金廣業(yè)

(北京金奧特曼科技有限責(zé)任公司，北京　100085)

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PowerMonitor 3000 在變電站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

金廣業(yè)

(北京金奧特曼科技有限責(zé)任公司，北京100085)

針對工廠變電站控制系統(tǒng)存在的缺乏監(jiān)控、安全連鎖不佳等缺點，設(shè)計了先進的變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用先進的PowerMonitor3000電力監(jiān)控模塊和可編程序邏輯控制技術(shù)，并引入了滿足信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的可擴展性系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)投入實際運行后，實現(xiàn)了變電站的自動監(jiān)控、安全連鎖、數(shù)據(jù)采集等功能；運行穩(wěn)定可靠，具有良好的應(yīng)用前景。

變電站控制系統(tǒng)監(jiān)控連鎖DeviceNet網(wǎng)絡(luò)PowerMonitor3000自動化

Automation

0　引言

隨著信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，工廠對能源的需求也在不斷調(diào)整，單純供電的變電站已不能滿足現(xiàn)代化工廠的需要。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，可編程序控制器[1]已成為基本平臺，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制中。

以可編程序控制器為平臺，建立了使用最新技術(shù)硬件、可采集大量數(shù)據(jù)、基于優(yōu)化算法[2]和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成的變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了分散控制和集中優(yōu)化管理，并為整個工廠的信息化管理提供了有效能源數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作方便，降低了生產(chǎn)的能源成本，提高了生產(chǎn)效率，確保了工廠供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

1　PowerMonitor 3000介紹

工廠變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)以可編程序控制器為基本控制平臺，采用了關(guān)鍵硬件PowerMonitor3000。PowerMonitor3000是由美國羅克韋爾自動化專門為滿足電力生產(chǎn)商和用戶的需求而設(shè)計、開發(fā)的，被稱為電力監(jiān)控模塊。PowerMonitor3000包括1個提供計量功能和DF1通信功能的主模塊、1個可選的顯示模塊和1個可選的通信端口，可適用于以下應(yīng)用場合。

①負載分布分析。使用電力參數(shù)和可組態(tài)的趨勢記錄功能，進行負載分布分析。

②用電需求管理。了解用電需求量的變化，優(yōu)化電量，節(jié)省能源。

③費用攤配?？蓪S各個部門進行用電計算，分析各部門的實際用電量，提高其生產(chǎn)效率，有利于各部門的成本考核。

④配電系統(tǒng)監(jiān)控。使用電力參數(shù)顯示電流方向、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀態(tài)。

⑤緊急負載切斷。當(dāng)突然發(fā)生故障斷電時，調(diào)整電力參數(shù)并切斷相關(guān)負載，可保證其余系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

⑥電力系統(tǒng)控制。調(diào)整電力參數(shù)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓和功率因數(shù)，可實現(xiàn)供電系統(tǒng)最佳運行。

PowerMonitor3000主模塊內(nèi)置有1個通信端口，同時還可添加1個可選的通信端口，以便與可編程序控制器及其他控制設(shè)備相連接；可測量多達30個電力參數(shù)，并具備數(shù)值存儲和傳輸功能。PowerMonitor3000顯示模塊是可選的輸入/輸出設(shè)備，可對主模塊進行組態(tài)，同時具有2行高清晰度LED顯示器和4個操作按鍵，即可通過操作按鍵和顯示器完成對主模塊的組態(tài)和操作。在個人計算機上運行RSPower32軟件，即可通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)對主模塊的組態(tài)和操作。

2　控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)可編程序控制器組成系統(tǒng)的設(shè)計方法[3]，變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1　The structure of control system

系統(tǒng)根據(jù)工廠供電分布，分為 110kV、35kV和10kV這3個控制區(qū)段，并根據(jù)每個區(qū)段供電設(shè)備的不同，分別使用了6個、11個和39個PowerMonitor3000，對每個供電區(qū)段進行數(shù)據(jù)采集和連鎖保護。

PowerMonitor3000本身的輸入/輸出點可實現(xiàn)對每個對象的自身連鎖控制；主模塊都選用了顯示模塊，從而使每個模塊本身都具有單獨的分散監(jiān)控功能，也可通過網(wǎng)絡(luò)在操作站計算機上進行集中控制。

系統(tǒng)以ControlLogix可編程序控制器系統(tǒng)為平臺，將PowerMonitor3000采集的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)娇删幊绦蚩刂破鳎瑫r可編程序控制器本身也配置了輸入/輸出模板，實現(xiàn)了各個區(qū)段的電量數(shù)據(jù)采集、用電量監(jiān)控、供電系統(tǒng)連鎖保護、系統(tǒng)操作監(jiān)控和供電優(yōu)化處理。2臺上位計算機作為操作員站和工程師站，通過網(wǎng)絡(luò)連接到可編程序控制器，使用了RSPower32軟件、RSview32軟件編程軟件和圖像處理技術(shù)[4]進行系統(tǒng)的開發(fā)維護和操作監(jiān)控，實現(xiàn)了工廠變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)的安全運行。

2.2系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用多種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，可以大大提升系統(tǒng)的控制功能，對生產(chǎn)過程中的大量數(shù)據(jù)進行互相交換，并將工廠變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)納入整個工廠的過程控制系統(tǒng)中；同時，為上層的生產(chǎn)管理決策系統(tǒng)提供底層支持是整個變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)設(shè)計的重要原則。

由圖1可以看到，系統(tǒng)底層采用的是基于現(xiàn)場總線的DeviceNet[5]網(wǎng)絡(luò)，通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)將分布在3個不同供電區(qū)段的PowerMonitor3000電力監(jiān)控模塊連接到ControlLogix可編程序控制器中。ControlLogix可編程序控制器向上通過工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP[6]與操作員站、工程師站相連。變電站遠離工廠中心控制室，在工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP中通過無線電臺系統(tǒng)與中心控制室的全場生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)相連，并向上連接到生產(chǎn)管理決策系統(tǒng)中，真正實現(xiàn)了信息一體化的工廠生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。

3　應(yīng)用軟件的組成

應(yīng)用軟件的設(shè)計需要考慮整個系統(tǒng)的功能和通信方式。應(yīng)用軟件主要包括3個部分：操作員站和工程師站的圖形操作監(jiān)控軟件、可編程序控制器應(yīng)用控制軟件和網(wǎng)絡(luò)通信軟件。

3.1圖形操作監(jiān)控軟件

在RSview32開發(fā)軟件的基礎(chǔ)上，圖形操作監(jiān)控軟件實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)操作的監(jiān)控。該軟件采用先進的數(shù)據(jù)壓縮和圖形處理技術(shù)[7-8]，監(jiān)控畫面有主畫面和次級畫面之分。每一種畫面都會分成若干級的次級畫面，便于操作、監(jiān)控和系統(tǒng)分析。軟件主要畫面如下。

①系統(tǒng)操作畫面。該畫面為主畫面，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常啟動/停車操作、緊急狀態(tài)停車操作、工藝過程畫面顯示、各功能鍵的設(shè)置使用和用戶權(quán)限設(shè)置。

②工作流程畫面。根據(jù)設(shè)備的工作流程，該畫面直觀地顯示各部分工作狀態(tài)，并顯示相應(yīng)的運行和報警狀態(tài)等。

③設(shè)備狀態(tài)畫面。在工作流程畫面基礎(chǔ)上，可進入各部分設(shè)備的狀態(tài)畫面，給出設(shè)備運行狀態(tài)，以及運行參數(shù)的曲線圖和柱狀圖。

④數(shù)據(jù)顯示畫面。該畫面顯示整個供電系統(tǒng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，給出趨勢曲線，并進行歷史數(shù)據(jù)記錄和分析、作出統(tǒng)計報表等。

⑤報警處理畫面。該畫面實現(xiàn)報警顯示、報警分析，設(shè)定修改報警限值和報警延時時間；給出故障發(fā)生順序、故障分類，指出主要故障和次要故障，并進行故障報警操作。

3.2可編程序控制器應(yīng)用控制軟件

在可編程序控制器編程軟件基礎(chǔ)上，可編程序控制器應(yīng)用控制軟件應(yīng)用梯形圖，編制出系統(tǒng)的順序控制、連鎖控制、邏輯控制和模擬量數(shù)字處理程序。由于可編程序控制器的應(yīng)用軟件[9]設(shè)計簡單，并已在其他文獻中作過介紹[10]，在此不再詳細討論。

3.3網(wǎng)絡(luò)通信軟件

網(wǎng)絡(luò)通信軟件包括DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信軟件、工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP通信軟件和無線通信系統(tǒng)運行部分的組態(tài)開發(fā)軟件。

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信軟件的組態(tài)開發(fā)，首先就是在每一個PowerMonitor3000模塊上通過硬件或顯示模塊設(shè)定，使它們處于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)模式下；然后通過工程師站，在ControlLogix可編程序控制器中為每個模塊分配對應(yīng)的地址，在內(nèi)存中為它們分配相應(yīng)的空間，并根據(jù)供電過程中的需要，處理相應(yīng)的參數(shù)和邏輯。

工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP通信軟件的組態(tài)開發(fā)需要與上一級全廠控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，在工程師站上對可編程序控制器系統(tǒng)中的EtherNet/IP通信模板進行組態(tài)，然后對需要與上級控制系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)進行適當(dāng)處理，并分配使用上一級傳輸過來的數(shù)據(jù)。同時，在工程師站和操作員站上也需要進行簡單的組態(tài)，使操作員站、工程師站、可編程序控制器和上一級控制系統(tǒng)都成為工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP上的設(shè)備，分別承擔(dān)其各自的任務(wù)和權(quán)限。

無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信軟件比較簡單，只需實現(xiàn)無線傳輸介質(zhì)的功能。所以，在變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)和全廠的控制系統(tǒng)中，采用成對的無線電臺，只要通過硬件設(shè)定或通過工程師站軟件設(shè)定，就可達到無線通信的要求。

4　結(jié)束語

系統(tǒng)通過軟、硬件設(shè)計，利用了最新的硬件技術(shù)PowerMonitor3000電力監(jiān)控模塊和多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了工廠變電站監(jiān)控連鎖控制系統(tǒng)。本文設(shè)計的變電站控制系統(tǒng)采集了大量的變電站數(shù)據(jù)并進行了數(shù)據(jù)

分析處理，完成了變電站的監(jiān)控操作和安全連鎖；重要的是，該系統(tǒng)與整個工廠過程自動化控制系統(tǒng)連成一體，滿足了現(xiàn)代化工廠對供電系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)的實際運行安全、可靠，維護靈活方便，大大提高了工廠電能使用效率。

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ApplicationofPowerMonitor3000inControlSystemofSubstation

Inviewoftheproblemthatmonitoringandsafetyinterlockingarenotperfectinoriginalcontrolsystemofsubstationsinfactory,theadvancedmonitoringandinterlockcontrolsystemforsubstationsisdesigned.ByadoptingadvancedPowerMonitor3000powermonitoringmodulesandPLCcontroltechnology,theexpandablesystemplatformthatmeetsthedemandsforintellectualization,digitalizationandnetworkingisintroduced.Havingbeenputintooperation,thesystemoffersthefunctionsofautomaticmonitoring,safetyinterlockanddataacquisition,etc.Itrunssteadyandreliable,andpossessesexcellentapplicableprospects.

TransformersubstationControlsystemMonitoringandcontrolInterlockDeviceNetnetworkPowerMonitor3000

TH-39;TP29

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201610013

修改稿收到日期：2016-04-18。

作者金廣業(yè)(1956—)，男，1982年畢業(yè)于東北大學(xué)工業(yè)自動控制專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，高級工程師；主要從事現(xiàn)代控制理論研究、生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用。