基于SIMATIC WinCC開(kāi)發(fā)的智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)

隋 斌, 劉 偉

(丹東華通測(cè)控有限公司, 遼寧 丹東 118009)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,建立大面積的變配電的大型公共建筑、電廠、工業(yè)項(xiàng)目急劇增加,對(duì)變配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及友好界面提出更高的要求,原來(lái)應(yīng)用于高壓輸變電系統(tǒng)的電力自動(dòng)化監(jiān)控的保護(hù)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用到0.4 kV低壓配電系統(tǒng)中,主要以四遙監(jiān)控、數(shù)字式保護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、軟件系統(tǒng)管理等技術(shù)為基本要求的智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng),其已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化配置在諸多領(lǐng)域普及。智能化變配電是國(guó)際電力自動(dòng)化的發(fā)展方向和潮流,在我國(guó)始于20世紀(jì)90年代末,其中2001年8月頒布“低壓智能化配電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)草案”作為標(biāo)志,2003年建設(shè)部批準(zhǔn)發(fā)行《變配電系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)(10 kV以下)》圖冊(cè)(丹東華通為主要參編單位)[1],經(jīng)過(guò)近年的發(fā)展,智能化變配電已經(jīng)逐漸進(jìn)入成熟階段。

1 系統(tǒng)概述

基于SIMATIC WinCC設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能,具備良好用戶界面,采用西門(mén)子Profibus通信規(guī)約,其高速的通信速率和可靠性比其他通信方式有極強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性,使系統(tǒng)實(shí)時(shí)性大大提高[2-3]。該系統(tǒng)通過(guò)PC機(jī)與西門(mén)子專(zhuān)用通信卡PC5611組態(tài),作為主站與公司主導(dǎo)產(chǎn)品PDM進(jìn)行通信。使用SIMATIC WinCC設(shè)計(jì)的過(guò)程監(jiān)控、報(bào)表設(shè)計(jì)、變量記錄、越限報(bào)警存檔等功能,可以快速查詢和掌握配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)界面顯示、記錄,打印報(bào)表,提高工作效率,可以采集供電質(zhì)量諧波分析,提高用電效率,作為節(jié)能減排指標(biāo)。

2 系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)包括終端設(shè)備采集層、通信鏈路層和用戶界面管理層。

(1) 現(xiàn)場(chǎng)采集監(jiān)控層。智能變配電儀表和電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器或具備Profibus-DP通信功能第三方設(shè)備,主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)電氣線路的電信號(hào)、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)、模擬信號(hào)和負(fù)荷等參數(shù)信號(hào),同時(shí)具有獨(dú)立的報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示等功能。

(2) 通信鏈路層。通信鏈路層是指智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)與具備Profibus-DP通信功能的設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,并將數(shù)據(jù)上傳到智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng),采用Profibus通信協(xié)議工業(yè)總線,速率最高1.2 Mb/s。

(3) 用戶界面管理層。通過(guò)SIMATIC WinCC設(shè)計(jì)過(guò)程監(jiān)控、報(bào)表設(shè)計(jì)、變量記錄、越限報(bào)警存檔、通信接口定義和用戶使用界面等來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)。該層功能主要由SIMATIC WinCC軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),可以快速查詢和掌握配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)界面顯示、記錄、打印報(bào)表等功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組態(tài)

SIMATIC Step7根據(jù)系統(tǒng)方案配置信息表完成系統(tǒng)配置,在現(xiàn)場(chǎng)采集監(jiān)控層數(shù)據(jù)采集前要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的網(wǎng)絡(luò)配置,以選擇軟件運(yùn)行時(shí)采用的具體協(xié)議,保證某協(xié)議對(duì)系統(tǒng)資源分配合理并且與硬件充分匹配,來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的最佳狀態(tài)。

SIMATIC Step7需要配置的主要參數(shù)有:建立SIMATIC PC Station,在rail中添加CP5611卡,導(dǎo)入PDMGSD文件建立硬件組態(tài),生成軟件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖等。Profibus協(xié)議需要配置的主要參數(shù)有使用的串口、波特率、數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)、停止位個(gè)數(shù)、有無(wú)奇偶校驗(yàn)、響應(yīng)超時(shí)時(shí)間、自啟動(dòng)狀態(tài)等,在配置SET PG/PC interface將S7ONLINE指向PC INTERNAL。

3.2 建立PC STATION

系統(tǒng)采用SIMATIC NET建立在線虛擬PC STATION。配置SIMATIC NET,設(shè)置CP5611的參數(shù),其配置與SIMATIC Step7保持一致,添加SIMATIC Step7配置報(bào)告文件到虛擬PC STATION。

3.3 SIMATIC WinCC設(shè)計(jì)

SIMATIC WinCC設(shè)計(jì)智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng),根據(jù)需求分析和技術(shù)方案制定設(shè)計(jì)功能。根據(jù)功能流程圖設(shè)計(jì)每個(gè)功能模塊,設(shè)計(jì)模塊化目的是利用獨(dú)立性互不干擾從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)的功能流程如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)的功能流程

(1) 建立智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目的用戶級(jí)別,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求的電流、電壓、功率、電能、諧波等設(shè)置變量輸入對(duì)應(yīng)表?？刂茢嗦菲骰蚪佑|器等輸出,設(shè)置變量輸出表。通過(guò)變量表建立Profibus驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)的外部變量,外部變量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集監(jiān)控層定義其數(shù)據(jù)類(lèi)型。

(2) 通信配置,系統(tǒng)使用Profibus通信協(xié)議進(jìn)行通信,在數(shù)據(jù)采集前首先要對(duì)協(xié)議進(jìn)行必要的參數(shù)配置,以選擇軟件運(yùn)行時(shí)采用的具體協(xié)議,保證某個(gè)協(xié)議對(duì)系統(tǒng)資源分配合理并且與硬件充分匹配,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的最佳狀態(tài)。

Profibus通信協(xié)議需要配置主站參數(shù)有SET PG/PC interface、SIMATIC PC Station、響應(yīng)超時(shí)時(shí)間等,對(duì)從站裝置的GSD文件進(jìn)行解析,并配置各種通信速率、可變模塊結(jié)構(gòu)、定義數(shù)據(jù)模塊數(shù)量、限制輸入輸出字節(jié)數(shù)、定義通信輸入輸出字節(jié)數(shù)等通信參數(shù)。

(3) 畫(huà)面設(shè)計(jì),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能主要以良好的人機(jī)畫(huà)面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)畫(huà)面將過(guò)程監(jiān)控、報(bào)表設(shè)計(jì)、變量記錄、越限報(bào)警存檔、通信接口定義和用戶使用界面等來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng)。將變量標(biāo)簽導(dǎo)入人機(jī)畫(huà)面中,可實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器畫(huà)面如圖2所示。

(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì),SIMATIC WinCC自帶的SQL2000數(shù)據(jù)庫(kù),可以滿足大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄。SIMATIC WinCC的C Script語(yǔ)言可以方便調(diào)用SQL語(yǔ)言。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器畫(huà)面

4 結(jié) 語(yǔ)

在建筑、工業(yè)配電所內(nèi)安裝智能化變配電監(jiān)控系統(tǒng),可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)電氣線路發(fā)生故障或參數(shù)異常時(shí)發(fā)出越限信息,并指出報(bào)警位置,及時(shí)排除電氣故障,將系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)匯總處理,對(duì)不合理的用電負(fù)荷進(jìn)行合理的調(diào)整,對(duì)運(yùn)行異常的負(fù)荷設(shè)備自動(dòng)切換,完善內(nèi)部用電成本考核,根據(jù)運(yùn)行記錄,制定臨時(shí)和定期的設(shè)備維修計(jì)劃,降低運(yùn)營(yíng)和維修成本。