù)據(jù)，按照各自程序進行控制監(jiān)視，定值給定和最佳運行，并對給定年中每月末的數(shù)據(jù)進行保存，以供主站的隨時調(diào)用[1]；數(shù)據(jù)通信，即給調(diào)度中心傳送電力運行中的有功功率、電量、電流、瞬時電壓等各種狀態(tài)參數(shù)；顯示與打印，即在多媒體外設(shè)的人機界面上進行信息的查詢、瀏覽和打印。

2 系統(tǒng)工作原理

電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集層、集中監(jiān)控層、管理檢測層三個層次。其中以單片機為核心的多功能電表采集終端和集中器是數(shù)據(jù)采集層的主要組成，前者主要負責(zé)對電力運行各種信息的采集，后者主要負責(zé)集中從終端到主機的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)發(fā)布和命令傳遞。數(shù)據(jù)采集層能夠有效減輕主機的負擔(dān)[2]，提高遠程高速通信線路的利用率。而集中監(jiān)控層是以工控機為核心的上位機和多媒體外設(shè)共同組成的集中監(jiān)控受理中心，工控機是專門為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的計算機，具有良好的兼容性、抗干擾能力、防沖擊、防塵防磁等性能，集中監(jiān)控層主要是負責(zé)提供人機界面，進行自動抄表、故障報警、信息顯示等工作。管理監(jiān)測層是由各科室計算機共同組成的，通過對監(jiān)測軟件和數(shù)據(jù)庫軟件的利用實現(xiàn)對電力運行信息的隨時隨地的查詢?yōu)g覽[3]，以供管理人員進行正確決策。電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)在工作時，將各種電能信號通過費率裝置轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖專線會將電度量傳送到數(shù)據(jù)采集模塊進行脈沖累加和存儲，最終的電度量由脈沖常數(shù)、電度表常量和脈沖量的乘積可得。集中器會對數(shù)據(jù)進行定時的讀取，并對電度量進行存儲和計算。管理中心計算機會接收集中器通過光纜傳送來的信息，并對各個電端口信息進行統(tǒng)計、分類和存儲。

3 系統(tǒng)接信接口

3.1 數(shù)據(jù)采集層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

總線型拓撲結(jié)構(gòu)是該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中一共有109個數(shù)據(jù)采集點。為了提高抗干擾能力，會采用IBM-PC總線型系列工控機作為系統(tǒng)的主機，并利用不同的適配器和相對應(yīng)的主機連接，從而形成多主機網(wǎng)絡(luò)，這些主機會按照工況需要被放置在不同位置，且共享所有網(wǎng)絡(luò)資源，該系統(tǒng)還對熱機備用、與其他計算系統(tǒng)連接等問題進行了綜合的考慮[4]。

3.2 系統(tǒng)串行通信接口電路

該系統(tǒng)采用半雙工通信方式，多點采集終端和上位機之間利用一對線路實現(xiàn)總線方式聯(lián)網(wǎng)。該企業(yè)的電能表使用的是RS-485接口，但是PC機只有RS-232標準的COM串行通信接口，這兩種接口是不能兼容的，需要電平轉(zhuǎn)換。如圖1所示，電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)的主機采用的是RS-485的MAX489接口總線實現(xiàn)與采集終端（電能表）的連接以進行通信。

圖中A、B之間的電阻式120Ω匹配電阻，能夠?qū)⒖偩€上的反射信號吸收掉，可以有效將信號質(zhì)量提高。

3.3 系統(tǒng)串行接口工作機制

智能電能表單片機上的接口是RS-485標準串行接口，11位幀格式，可變波特率的異步串行通信方式是該接口的工作方式，另外將RB8、TB8規(guī)定為奇偶校驗碼[5]。并對每個電能表都配置了相對應(yīng)的地址，以保障電能表和上位機之間的可靠通信，其工作流程是電能表的地址通過廣播方式由上位機發(fā)出，相對應(yīng)的電能表發(fā)回地址響應(yīng)幀，將數(shù)據(jù)傳輸率設(shè)置為1200波特，根據(jù)公式，

和已知的單片機內(nèi)部定時器T1的溢出率和波特率倍增位SMOD，可以計算得出晶振頻率fosc=11.0592MHz，設(shè)SMOD是0，則T1計數(shù)初值是EBH。Windows管理著上位機的串行通信，每個通信設(shè)備都有相對性的輸出輸入緩沖區(qū)，Windows中的串行驅(qū)動程序每接收一個緩沖區(qū)的字符就會出現(xiàn)一個低級硬件中斷，從而可實現(xiàn)對串行通信的控制。另外，Windows應(yīng)用程序接口API中可運行整套串行通信函數(shù)，以文件方式打開串口便可以保證通信的順利進行，還會將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)。而且在現(xiàn)場工控機和遠程訪問用戶之間也可以實現(xiàn)通信，主要是依靠LAN的網(wǎng)絡(luò)形式。

3.4 采集終端與主設(shè)備的串行連接

電能表自帶的RS-485接口和主設(shè)備的串行通信線之間是相互連接的，且為了提高抗干擾能力，如圖2所示，兩者之間安裝了電阻為120Ω的匹配電阻。

圖2 電能表通信接口與通信主設(shè)備的串行連接

圖2中的電能表是DSSD51型三相電子式多功能表，其采用的是大規(guī)模集成電路，具有后備電池、實時時鐘、LCD顯示器、跳閘報警電路、IC卡接口、運動脈沖輸出、RS-485接口、電流電壓緩沖放大器以及高速高精度模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和內(nèi)含CPU等功能模塊。能夠通過串行接口進行10個日時段、4個時區(qū)和4種費率等設(shè)置，對數(shù)據(jù)根據(jù)需量和相應(yīng)費率進行處理，還可以對三相正向和反向的有功、無功電能量、功率、頻率、電流、電壓等電參數(shù)進行準確的測量，而且DSSD51型三相電子式多功能表具有非易失性RAM，即使掉電，其中保存的數(shù)據(jù)在十年內(nèi)也不會丟失。

4 結(jié)束語

電力運行信息計算機監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效降低工作人員的負擔(dān)，減少數(shù)據(jù)誤差，提高工作效率，實現(xiàn)人力資源的優(yōu)化配置，對實現(xiàn)企業(yè)用電生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化發(fā)展有著重要意義。

參考文獻

[1]吳雷.電能集中自動計量系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化儀表，2012（1）：7-8.

[2]劉井密，李彥，楊貴.智能變電站過程層交換機延時測量方案設(shè)計[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015（10）：11-12.