無線局域網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳文科

（長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410004）

高職院校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)是學(xué)生技能提升的重要手段，而實(shí)訓(xùn)大樓是實(shí)訓(xùn)教學(xué)開展的重要場(chǎng)所，保障實(shí)訓(xùn)大樓的電力系統(tǒng)正常運(yùn)行顯得尤為作用。一般而言，每棟實(shí)訓(xùn)大樓都配備了獨(dú)立的配電間，每個(gè)配電間中有多個(gè)配電柜，對(duì)各實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行電力分配及控制。因而，建立對(duì)對(duì)各配電柜的電壓、電流等參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)具有重要意義[1]。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式采用單一控制器對(duì)多配電柜進(jìn)行檢測(cè)，存在檢測(cè)線路復(fù)雜且數(shù)據(jù)只能通過有線形式接入外網(wǎng)等不足[2]。

本文基于無線局域網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以西門子S7-1200 PLC為控制及數(shù)據(jù)處理中心；以電流互感器、電壓互感器及S7-1200 PLC構(gòu)建傳感節(jié)點(diǎn)采集采集電流、電壓信號(hào)；以SCALANCE W774、SCALANCE W734構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)傳輸[3-4]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

以長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造實(shí)訓(xùn)大樓配電間為監(jiān)測(cè)對(duì)象，總計(jì)包括四個(gè)配電柜，設(shè)計(jì)了四個(gè)無線監(jiān)測(cè)單元以及一個(gè)主控單元，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

主控單元由無線接入節(jié)點(diǎn)SCALANCE W774、主控PLC S7-1200以及西門子觸摸屏KTP700 Basic組成。無線接入節(jié)點(diǎn)SCALANCE W774是組成無線局域網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備，負(fù)責(zé)向外輻射無線信號(hào)，供無線客戶端接入。通過冗余機(jī)制和分組重發(fā)技術(shù)，確保了無線客戶端的可靠連接，保障了配電網(wǎng)信息無線傳輸?shù)拇_定性和實(shí)時(shí)性。主控PLC S7-1200通過PROFINET與無線接入節(jié)點(diǎn)SCALANCE W774相連，處理通過無線局域網(wǎng)接收的各配電柜電壓、電流信息并交由觸摸屏顯示。各配電柜的無線監(jiān)測(cè)單元由無線客戶端SCALANCE W734和下位PLC S7-1200組成。無線客戶端SCALANCE W734負(fù)責(zé)將下位PLC S7-1200接入到無線接入點(diǎn)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)中，將下位PLC S7-1200所檢測(cè)到的電壓、電流信息通過無線局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至主控單元。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

■2.1 硬件安裝

根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，硬件主要分為主控單元和無線監(jiān)測(cè)單元。按照模塊化設(shè)計(jì)思路，確定了1塊主控單元電路板和4塊無線監(jiān)測(cè)單元電路板。主控單元電氣原理圖如圖2所示，主要包括空氣開關(guān)、S7-1200 PLC、交換機(jī)XB208、SCALANCE W774、開關(guān)電源以及西門子觸摸屏等器件。

圖2 主控單元電氣原理圖

按照?qǐng)D2準(zhǔn)備網(wǎng)孔板、導(dǎo)線、網(wǎng)線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實(shí)物如圖3所示。

圖3 主控單元電路板實(shí)物

無線監(jiān)測(cè)單元電氣原理圖如圖4所示，主要包括空氣開關(guān)、S7-1200 PLC、交換機(jī)XB208、開關(guān)電源及SCALANCE W734等器件。

圖4 監(jiān)測(cè)單元電氣原理圖

按照?qǐng)D4準(zhǔn)備網(wǎng)孔板、電氣元件、導(dǎo)線、網(wǎng)線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實(shí)物如圖5所示。

圖5 監(jiān)測(cè)單元電路板實(shí)物

■2.2 系統(tǒng)IP地址規(guī)劃

完成系統(tǒng)硬件安裝后，需要對(duì)各部分進(jìn)行IP地址規(guī)劃。主控單元IP地址規(guī)劃如表1所示。

表1 主控單元IP地址表

無線監(jiān)測(cè)單元IP地址規(guī)劃如下表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)單元IP地址表

■2.3 無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置

配置無線網(wǎng)絡(luò)是完成無線接入點(diǎn)和無線客戶端的配置，兩者配置的工作流程相同，均按照?qǐng)D6所示流程進(jìn)行配置。

圖6 無線網(wǎng)絡(luò)配置流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

為驗(yàn)證系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效果，在長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造實(shí)訓(xùn)大樓配電室搭建了配電自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并展開了實(shí)驗(yàn)研究。通過瀏覽器進(jìn)入無線客戶端W734Web的“Interface”下 的“WLAN”頁 面，選 擇“Signal Record er”頁簽，并啟動(dòng)該頁簽，可查看如圖7所示信號(hào)記錄圖。由圖7可知，信號(hào)分布為綠色，表示無線通訊質(zhì)量為“GOOD”狀態(tài)，無線通信質(zhì)量較好。

圖7 無線通訊信號(hào)記錄圖

將圖8中的PLC變量與人機(jī)界面中的控件關(guān)聯(lián)，并完成人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)及下載。

圖8 PLC變量表

通過人機(jī)交互界面，可以實(shí)時(shí)查看各配電柜運(yùn)行狀態(tài)及電壓、電流等參數(shù)，具體如圖9所示。由圖可知，四個(gè)配電柜均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，電壓及電流為正常值。

圖9 人機(jī)界面監(jiān)控圖

4 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)線路復(fù)雜且只能通過有線形式傳輸?shù)炔蛔?，設(shè)計(jì)了基于無線局域網(wǎng)技術(shù)的采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過西門子SCALANCE工業(yè)無線設(shè)備構(gòu)建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，以S7-1200 PLC為控制及采集核心，實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)大樓配電間配電柜運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流等信息的無線采集。通過查看遠(yuǎn)程人機(jī)交互界面，顯示本系統(tǒng)能正常監(jiān)測(cè)配電柜運(yùn)行狀態(tài)及其他信息，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。