現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
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本工業(yè)配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)大中型企業(yè)的配電間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。配電間內(nèi)設(shè)有多個(gè)配電屏（本系統(tǒng)中為16個(gè)），每個(gè)配電屏可對(duì)一部分用電地區(qū)進(jìn)行停、送電控制，用電狀態(tài)可通過(guò)安裝在配電屏內(nèi)的電壓、電流互感器間接測(cè)量和評(píng)估。配電間管理所要監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)為配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息（配電系統(tǒng)的母排電壓、電流及功率）以及結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息（斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和保護(hù)繼電器等的合、分狀態(tài)）。根據(jù)上述要求，本系統(tǒng)在保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，考慮到通用性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性等方面的因素，采用了主要由上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、PLC和ET 200S模塊構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由通用個(gè)人計(jì)算機(jī)以及接通至通用PC機(jī)內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口適配卡組成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的總體調(diào)度，通過(guò)PLC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)信息加以分析、存儲(chǔ)、顯示及打印，具體的數(shù)據(jù)采集和控制由系統(tǒng)中的PLC借助于現(xiàn)場(chǎng)總線接口模塊ET 200S完成，各個(gè)模擬量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)都由ET 200S模塊輸入或輸出。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析
控制系統(tǒng)在Win98環(huán)境下運(yùn)行，組態(tài)軟件為Kingview5.0。系統(tǒng)利用組態(tài)軟件Kingview5.0的驅(qū)動(dòng)程序與下位S7-300 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令；下位S7-300 PLC則通過(guò) MPI卡與上位計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)COM對(duì)象，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率地運(yùn)行。
系統(tǒng)監(jiān)控操作畫(huà)面多達(dá)十多屏，包括方便人工操作的監(jiān)控畫(huà)面和為軟件工程師提供接口的整定畫(huà)面、形象直觀的模擬畫(huà)面、易于統(tǒng)計(jì)抄表的參數(shù)畫(huà)面、便于追查事故原因的歷史趨勢(shì)畫(huà)面、提供技術(shù)分析信息的實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面等等。
畫(huà)面分為操作員畫(huà)面和工程師畫(huà)面兩大類。操作員畫(huà)面向操作人員提供了各種數(shù)據(jù)、曲線、功能鍵，顯示內(nèi)容豐富鮮明，操作簡(jiǎn)捷可靠。系統(tǒng)中畫(huà)面的組態(tài)編制有很多新穎之處，在整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)控制點(diǎn)均有相應(yīng)的采集數(shù)字顯示，真實(shí)的反映了各個(gè)控制點(diǎn)的瞬時(shí)值，總之，畫(huà)面中主體設(shè)備位置確切，工作狀態(tài)形象生動(dòng)，各種參數(shù)“就地顯示”，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行工況集于一屏，一目了然，是為操作員、技術(shù)員所喜愛(ài)的主畫(huà)面之一。
工程師畫(huà)面為軟件工程師提供了進(jìn)行系統(tǒng)整定的良好界面，是工程師在調(diào)節(jié)中進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定的重要環(huán)境，也是自控系統(tǒng)的核心。
故障錄波是對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速采樣，并利用采樣數(shù)據(jù)繪制信號(hào)曲線，以便了解信號(hào)的變化情況，預(yù)測(cè)信號(hào)的變化趨勢(shì)，是電力系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)信號(hào)的常用辦法。
本系統(tǒng)中要求對(duì)零序電流及三相電壓信號(hào)進(jìn)行故障錄波。錄波信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用A/D轉(zhuǎn)換模塊完成，以提高系統(tǒng)可靠性，減小體積。在整個(gè)軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)作快速傅利葉變換（FFT）和數(shù)據(jù)分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對(duì)于離散的時(shí)間信號(hào)，其FFT正、反變換分別為：
由上式可知，每一個(gè)蝶型運(yùn)算都需要兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果也是兩個(gè)數(shù)據(jù)，與其它結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。這樣一次計(jì)算后輸入數(shù)據(jù)就可放棄，減少了對(duì)內(nèi)存的占用，提高了計(jì)算速度。
正常的正弦波經(jīng)FFT正變換為兩個(gè)對(duì)稱的最大譜線，反變換后可以完全恢復(fù)原始信號(hào)；而帶干擾的正弦波經(jīng)FFT正變換后，除兩個(gè)對(duì)稱的最大譜線外，干擾信號(hào)的其它譜線也存在，據(jù)此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號(hào)的位置，并發(fā)出采取相應(yīng)措施的指令，啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或保護(hù)裝置。
5 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔靈活，可靠性高且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況與用戶要求，本系統(tǒng)可擴(kuò)展為不同的模式。除對(duì)高壓配電盤上的模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，也可用于對(duì)某些重要的低壓配電和低壓電機(jī)等電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制。
現(xiàn)場(chǎng)總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，關(guān)鍵是用新一代的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Field Bus Control System）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。其本質(zhì)即要實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。這也為工廠生產(chǎn)的全面自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)。西門子Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線及ET 200系列分布式I/O的使用降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)的成本，易于擴(kuò)展，可有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。尤其是ET 200S及PROFIBUS-DP網(wǎng)的成功使用，引起了越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。
參考文獻(xiàn)
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