施耐德公司Compact PLC產(chǎn)品在高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要:主要介紹廣州北部新國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、作用和應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:SCADA系統(tǒng)、 Modbus Plus(MB+)網(wǎng)絡(luò)、 PLC控制(采樣)單元、上位機(jī)系統(tǒng)、 下位機(jī)系統(tǒng)
引言
在電力系統(tǒng)中,SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛,技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì),現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益,減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān),實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化,提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。
隨著高速公路交通自動(dòng)化的提高,其電力供應(yīng)的自動(dòng)化程度也必須不斷提高,SACADA系統(tǒng)運(yùn)用到高速公路的電力監(jiān)控系統(tǒng)也就成了必然。如:廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路的電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就是這樣一個(gè)運(yùn)用了當(dāng)前最先進(jìn)SCADA技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)概述
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動(dòng)化最為有效的工業(yè)控制軟硬件系統(tǒng)之一,它包含兩個(gè)層次的含義:一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),也就是通常所說的下位機(jī);另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng),即中心上位機(jī)HMI(Human Machine Interface)系統(tǒng)。
在監(jiān)控系統(tǒng)中心的上位機(jī)部分,監(jiān)控主站通常采用局域網(wǎng)絡(luò)方式如傳輸速率為 1OMBPS/1OOMBPS自適應(yīng)的以太網(wǎng),構(gòu)成以計(jì)算機(jī)設(shè)備為核心,以功能為模塊,以節(jié)點(diǎn)為單元的調(diào)度中心系統(tǒng)。監(jiān)控主站系統(tǒng)通常配置有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理機(jī)、操作員工作站、系統(tǒng)維護(hù)工作站、前置通信處理機(jī)等計(jì)算機(jī)設(shè)備,打印服務(wù)器、打印機(jī)、掃描儀等外圍設(shè)備以及模擬盤、大屏幕投影、UPS不間斷電源及系統(tǒng)軟件資源等。
監(jiān)控子站系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通訊接口設(shè)備構(gòu)成如RTU。監(jiān)控子站與主站的通信通道可為遠(yuǎn)程撥號(hào)、載波、微波、光纖、無線、專線ISDN等多種形式,SCADA系統(tǒng)支持多種通訊規(guī)約。
整個(gè)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊總體上采取的是客戶/服務(wù)(Client/Server)模式,即被稱為“按需求傳送數(shù)據(jù)”的方式。這種方式有以下優(yōu)點(diǎn): 1、使網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)大大減輕;2、提高了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互獨(dú)立性;3、極其簡(jiǎn)便系統(tǒng)的擴(kuò)充;3、多路徑訪問能力。
這樣,監(jiān)控系統(tǒng)為用戶提供了極為靈活的選擇在需要集中數(shù)據(jù)庫(kù)的場(chǎng)合,可以選用性能較高的SCADA節(jié)點(diǎn),將所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中在一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。而在需要分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的場(chǎng)合則可以用多個(gè)SCADA節(jié)點(diǎn),將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分布在不同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,并可以保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)高效地訪問各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
系統(tǒng)方案
根椐廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在的一些情況以及電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)一般所具有的性能,最終確定系統(tǒng)的方案如下:
整個(gè)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)由中心上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)(PLC控制單元)兩部分組成。上位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器,調(diào)度員工作站和數(shù)據(jù)庫(kù)。其中,數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與通訊前置機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用來存儲(chǔ)和管理整個(gè)系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)庫(kù);調(diào)度員工作站的任務(wù)是提供一個(gè)良好的人機(jī)界面供調(diào)度員進(jìn)行監(jiān)視和控制。下位機(jī)系統(tǒng)由PLC控制(采樣)單元組成,也就是各被控站,包括九個(gè)變電所(三元里、新市、黃石南、黃石北、服務(wù)區(qū)(預(yù)留)、蚌湖、新機(jī)場(chǎng)南站、新機(jī)場(chǎng)北站、主線收費(fèi)站變電所),一個(gè)中心變配電所(平沙變配電所)和八個(gè)箱式變電站(XB1~XB8箱式變電站)。它們通過網(wǎng)橋與中心的通訊前置機(jī)(QUANTUM)相連,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與串口協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)方案的優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)通訊速度較快且組網(wǎng)方便;在技術(shù)上具有先進(jìn)性和可靠性。并且它充分考慮了將來INTERNET技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),利用施耐德電氣公司獨(dú)有的專利技術(shù)——透明工廠技術(shù),使用戶可以在任何地方,通過INTERNET對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。另外,考慮到電力對(duì)安全要求的特殊性,本系統(tǒng)方案在提升技術(shù)的先進(jìn)性的同時(shí),完全保留了傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全需求。
此外,本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)方案能夠充分考慮到操作人員的實(shí)際情況,在操作上極具方便性,操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單。使操作人員并不需要太多的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí),便可進(jìn)行正常的操作。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)如下圖:

系統(tǒng)監(jiān)控中心
前置機(jī)(通信處理機(jī))
通信前置處理機(jī)是專為處理大量遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊而設(shè)計(jì)的設(shè)備。主要作為運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通道接口,擴(kuò)大遠(yuǎn)程I/O的容量,完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收及數(shù)據(jù)的子處理(簡(jiǎn)稱為RCG),如通訊規(guī)約的變換等減輕控制站主機(jī)節(jié)點(diǎn)的CPU負(fù)荷。
后臺(tái)處理機(jī)(SCADA節(jié)點(diǎn)機(jī))
后臺(tái)處理主機(jī)又稱為SCADA節(jié)點(diǎn)機(jī),它是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心,運(yùn)行著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)處理,報(bào)警發(fā)布等功能。由于后臺(tái)處理機(jī)十分重要,所以大部分的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其采用雙重配置,冗余結(jié)構(gòu),互為備用。兩套主、備后臺(tái)處理機(jī)支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)以保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和一致性,同時(shí)提供對(duì)雙機(jī)工作狀態(tài)的在線檢測(cè)。其主要功能包括:
1、遙測(cè)、遙信功能,包括數(shù)據(jù)的工程量值轉(zhuǎn)換,越限檢查等;
2、遙控功能:包括控制命令的發(fā)布、控制條件的檢查、模擬盤操作等;
3、告警處理功能:包括報(bào)警條件的設(shè)定、報(bào)警的發(fā)布、確認(rèn)等;
4、歷史數(shù)據(jù)處理功能:包括歷史數(shù)據(jù)的收集、歷史曲線的顯示、歷史統(tǒng)計(jì)資料的存儲(chǔ)、歷史統(tǒng)計(jì)報(bào)表的建立、打印等;
5、安全管理功能:包括個(gè)人帳戶的建立、操作權(quán)限的檢查、操作區(qū)域的劃分、檢查操作過程記錄等;
6、系統(tǒng)顯示功能:包括各種單線圖、曲線、圖表等畫面的顯示;
7、系統(tǒng)組態(tài),完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、路徑、報(bào)警、安全等參數(shù)的設(shè)置功能。
操作員節(jié)點(diǎn)
調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的操作員節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為MMI(Man Machine Interface)人-機(jī)交互方式,其數(shù)量和設(shè)置方式可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和用戶的行業(yè)特點(diǎn)靈活配置。如單機(jī)方式,單機(jī)雙屏方式,雙機(jī)方式等。操作員節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)適配器與網(wǎng)絡(luò)相連,獨(dú)立工作。其主要功能包括:
1、操作員操作命令的發(fā)布、對(duì)供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)度管理;
2、系統(tǒng)顯示,包括各種單線圖、曲線、圖表等畫面的顯示;
3、與大屏幕投影設(shè)備實(shí)現(xiàn)一對(duì)一顯示;
4、告警信息的接收、確認(rèn);
5、安全管理包括個(gè)人帳戶的建立操作權(quán)限的檢查操作區(qū)域的劃分、檢查操作過程記錄;
6、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置;
7、運(yùn)營(yíng)管理,包括調(diào)度文檔的管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成及制作、系統(tǒng)演示、模擬培訓(xùn)等。
維護(hù)員節(jié)點(diǎn)
系統(tǒng)通常設(shè)有一維護(hù)員節(jié)點(diǎn)機(jī)用于生成、維護(hù)、修改、管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及用戶畫面,并定義、修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及開發(fā)應(yīng)用程序等。同時(shí)該節(jié)點(diǎn)還可負(fù)擔(dān)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)重要工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)打印。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶畫面和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的修改、定義,可在線進(jìn)行,但不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,且實(shí)時(shí)庫(kù)、歷史庫(kù)及畫面的修改均采用無須編程的人機(jī)對(duì)話方式。另外,維護(hù)員節(jié)點(diǎn)機(jī)可以與任意操作員工作站互換,成為操作員工作站設(shè)備的備用設(shè)備,以解決某些特殊情況。
通訊節(jié)點(diǎn)機(jī)
通訊節(jié)點(diǎn)機(jī)的作用主要是作為本地監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)或其他需要本地信息的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的通訊接口,其主要功能是:提供多種讀寫數(shù)據(jù)的方法,并能方便的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信庫(kù)。通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口與用戶指定的計(jì)算機(jī)通信。通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口與用戶指定的計(jì)算機(jī)通信。
打印服務(wù)器及公用打印機(jī)
調(diào)度監(jiān)控中心內(nèi)一般設(shè)有數(shù)臺(tái)打印機(jī),用于報(bào)表打印、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(事件)打印、畫面拷貝等,打印服務(wù)器直接連接到局域網(wǎng)上,由其管理打印作業(yè),將大大節(jié)省系統(tǒng)資源。
模擬盤和大屏幕投影
模擬盤是調(diào)度監(jiān)控中心經(jīng)常采用的設(shè)備,是進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行管理的有效手段。而大屏幕投影在近年來出現(xiàn),被廣泛用于各行業(yè)調(diào)度監(jiān)控指揮中心的又一種監(jiān)控手段,并在某些領(lǐng)域逐漸取代模擬盤。SCADA系統(tǒng)在很多工程項(xiàng)目中應(yīng)用過模擬盤和大屏幕投影。
時(shí)鐘系統(tǒng)
為保證整個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的時(shí)鐘同步,本系統(tǒng)在控制站配置一套GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng),作為控制中心的主時(shí)鐘。該設(shè)備以美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)送的時(shí)間信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn),向各種自動(dòng)化裝置提供精確的同步時(shí)間信號(hào),定時(shí)精度±1μS?;竟δ埽合蛑饔?jì)算機(jī)傳輸年、月、日(天/年)、時(shí)、分、秒等信息,校正主計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘,面板上LED顯示日歷時(shí)鐘。
系統(tǒng)下位機(jī)
下位機(jī)一般意義上指各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備,如各種RTU、 FTU、PLC及各種智能控制設(shè)備等等。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過程和事務(wù)管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合,時(shí)感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài),并將這些狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中。必要的時(shí)候,這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。上位機(jī)HMI系統(tǒng)在接受這些信息后,以適當(dāng)?shù)男问饺缏曇簟D形、圖象等方式顯示給用戶,以達(dá)到監(jiān)視的目的,同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后,告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)(報(bào)警、正?;驁?bào)警恢復(fù)),這些處理后的數(shù)據(jù)可能會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺(tái)上,還可能與別的系統(tǒng)(如MIS,GPS)結(jié)合形成功能更加強(qiáng)大的系統(tǒng);HMI還可以接受操作人員的指示,將控制信號(hào)發(fā)送到下位機(jī)中,以達(dá)到控制的目的。
下面以廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路的電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為例,敘述高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能。
廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路從三元里至新國(guó)際機(jī)場(chǎng),全線設(shè)置一套電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng),對(duì)所管轄的變電所、變配電所及箱式變電站等供電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控管理,該監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)在蚌湖控制中心大樓內(nèi)的控制站,數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)在沿線的各被控站設(shè)備組成,被控站包括九個(gè)變電所(三元里、新市、黃石南、黃石北、服務(wù)區(qū)(預(yù)留)、蚌湖、新機(jī)場(chǎng)南站、新機(jī)場(chǎng)北站、主線收費(fèi)站變電所),一個(gè)中心變配電所(平沙變配電所)和八個(gè)箱式變電站(XB1~XB8箱式變電站)。
本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)施對(duì)廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路工程中變配電所、變電所、箱式變電站等多種供電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、測(cè)量,實(shí)現(xiàn)無人值守,對(duì)各種瞬間發(fā)生的電氣事故進(jìn)行分析判斷,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)眾多電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)處理。
并且,系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),控制站設(shè)備的容量及通信接口容量充分考慮到了規(guī)劃中北延線供電設(shè)備的管理。
此外,電力監(jiān)控系統(tǒng)除完成對(duì)上述供電設(shè)施的集中監(jiān)控及對(duì)沿線供電設(shè)施的調(diào)度管理外,還具有高度的可靠性、柔軟的擴(kuò)展性、完備的自檢性及良好的可維護(hù)性。本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備是采用九十年代中期以來的產(chǎn)品;系統(tǒng)的軟、硬件采用了模塊化結(jié)構(gòu),冗余配置;系統(tǒng)具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),且技術(shù)成熟、功能完善、性能先進(jìn)。
系統(tǒng)配置
監(jiān)控中心:SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)部分我們選用工業(yè)控制機(jī)和bbbbbbS 2000作為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái),同時(shí)用iFIX軟件開發(fā)圖形化的調(diào)度員工作站。iFIX軟件是: Inbbblution公司的組態(tài)軟件,應(yīng)用與工控領(lǐng)域,能夠有效的實(shí)現(xiàn)SCADA結(jié)點(diǎn)機(jī)和PLC設(shè)備的無縫連接;界面的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、報(bào)警和安全機(jī)制都能很好的實(shí)現(xiàn)。用另個(gè)用iFIX軟件和VC++編程開發(fā)工具共同開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。其內(nèi)部設(shè)置了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)等多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)組成以太網(wǎng),可通過TCP/IP協(xié)議與INTERNET網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),使用戶可以在任何地方,通過INTERNET對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
監(jiān)控下位機(jī):根據(jù)廣州北部新國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)方案,以及高速公路現(xiàn)場(chǎng)的情況,經(jīng)設(shè)備比選,我們最終選定了Schneider公司的Compact系列PLC產(chǎn)品來構(gòu)成系統(tǒng)的下位機(jī)。該P(yáng)LC的特點(diǎn)是:以性能可靠、穩(wěn)定而著稱的專為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的PLC系列。作為同行業(yè)中在價(jià)格和性能方面的佼佼者,該系列PLC具有簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)的特點(diǎn)。該系列PLC具有兼容性好,處理速度快,具有可擦寫的存儲(chǔ)器,完整的I/O選項(xiàng),具有遠(yuǎn)程I/O能力。同時(shí)其強(qiáng)大的編程功能保證了系統(tǒng)的各類控制功能的需求。
現(xiàn)場(chǎng)中我們所需的采樣數(shù)據(jù)可分為模擬量輸入(AI)、離散量輸入(DI)和離散量輸出(DO)三類。在模塊構(gòu)成上,我們所選用的各主要模塊規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)如下:
序號(hào)
型號(hào)及規(guī)格
模塊說明
1
PC-E984-275
CPU模塊,2個(gè)MB串口,1個(gè)MB+口
2
AS-BDEP-216
16路開關(guān)量輸入模塊
3
AS-BDAP-216N
16路開關(guān)量輸出模塊
4
AS-BADU-214
8路模擬量輸入模塊
我們選定了Schneider公司的Quantum系列PLC組成系統(tǒng)的通訊前置機(jī);Quantum系列PLC的CPU采用Inbbb586 133MHz芯片,具有極高的數(shù)據(jù)處理能力,在通訊方面可提供串口、MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)通信并可配置以太網(wǎng)通訊模塊。該系列PLC是施耐德電氣公司推出的綜合自動(dòng)化平臺(tái),具有模塊化的、 可擴(kuò)充的結(jié)構(gòu)。并且所有的模塊都能帶電插拔, 任何模板沒有槽位限制;每個(gè)模塊, 模擬量通道, 鋰電池, 通訊通道的狀態(tài)都能通過人機(jī)界面或用戶程序以及IE瀏覽器檢測(cè),它特別適合于工業(yè)及生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制。通訊前置機(jī)通過BM85網(wǎng)橋與系統(tǒng)下位機(jī)的PLC控制(采樣)單元相聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與MODBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(串口協(xié)議)的轉(zhuǎn)換。而通訊前置機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)則通過以太網(wǎng)協(xié)議直接相聯(lián),與系統(tǒng)上位機(jī)組成局域網(wǎng)。
系統(tǒng)功能
1、遙控功能
對(duì)可操作對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,其中,又可分為:
a、單獨(dú)控制:對(duì)被控站內(nèi)某一開關(guān)設(shè)備進(jìn)行的狀態(tài)控制。
b、程序控制:對(duì)所控對(duì)象內(nèi)容按預(yù)先設(shè)定的若干單控操作步驟組合而成一個(gè)控制程序。在程序控制執(zhí)行前具有自動(dòng)檢查各控制對(duì)象是否具備控制條件,列出不具備控制條件的控制對(duì)象,以提示操作人員處理。當(dāng)出現(xiàn)不正常情況時(shí)系統(tǒng)將顯示適當(dāng)?shù)奶崾尽?BR>c、開關(guān)閉鎖控制:對(duì)被控站內(nèi)任何開關(guān)設(shè)備的操作根據(jù)要求進(jìn)行閉鎖。當(dāng)對(duì)閉鎖開關(guān)進(jìn)行再操作時(shí),將顯示適當(dāng)?shù)奶崾拘畔ⅰO到y(tǒng)也可對(duì)變電所內(nèi)所有開關(guān)進(jìn)行快速操作閉鎖。
d、手動(dòng)模擬置位操作:當(dāng)RTU或通道故障時(shí),可手動(dòng)設(shè)置開關(guān)的位置狀態(tài),此外,手動(dòng)隔離開關(guān)的狀態(tài)亦采用手動(dòng)置位操作方式。當(dāng)置為手動(dòng)方式時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能失效。
e、控制操作方式:操作過程分為“選擇”和“執(zhí)行”兩步操作,并對(duì)“選擇”步驟進(jìn)行校驗(yàn)。
2、遙信監(jiān)視功能
各被控站運(yùn)動(dòng)終端將各種遙信信息(開關(guān)位置等)傳送到電力監(jiān)控中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)各被控站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。
a、正常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視:對(duì)供電系統(tǒng)及供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。
對(duì)供異常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視:電系統(tǒng)及供電設(shè)備非正常運(yùn)行狀態(tài)下的非緊b、急故障信息內(nèi)容及發(fā)生事故后的緊急故障信息內(nèi)容的監(jiān)視。
c、警報(bào)提示:系統(tǒng)提供警報(bào)信息功能,警報(bào)提示將包括畫面顯示、文本信息和音響報(bào)警,并提供警報(bào)確認(rèn)和存貯手段,根據(jù)報(bào)警條件設(shè)置警報(bào)級(jí)別。當(dāng)供電系統(tǒng)及供電設(shè)備出現(xiàn)非正常運(yùn)行時(shí),發(fā)出非緊急故障報(bào)警,出現(xiàn)事故時(shí)可發(fā)出緊急故障報(bào)警,兩種音響有明顯區(qū)別。
d、顯示和處理:可以按照用戶的要求進(jìn)行顯示。
e、事件記錄:可按照事件發(fā)生的時(shí)間順序?qū)κ录M(jìn)行記錄。
f、操作記錄:可對(duì)用戶的操作進(jìn)行記錄;
g、故障記錄:按照故障發(fā)生的時(shí)間順序記錄。
3、遙測(cè)功能
主要遙測(cè)量:電流、電壓、功率因數(shù)等。通過系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、處理后送到控制站主機(jī)。
4、數(shù)據(jù)處理功能
模擬量和脈沖量具有校驗(yàn)功能
5、報(bào)表功能
a、日?qǐng)?bào)
b、月報(bào)
c、統(tǒng)計(jì)
報(bào)表系統(tǒng)具有豐富強(qiáng)大的電子制表功能,通過SQL/ODBC標(biāo)準(zhǔn),可方便地將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)與報(bào)表系統(tǒng)鏈接。可生成各種展示圖,形成圖文并貌、直觀清晰的圖文報(bào)表。
系統(tǒng)根據(jù)用戶定義的報(bào)表內(nèi)容、格式、時(shí)間自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)及考核報(bào)表,并可召喚、定時(shí)和條件驅(qū)動(dòng)打印報(bào)表。
6、在線自檢和防干擾能力
可對(duì)各等級(jí)的運(yùn)行管理人員進(jìn)行口令級(jí)別設(shè)置和檢查;確定每個(gè)操作員的操作權(quán)限,并記錄操作員的各種操作。
在一個(gè)操作員操作過程中,系統(tǒng)將跟蹤其操作過程,并將所有的操作過程記錄在歷史信息庫(kù)中,以備查驗(yàn)。
系統(tǒng)具有:
a、防止誤操作的自閉鎖和自啟動(dòng)能力。
b、主要軟件防侵害的能力。
c、試驗(yàn)、調(diào)試軟件功能。
d、檢查各模塊工作狀態(tài),并顯示其狀態(tài)的功能。
e、檢查遙測(cè)精度的功能。
f、對(duì)各種重要命令和操作系統(tǒng)具有“超時(shí)監(jiān)視”,“計(jì)次重執(zhí)”等功能,如有異常,立即進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù),并顯示。當(dāng)出現(xiàn)多重選擇時(shí),自動(dòng)取消選擇,并顯示“多重選擇”。
g、輸入采用光電耦合器件隔離外部強(qiáng)電壓,提高了抗干擾能力。
h、有良好的接地措施。
i、系統(tǒng)在電源開關(guān)投入后或失電恢復(fù)后能自啟動(dòng),對(duì)偶然因素引起的混亂設(shè)自恢復(fù)機(jī)構(gòu)。
j、系統(tǒng)時(shí)鐘可通過控制站GPS衛(wèi)星鐘與全球定位系統(tǒng)對(duì)時(shí)。
7、其它輔助功能
a、系統(tǒng)為全組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng);具有良好的在線修改和擴(kuò)充能力。組態(tài)及在線修改工作易操作,完全采用人機(jī)對(duì)話表格輸入方式。
系統(tǒng)對(duì)各種用戶畫面和數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)行在線修改、編輯和定義。所有修改采用人機(jī)對(duì)話、菜單或表格輸入方式,包括數(shù)據(jù)庫(kù)生成,畫面生成,控制監(jiān)視、測(cè)量點(diǎn)參數(shù)的修改和刪除,調(diào)度任務(wù)的生成和修改等。
b、系統(tǒng)盡管功能豐富、技術(shù)先進(jìn),但它對(duì)使用者而言非常簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的建立和維護(hù)等工作都是在形象的圖形工具、簡(jiǎn)單的對(duì)話框、列表框等友好的用戶界面環(huán)境中完成,并且提供詳細(xì)的在線幫助文件。
c、系統(tǒng)運(yùn)行事務(wù)管理功能:
調(diào)度系統(tǒng)事務(wù)管理功能軟件包。該軟件包括設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成制作及文檔管理等。
8、選配功能
a、遙測(cè)量的圖形顯示功能;
b、各種帶條件的自動(dòng)控制功能,如在調(diào)度端根據(jù)季節(jié)、時(shí)間等條件對(duì)路燈實(shí)行自動(dòng)控制和半夜燈控制;
c、實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)將局域網(wǎng)系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡(luò)以及路由器向總公司MIS系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù);
d、供電系統(tǒng)的設(shè)備管理,運(yùn)行狀態(tài)的查詢及運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì),為系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)修提供支持;
設(shè)備管理模塊包括設(shè)備的錄入、修改及查詢。
記錄設(shè)備檢修情況:檢修開始,檢修結(jié)束時(shí)問,檢修時(shí)間,損失電能量。
e、統(tǒng)計(jì)報(bào)表制作:統(tǒng)計(jì)報(bào)表可隨時(shí)生成,信息可從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出。
f、模擬培訓(xùn)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度管理人員的操作培訓(xùn);
系統(tǒng)性能
遙控平均傳輸時(shí)間<3秒
遙信變位傳送時(shí)間<2秒
信息傳送速率不小于9600bps
遙測(cè)合格率大于98%(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))
遙信正確率大于99%(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))
遙控、遙調(diào)(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))拒動(dòng)率:<2%;誤動(dòng)率:<0.01%
遙信分辨率(被控站):<10ms
系統(tǒng)平均無故障時(shí)間大于20000小時(shí)
為保證監(jiān)控裝置及人身安全,裝置各部分的絕緣電阻和絕緣電壓遵循IEC255-5、電力工業(yè)DL497及GB/T14598.3等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
遙測(cè)綜合誤差不大于1.5%
雙機(jī)自動(dòng)切換到監(jiān)控功能基本恢復(fù)時(shí)間不大于15秒
關(guān)鍵詞:SCADA系統(tǒng)、 Modbus Plus(MB+)網(wǎng)絡(luò)、 PLC控制(采樣)單元、上位機(jī)系統(tǒng)、 下位機(jī)系統(tǒng)
引言
在電力系統(tǒng)中,SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛,技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì),現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益,減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān),實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化,提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。
隨著高速公路交通自動(dòng)化的提高,其電力供應(yīng)的自動(dòng)化程度也必須不斷提高,SACADA系統(tǒng)運(yùn)用到高速公路的電力監(jiān)控系統(tǒng)也就成了必然。如:廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路的電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就是這樣一個(gè)運(yùn)用了當(dāng)前最先進(jìn)SCADA技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)概述
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動(dòng)化最為有效的工業(yè)控制軟硬件系統(tǒng)之一,它包含兩個(gè)層次的含義:一是分步式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),也就是通常所說的下位機(jī);另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng),即中心上位機(jī)HMI(Human Machine Interface)系統(tǒng)。
在監(jiān)控系統(tǒng)中心的上位機(jī)部分,監(jiān)控主站通常采用局域網(wǎng)絡(luò)方式如傳輸速率為 1OMBPS/1OOMBPS自適應(yīng)的以太網(wǎng),構(gòu)成以計(jì)算機(jī)設(shè)備為核心,以功能為模塊,以節(jié)點(diǎn)為單元的調(diào)度中心系統(tǒng)。監(jiān)控主站系統(tǒng)通常配置有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理機(jī)、操作員工作站、系統(tǒng)維護(hù)工作站、前置通信處理機(jī)等計(jì)算機(jī)設(shè)備,打印服務(wù)器、打印機(jī)、掃描儀等外圍設(shè)備以及模擬盤、大屏幕投影、UPS不間斷電源及系統(tǒng)軟件資源等。
監(jiān)控子站系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通訊接口設(shè)備構(gòu)成如RTU。監(jiān)控子站與主站的通信通道可為遠(yuǎn)程撥號(hào)、載波、微波、光纖、無線、專線ISDN等多種形式,SCADA系統(tǒng)支持多種通訊規(guī)約。
整個(gè)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊總體上采取的是客戶/服務(wù)(Client/Server)模式,即被稱為“按需求傳送數(shù)據(jù)”的方式。這種方式有以下優(yōu)點(diǎn): 1、使網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)大大減輕;2、提高了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互獨(dú)立性;3、極其簡(jiǎn)便系統(tǒng)的擴(kuò)充;3、多路徑訪問能力。
這樣,監(jiān)控系統(tǒng)為用戶提供了極為靈活的選擇在需要集中數(shù)據(jù)庫(kù)的場(chǎng)合,可以選用性能較高的SCADA節(jié)點(diǎn),將所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集中在一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。而在需要分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的場(chǎng)合則可以用多個(gè)SCADA節(jié)點(diǎn),將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分布在不同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,并可以保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)高效地訪問各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。
系統(tǒng)方案
根椐廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在的一些情況以及電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)一般所具有的性能,最終確定系統(tǒng)的方案如下:
整個(gè)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)由中心上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)(PLC控制單元)兩部分組成。上位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器,調(diào)度員工作站和數(shù)據(jù)庫(kù)。其中,數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與通訊前置機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用來存儲(chǔ)和管理整個(gè)系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)庫(kù);調(diào)度員工作站的任務(wù)是提供一個(gè)良好的人機(jī)界面供調(diào)度員進(jìn)行監(jiān)視和控制。下位機(jī)系統(tǒng)由PLC控制(采樣)單元組成,也就是各被控站,包括九個(gè)變電所(三元里、新市、黃石南、黃石北、服務(wù)區(qū)(預(yù)留)、蚌湖、新機(jī)場(chǎng)南站、新機(jī)場(chǎng)北站、主線收費(fèi)站變電所),一個(gè)中心變配電所(平沙變配電所)和八個(gè)箱式變電站(XB1~XB8箱式變電站)。它們通過網(wǎng)橋與中心的通訊前置機(jī)(QUANTUM)相連,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與串口協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)方案的優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)通訊速度較快且組網(wǎng)方便;在技術(shù)上具有先進(jìn)性和可靠性。并且它充分考慮了將來INTERNET技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),利用施耐德電氣公司獨(dú)有的專利技術(shù)——透明工廠技術(shù),使用戶可以在任何地方,通過INTERNET對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。另外,考慮到電力對(duì)安全要求的特殊性,本系統(tǒng)方案在提升技術(shù)的先進(jìn)性的同時(shí),完全保留了傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全需求。
此外,本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)方案能夠充分考慮到操作人員的實(shí)際情況,在操作上極具方便性,操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單。使操作人員并不需要太多的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí),便可進(jìn)行正常的操作。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)如下圖:

系統(tǒng)監(jiān)控中心
前置機(jī)(通信處理機(jī))
通信前置處理機(jī)是專為處理大量遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊而設(shè)計(jì)的設(shè)備。主要作為運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通道接口,擴(kuò)大遠(yuǎn)程I/O的容量,完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收及數(shù)據(jù)的子處理(簡(jiǎn)稱為RCG),如通訊規(guī)約的變換等減輕控制站主機(jī)節(jié)點(diǎn)的CPU負(fù)荷。
后臺(tái)處理機(jī)(SCADA節(jié)點(diǎn)機(jī))
后臺(tái)處理主機(jī)又稱為SCADA節(jié)點(diǎn)機(jī),它是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心,運(yùn)行著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)處理,報(bào)警發(fā)布等功能。由于后臺(tái)處理機(jī)十分重要,所以大部分的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其采用雙重配置,冗余結(jié)構(gòu),互為備用。兩套主、備后臺(tái)處理機(jī)支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗(yàn)以保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和一致性,同時(shí)提供對(duì)雙機(jī)工作狀態(tài)的在線檢測(cè)。其主要功能包括:
1、遙測(cè)、遙信功能,包括數(shù)據(jù)的工程量值轉(zhuǎn)換,越限檢查等;
2、遙控功能:包括控制命令的發(fā)布、控制條件的檢查、模擬盤操作等;
3、告警處理功能:包括報(bào)警條件的設(shè)定、報(bào)警的發(fā)布、確認(rèn)等;
4、歷史數(shù)據(jù)處理功能:包括歷史數(shù)據(jù)的收集、歷史曲線的顯示、歷史統(tǒng)計(jì)資料的存儲(chǔ)、歷史統(tǒng)計(jì)報(bào)表的建立、打印等;
5、安全管理功能:包括個(gè)人帳戶的建立、操作權(quán)限的檢查、操作區(qū)域的劃分、檢查操作過程記錄等;
6、系統(tǒng)顯示功能:包括各種單線圖、曲線、圖表等畫面的顯示;
7、系統(tǒng)組態(tài),完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、路徑、報(bào)警、安全等參數(shù)的設(shè)置功能。
操作員節(jié)點(diǎn)
調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的操作員節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為MMI(Man Machine Interface)人-機(jī)交互方式,其數(shù)量和設(shè)置方式可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和用戶的行業(yè)特點(diǎn)靈活配置。如單機(jī)方式,單機(jī)雙屏方式,雙機(jī)方式等。操作員節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)適配器與網(wǎng)絡(luò)相連,獨(dú)立工作。其主要功能包括:
1、操作員操作命令的發(fā)布、對(duì)供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)度管理;
2、系統(tǒng)顯示,包括各種單線圖、曲線、圖表等畫面的顯示;
3、與大屏幕投影設(shè)備實(shí)現(xiàn)一對(duì)一顯示;
4、告警信息的接收、確認(rèn);
5、安全管理包括個(gè)人帳戶的建立操作權(quán)限的檢查操作區(qū)域的劃分、檢查操作過程記錄;
6、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置;
7、運(yùn)營(yíng)管理,包括調(diào)度文檔的管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成及制作、系統(tǒng)演示、模擬培訓(xùn)等。
維護(hù)員節(jié)點(diǎn)
系統(tǒng)通常設(shè)有一維護(hù)員節(jié)點(diǎn)機(jī)用于生成、維護(hù)、修改、管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及用戶畫面,并定義、修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及開發(fā)應(yīng)用程序等。同時(shí)該節(jié)點(diǎn)還可負(fù)擔(dān)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)重要工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)打印。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶畫面和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的修改、定義,可在線進(jìn)行,但不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,且實(shí)時(shí)庫(kù)、歷史庫(kù)及畫面的修改均采用無須編程的人機(jī)對(duì)話方式。另外,維護(hù)員節(jié)點(diǎn)機(jī)可以與任意操作員工作站互換,成為操作員工作站設(shè)備的備用設(shè)備,以解決某些特殊情況。
通訊節(jié)點(diǎn)機(jī)
通訊節(jié)點(diǎn)機(jī)的作用主要是作為本地監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)或其他需要本地信息的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的通訊接口,其主要功能是:提供多種讀寫數(shù)據(jù)的方法,并能方便的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信庫(kù)。通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口與用戶指定的計(jì)算機(jī)通信。通過標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接口與用戶指定的計(jì)算機(jī)通信。
打印服務(wù)器及公用打印機(jī)
調(diào)度監(jiān)控中心內(nèi)一般設(shè)有數(shù)臺(tái)打印機(jī),用于報(bào)表打印、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(事件)打印、畫面拷貝等,打印服務(wù)器直接連接到局域網(wǎng)上,由其管理打印作業(yè),將大大節(jié)省系統(tǒng)資源。
模擬盤和大屏幕投影
模擬盤是調(diào)度監(jiān)控中心經(jīng)常采用的設(shè)備,是進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行管理的有效手段。而大屏幕投影在近年來出現(xiàn),被廣泛用于各行業(yè)調(diào)度監(jiān)控指揮中心的又一種監(jiān)控手段,并在某些領(lǐng)域逐漸取代模擬盤。SCADA系統(tǒng)在很多工程項(xiàng)目中應(yīng)用過模擬盤和大屏幕投影。
時(shí)鐘系統(tǒng)
為保證整個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的時(shí)鐘同步,本系統(tǒng)在控制站配置一套GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng),作為控制中心的主時(shí)鐘。該設(shè)備以美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)送的時(shí)間信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn),向各種自動(dòng)化裝置提供精確的同步時(shí)間信號(hào),定時(shí)精度±1μS?;竟δ埽合蛑饔?jì)算機(jī)傳輸年、月、日(天/年)、時(shí)、分、秒等信息,校正主計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘,面板上LED顯示日歷時(shí)鐘。
系統(tǒng)下位機(jī)
下位機(jī)一般意義上指各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備,如各種RTU、 FTU、PLC及各種智能控制設(shè)備等等。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過程和事務(wù)管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合,時(shí)感知設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài),并將這些狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中。必要的時(shí)候,這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)。上位機(jī)HMI系統(tǒng)在接受這些信息后,以適當(dāng)?shù)男问饺缏曇簟D形、圖象等方式顯示給用戶,以達(dá)到監(jiān)視的目的,同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后,告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)(報(bào)警、正?;驁?bào)警恢復(fù)),這些處理后的數(shù)據(jù)可能會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺(tái)上,還可能與別的系統(tǒng)(如MIS,GPS)結(jié)合形成功能更加強(qiáng)大的系統(tǒng);HMI還可以接受操作人員的指示,將控制信號(hào)發(fā)送到下位機(jī)中,以達(dá)到控制的目的。
下面以廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路的電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為例,敘述高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能。
廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路從三元里至新國(guó)際機(jī)場(chǎng),全線設(shè)置一套電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng),對(duì)所管轄的變電所、變配電所及箱式變電站等供電設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控管理,該監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)在蚌湖控制中心大樓內(nèi)的控制站,數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)在沿線的各被控站設(shè)備組成,被控站包括九個(gè)變電所(三元里、新市、黃石南、黃石北、服務(wù)區(qū)(預(yù)留)、蚌湖、新機(jī)場(chǎng)南站、新機(jī)場(chǎng)北站、主線收費(fèi)站變電所),一個(gè)中心變配電所(平沙變配電所)和八個(gè)箱式變電站(XB1~XB8箱式變電站)。
本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)施對(duì)廣州市北部地區(qū)(新國(guó)際機(jī)場(chǎng))高速公路工程中變配電所、變電所、箱式變電站等多種供電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、測(cè)量,實(shí)現(xiàn)無人值守,對(duì)各種瞬間發(fā)生的電氣事故進(jìn)行分析判斷,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)眾多電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)處理。
并且,系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),控制站設(shè)備的容量及通信接口容量充分考慮到了規(guī)劃中北延線供電設(shè)備的管理。
此外,電力監(jiān)控系統(tǒng)除完成對(duì)上述供電設(shè)施的集中監(jiān)控及對(duì)沿線供電設(shè)施的調(diào)度管理外,還具有高度的可靠性、柔軟的擴(kuò)展性、完備的自檢性及良好的可維護(hù)性。本電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備是采用九十年代中期以來的產(chǎn)品;系統(tǒng)的軟、硬件采用了模塊化結(jié)構(gòu),冗余配置;系統(tǒng)具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),且技術(shù)成熟、功能完善、性能先進(jìn)。
系統(tǒng)配置
監(jiān)控中心:SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)部分我們選用工業(yè)控制機(jī)和bbbbbbS 2000作為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái),同時(shí)用iFIX軟件開發(fā)圖形化的調(diào)度員工作站。iFIX軟件是: Inbbblution公司的組態(tài)軟件,應(yīng)用與工控領(lǐng)域,能夠有效的實(shí)現(xiàn)SCADA結(jié)點(diǎn)機(jī)和PLC設(shè)備的無縫連接;界面的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、報(bào)警和安全機(jī)制都能很好的實(shí)現(xiàn)。用另個(gè)用iFIX軟件和VC++編程開發(fā)工具共同開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。其內(nèi)部設(shè)置了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)等多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)組成以太網(wǎng),可通過TCP/IP協(xié)議與INTERNET網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),使用戶可以在任何地方,通過INTERNET對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
監(jiān)控下位機(jī):根據(jù)廣州北部新國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)方案,以及高速公路現(xiàn)場(chǎng)的情況,經(jīng)設(shè)備比選,我們最終選定了Schneider公司的Compact系列PLC產(chǎn)品來構(gòu)成系統(tǒng)的下位機(jī)。該P(yáng)LC的特點(diǎn)是:以性能可靠、穩(wěn)定而著稱的專為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的PLC系列。作為同行業(yè)中在價(jià)格和性能方面的佼佼者,該系列PLC具有簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)的特點(diǎn)。該系列PLC具有兼容性好,處理速度快,具有可擦寫的存儲(chǔ)器,完整的I/O選項(xiàng),具有遠(yuǎn)程I/O能力。同時(shí)其強(qiáng)大的編程功能保證了系統(tǒng)的各類控制功能的需求。
現(xiàn)場(chǎng)中我們所需的采樣數(shù)據(jù)可分為模擬量輸入(AI)、離散量輸入(DI)和離散量輸出(DO)三類。在模塊構(gòu)成上,我們所選用的各主要模塊規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)如下:
序號(hào)
型號(hào)及規(guī)格
模塊說明
1
PC-E984-275
CPU模塊,2個(gè)MB串口,1個(gè)MB+口
2
AS-BDEP-216
16路開關(guān)量輸入模塊
3
AS-BDAP-216N
16路開關(guān)量輸出模塊
4
AS-BADU-214
8路模擬量輸入模塊
我們選定了Schneider公司的Quantum系列PLC組成系統(tǒng)的通訊前置機(jī);Quantum系列PLC的CPU采用Inbbb586 133MHz芯片,具有極高的數(shù)據(jù)處理能力,在通訊方面可提供串口、MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)通信并可配置以太網(wǎng)通訊模塊。該系列PLC是施耐德電氣公司推出的綜合自動(dòng)化平臺(tái),具有模塊化的、 可擴(kuò)充的結(jié)構(gòu)。并且所有的模塊都能帶電插拔, 任何模板沒有槽位限制;每個(gè)模塊, 模擬量通道, 鋰電池, 通訊通道的狀態(tài)都能通過人機(jī)界面或用戶程序以及IE瀏覽器檢測(cè),它特別適合于工業(yè)及生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制。通訊前置機(jī)通過BM85網(wǎng)橋與系統(tǒng)下位機(jī)的PLC控制(采樣)單元相聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與MODBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(串口協(xié)議)的轉(zhuǎn)換。而通訊前置機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)則通過以太網(wǎng)協(xié)議直接相聯(lián),與系統(tǒng)上位機(jī)組成局域網(wǎng)。
系統(tǒng)功能
1、遙控功能
對(duì)可操作對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,其中,又可分為:
a、單獨(dú)控制:對(duì)被控站內(nèi)某一開關(guān)設(shè)備進(jìn)行的狀態(tài)控制。
b、程序控制:對(duì)所控對(duì)象內(nèi)容按預(yù)先設(shè)定的若干單控操作步驟組合而成一個(gè)控制程序。在程序控制執(zhí)行前具有自動(dòng)檢查各控制對(duì)象是否具備控制條件,列出不具備控制條件的控制對(duì)象,以提示操作人員處理。當(dāng)出現(xiàn)不正常情況時(shí)系統(tǒng)將顯示適當(dāng)?shù)奶崾尽?BR>c、開關(guān)閉鎖控制:對(duì)被控站內(nèi)任何開關(guān)設(shè)備的操作根據(jù)要求進(jìn)行閉鎖。當(dāng)對(duì)閉鎖開關(guān)進(jìn)行再操作時(shí),將顯示適當(dāng)?shù)奶崾拘畔ⅰO到y(tǒng)也可對(duì)變電所內(nèi)所有開關(guān)進(jìn)行快速操作閉鎖。
d、手動(dòng)模擬置位操作:當(dāng)RTU或通道故障時(shí),可手動(dòng)設(shè)置開關(guān)的位置狀態(tài),此外,手動(dòng)隔離開關(guān)的狀態(tài)亦采用手動(dòng)置位操作方式。當(dāng)置為手動(dòng)方式時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能失效。
e、控制操作方式:操作過程分為“選擇”和“執(zhí)行”兩步操作,并對(duì)“選擇”步驟進(jìn)行校驗(yàn)。
2、遙信監(jiān)視功能
各被控站運(yùn)動(dòng)終端將各種遙信信息(開關(guān)位置等)傳送到電力監(jiān)控中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)各被控站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。
a、正常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視:對(duì)供電系統(tǒng)及供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。
對(duì)供異常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視:電系統(tǒng)及供電設(shè)備非正常運(yùn)行狀態(tài)下的非緊b、急故障信息內(nèi)容及發(fā)生事故后的緊急故障信息內(nèi)容的監(jiān)視。
c、警報(bào)提示:系統(tǒng)提供警報(bào)信息功能,警報(bào)提示將包括畫面顯示、文本信息和音響報(bào)警,并提供警報(bào)確認(rèn)和存貯手段,根據(jù)報(bào)警條件設(shè)置警報(bào)級(jí)別。當(dāng)供電系統(tǒng)及供電設(shè)備出現(xiàn)非正常運(yùn)行時(shí),發(fā)出非緊急故障報(bào)警,出現(xiàn)事故時(shí)可發(fā)出緊急故障報(bào)警,兩種音響有明顯區(qū)別。
d、顯示和處理:可以按照用戶的要求進(jìn)行顯示。
e、事件記錄:可按照事件發(fā)生的時(shí)間順序?qū)κ录M(jìn)行記錄。
f、操作記錄:可對(duì)用戶的操作進(jìn)行記錄;
g、故障記錄:按照故障發(fā)生的時(shí)間順序記錄。
3、遙測(cè)功能
主要遙測(cè)量:電流、電壓、功率因數(shù)等。通過系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、處理后送到控制站主機(jī)。
4、數(shù)據(jù)處理功能
模擬量和脈沖量具有校驗(yàn)功能
5、報(bào)表功能
a、日?qǐng)?bào)
b、月報(bào)
c、統(tǒng)計(jì)
報(bào)表系統(tǒng)具有豐富強(qiáng)大的電子制表功能,通過SQL/ODBC標(biāo)準(zhǔn),可方便地將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)與報(bào)表系統(tǒng)鏈接。可生成各種展示圖,形成圖文并貌、直觀清晰的圖文報(bào)表。
系統(tǒng)根據(jù)用戶定義的報(bào)表內(nèi)容、格式、時(shí)間自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)及考核報(bào)表,并可召喚、定時(shí)和條件驅(qū)動(dòng)打印報(bào)表。
6、在線自檢和防干擾能力
可對(duì)各等級(jí)的運(yùn)行管理人員進(jìn)行口令級(jí)別設(shè)置和檢查;確定每個(gè)操作員的操作權(quán)限,并記錄操作員的各種操作。
在一個(gè)操作員操作過程中,系統(tǒng)將跟蹤其操作過程,并將所有的操作過程記錄在歷史信息庫(kù)中,以備查驗(yàn)。
系統(tǒng)具有:
a、防止誤操作的自閉鎖和自啟動(dòng)能力。
b、主要軟件防侵害的能力。
c、試驗(yàn)、調(diào)試軟件功能。
d、檢查各模塊工作狀態(tài),并顯示其狀態(tài)的功能。
e、檢查遙測(cè)精度的功能。
f、對(duì)各種重要命令和操作系統(tǒng)具有“超時(shí)監(jiān)視”,“計(jì)次重執(zhí)”等功能,如有異常,立即進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù),并顯示。當(dāng)出現(xiàn)多重選擇時(shí),自動(dòng)取消選擇,并顯示“多重選擇”。
g、輸入采用光電耦合器件隔離外部強(qiáng)電壓,提高了抗干擾能力。
h、有良好的接地措施。
i、系統(tǒng)在電源開關(guān)投入后或失電恢復(fù)后能自啟動(dòng),對(duì)偶然因素引起的混亂設(shè)自恢復(fù)機(jī)構(gòu)。
j、系統(tǒng)時(shí)鐘可通過控制站GPS衛(wèi)星鐘與全球定位系統(tǒng)對(duì)時(shí)。
7、其它輔助功能
a、系統(tǒng)為全組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng);具有良好的在線修改和擴(kuò)充能力。組態(tài)及在線修改工作易操作,完全采用人機(jī)對(duì)話表格輸入方式。
系統(tǒng)對(duì)各種用戶畫面和數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)行在線修改、編輯和定義。所有修改采用人機(jī)對(duì)話、菜單或表格輸入方式,包括數(shù)據(jù)庫(kù)生成,畫面生成,控制監(jiān)視、測(cè)量點(diǎn)參數(shù)的修改和刪除,調(diào)度任務(wù)的生成和修改等。
b、系統(tǒng)盡管功能豐富、技術(shù)先進(jìn),但它對(duì)使用者而言非常簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的建立和維護(hù)等工作都是在形象的圖形工具、簡(jiǎn)單的對(duì)話框、列表框等友好的用戶界面環(huán)境中完成,并且提供詳細(xì)的在線幫助文件。
c、系統(tǒng)運(yùn)行事務(wù)管理功能:
調(diào)度系統(tǒng)事務(wù)管理功能軟件包。該軟件包括設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成制作及文檔管理等。
8、選配功能
a、遙測(cè)量的圖形顯示功能;
b、各種帶條件的自動(dòng)控制功能,如在調(diào)度端根據(jù)季節(jié)、時(shí)間等條件對(duì)路燈實(shí)行自動(dòng)控制和半夜燈控制;
c、實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)將局域網(wǎng)系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡(luò)以及路由器向總公司MIS系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù);
d、供電系統(tǒng)的設(shè)備管理,運(yùn)行狀態(tài)的查詢及運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì),為系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)修提供支持;
設(shè)備管理模塊包括設(shè)備的錄入、修改及查詢。
記錄設(shè)備檢修情況:檢修開始,檢修結(jié)束時(shí)問,檢修時(shí)間,損失電能量。
e、統(tǒng)計(jì)報(bào)表制作:統(tǒng)計(jì)報(bào)表可隨時(shí)生成,信息可從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出。
f、模擬培訓(xùn)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度管理人員的操作培訓(xùn);
系統(tǒng)性能
遙控平均傳輸時(shí)間<3秒
遙信變位傳送時(shí)間<2秒
信息傳送速率不小于9600bps
遙測(cè)合格率大于98%(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))
遙信正確率大于99%(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))
遙控、遙調(diào)(信道誤碼率<0.000001,信噪比>17db時(shí))拒動(dòng)率:<2%;誤動(dòng)率:<0.01%
遙信分辨率(被控站):<10ms
系統(tǒng)平均無故障時(shí)間大于20000小時(shí)
為保證監(jiān)控裝置及人身安全,裝置各部分的絕緣電阻和絕緣電壓遵循IEC255-5、電力工業(yè)DL497及GB/T14598.3等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
遙測(cè)綜合誤差不大于1.5%
雙機(jī)自動(dòng)切換到監(jiān)控功能基本恢復(fù)時(shí)間不大于15秒
本文標(biāo)簽:施耐德公司Compact PLC產(chǎn)品在高速公路電力SCADA監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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