基于组态王和工业以太网的电力监控系统
基于组态王和工业以太网的电力监控系统
摘要：本文设计了基于组态王和工业以太网的电力监控系统，并介绍了系统软、硬件的设计以及系统功能。应用结果表明，该系统运行可靠，实时性高，在工程中有一定的参考价值。
关键词：组态王 ，mobus ，工业以太网， 电力监控
Abstract: in this paper, based on configuration and the king and the industrial Ethernet power monitoring system, and introduces the design of the system software and hardware and system function. The application shows that the system reliable operation, high real-time, in engineering is of some reference value.
Keywords: configuration king, mobus, industrial Ethernet, power monitoring
  一 引言
为了更好地满足大电网、大机组、高电压的电网实时监控要求，除常规远动终端、智能电度表和继电保护装置等智能电子设备采集电网实时数据外，还须采用软件对电网进行监控。本文详细介绍了组态王在中储粮某储备库电力监控系统中的应用。
二 系统设计
1、系统结构
    该储备库变电所较多，且地址位置分散，要求监测供电设备和生产设备共180多台，基本涵盖了供电、运输、通风、清扫、除尘等粮库设备的各个方面。出于成本和可靠性考虑, 本系统双层结构，上层为监控管理层，上位机通过工业以太网对各配电室的电能参数进行远程监控，下层是现场设备监控层，通过RS-485总线读取现场仪表实时数据。系统结构如下图所示：
2、系统硬件设计
1）RS-485总线设计原则
本系统电力仪表采用江苏斯菲尔公司PA19系列数显电流表，PA19系列数显电流表适用于低压配电系统的单相、三相或多相电流参数测量。该系列仪表变比可编程，可扩展开关量输入、继电器输出、模拟量输出及通讯功能，通讯支持Modbus-RTU通讯协议。本系统共有8个变电站，每个变电站中仪表个数如表监控系统软件1所示。
变电站名称    电力仪表个数
1#变电站    19
2#变电站    19
3#变电站    20
4#变电站    19
5#变电站    19
6#变电站    37
7#变电站    38
8#变电站    12
由于监控软件为周期扫描模式，如果总线上仪表数量过多会大大降低监控软件显示的实时性，为了保证通讯速率、通讯的可靠性以及通讯的实时性，将电力仪表波特率设置为9600bp
s,且每路RS-485总线上电力仪表数目限制在10个左右，同时在每路485总线的末端接120Ω终端电阻。综上，1-5#变电站和8#变电站需2路485总线，6-7#变电站需4路RS-485总线。由于系统上层结构采用工业以太网的传输方式，因此需要进行以太网至RS-485的转换，本系统采用MOXA Nport系列串口服务器将串口设备连接至以太网络。其中1-5#变电站、8#变电站采用Nport 5230(2个RS-285接口)，6-7#变电站采用Nport 5430 串口服务器（4个RS-485接口）。
2）工业以太网设计原则
由于变电站至监控终端距离较远，为了提高通讯传输的可靠性，系统采用光纤传输方式。因此需要进行电-光-电转换，即各个变电站串口服务器网口输出接光电转换器网口输入，光电转换器光口经光纤接至监控室光电转换器光口，监控室光电转换器网口输出接监控交换机，监控计算机通过网线接监控交换机即可实现对各个变电站电力仪表的远程监控。
3、 系统软件设计
    本系统采用KingView软件(组态王)来实现电力监控软件的设计，Kingview是亚控公司推出
的第一款针对中小型项目推出的用于监视与控制自动化设备和过程的SCADA产品，也是亚控公司的第一款产品。自Kingview问世以来，以其易学易用、功能齐全、物美价廉的产品优势成为国产最著名的组态软件产品。
    本系统软件根据不通的变电站进行分类,提供简洁明了的用户使用界面。整个显示器屏幕分成3个区域:系统菜单选择区、设备状态画面区、系统设备故障报警区。
监控系统的画面由静态和动态画面两部分组成。静态画面一般反映系统中主要设备的位置和配置情况。动态画面则反映系统和设备的实时运行情况。通过它们及其各种组合(以文字或图形的颜、线条、闪烁等形式) 可以清楚直观的反映了变电站,母线,变压器,开关等设备的运行情况。电压,电流、功率和电能等重要模拟量的显示使用动态文本,画面的数字根据库标签数值的变化不断地刷新。
本系统为报警限值提供了接口，用户可以通过该接口设定各个设备模拟量的报警限值，为用户修改报警限制提供了极大的方便。
三 系统功能
    为了更好的实现对系统运行设备的电能参数进行远程监控和管理，本系统进行了下列功能的开发：仪表通讯状态监控、数据采集、趋势曲线显示、报警显示以及电能报表等功能。
1、    仪表通讯状态监控
为了能够直观的显示变电站各个电力仪表的通讯好坏，系统开发了本功能。组态王数据词典里对每个通讯设备都有CommErr寄存器来指示设备的通讯状态，CommErr为0则表明通讯正常，如果ComErr为1，则表明通讯失败。也可以强制CommErr寄存器为1，则不对该设备进行通讯。因此，我们可以通过读取该寄存器并辅助以图形化的方式来显示设备的通讯状态。
2、    数据采集
本系统数据主要采集变电站进线柜的电压、电流、功率、功率因数、电能以及运行设备的电流信息等模拟量信号。按照电力仪表手册中各个参数的地址、在组态王数据词典里进行相应的配置即可读取设备电能参数值。
3、    趋势曲线显示
趋势曲线用来显示各种模拟量的变化趋势，通过趋势曲线操作员可以看出电压、电流等参数的变化情况。趋势曲线分为实时曲线和历史曲线两种。实时曲线主要显示当前参数的实时值，该曲线会随着时间的变化而向前推移。历史曲线主要显示过去的一段时间内参数的变化情况，本系统历史曲线可以显示过去一段时间内参数的最大、最小值以及平均值，使操作员能够更加直观的了解一段时间内设备的运行情况。强大的数据存储功能可以将参数的历史数据保存200多天的时间，即操作员可以查询200多天内设备运行时的电能参数，并通过历史趋势曲线反应出来。
4、    报警显示
如果当前设备运行的电压、电流等值超过操作员设定的报警限值，则报警信息框中会实时弹出报警信息。报警信息显示报警设备的名称、参数值、设定限值等情况，以便操作员采取正确的处理措施。同时，系统为报警参数的限值设置提供了接口，操作员可以自己设定报警限制以及修正报警限值。
5、    电能报表
电能报表可以查看一个设备或多个设备过去一段时间内的耗电情况，电能报表还具有打印、导出至EXCEL文件等功能。
结束语
    本文介绍的基于组态王和工业以太网的电力监控系统实时性好、性价比高，符合工业过程控制的流行趋势，大大提高了现场操作人员的工作效率。该系统的运行结果表明该系统运行安全、可靠，且易于扩展，在工程上有一定的借鉴意义。
曾做过煤矿直流提升机（1800KW容量）的现场调试工作。擅长直流传动，PLC集散控制。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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