發布日期：2022-04-18 點擊率：57
摘要：在介紹甬金高速公路白峰嶺隧道配電自動化系統工程背景的基礎上，詳細分析了工業以太網在高速公路隧道配電自動化系統設計思想、系統構成、功能模塊及系統的設計。在INT—SCADA平臺上開發甬金高速隧道配電自動化系統。實踐表明系統運行情況良好。 圖 1 白峰嶺隧道供電系統結線 高速公路隧道配電自動化系統的主要設計目標為：提供10KV電氣設備的繼電保護，運行工況的在線監測，各種可控開關的本地／遠程控制操作，負荷切換，發電機系統的自動啟動及變配電系統的經濟優化運行，適合各種運行方式的控制聯鎖／聯動及通信網絡連接實現信息共享等。
關鍵詞：工業以太網；高速公路；監控系統
高速公路隧道配電自動化系統是高速公路建設的重要組成部分。甬金高速公路白峰嶺隧道工程由左右2個隧道構成。左隧道長1974m，右隧道長 1540m，規劃整個隧道配電容量為1500KVA，分為東西2個變電所。西端變電站是一個10KV配電系統和10／0．4KV變電系統，東端變電站是 10／0．4KV變電系統。每個變電系統作為隧道配電自動化系統的1個子站。具體變電系統的結線如圖1所示。每個子站按無人值班站設計，監控系統包括測控單元、串口集線器和工業以太網交換機。
由于隧道總長度在1900m左右，且整個配電自動化系統參數很多，應用現場總線技術無法滿足系統的要求。而工業以太網協議通用，傳輸速度快，且已得到了廣泛應用，故采用工業以太網技術來實現高速公路隧道配電自動化系統。
1 隧道配電自動化系統構成
整個隧道配電自動化系統采用工業以太網與現場總線相結合、模塊化和網絡化、分層分布式開放系統結構。以太網是迄今最成功的局域網絡技術，具有傳輸速度高、成本低、安裝方便和兼容性好等方面的優勢，也是目前應用最廣泛的信息網絡技術之一。
工業以太網就是把以太網技術應用到控制現場，把上層信息網與底層控制網集成。以太網采用交換方式進行數據傳輸，多個設備的數據可以在網絡交換機集中后，用一個上傳通道與監控中心進行數據通信，減少了通信設備，大大降低了系統費用，簡化了系統結構，有利于13后維護。監控設備通過網絡交換機就可接人到系統中，無需增加通信設備，使系統的擴展方便靈活。本著分散控制、集中監視的原則，按間隔劃分、單元化設計、分布式處理，實現設備分層和網絡分層的解決方案。整個系統自下而上分為現場級控制層、子站級控制層、網絡管理和主站級控制層，系統結構見圖2。
現場級控制層中的監控單元要求運行穩定可靠，維護簡單，同時又能滿足工程的自動化設計要求。本方案選用南京因泰萊電器股份有限公司的PAl00、 PA200、IDM20系列綜合數字繼電器綜合測控裝置，通過MODBUS現場總線與串口集線器和子站級控制層的前置工控機連接，其他智能裝置如變壓器溫控器、柴油發電機控制器和UPS控制器也與前置工控機連接構成一個有機協調的單個10／0．4KV的變電站綜合自動化系統。
1．2子站級控制層
子站級控制層是現場控制的關鍵。硬件采用性能可靠的研華工控機，系統軟件采用MicrosoftWindows2000多任務多線程操作系統，應用軟件采用INT—SCADA集成化監控系統軟件。系統能實現遙測、遙信、遙控、遙調、報警顯示、數據存儲、統計報表和變電站優化運行控制等功能。子站級控制層的監控機具有對現場級控制層各種智能化設備完全的訪問和控制能力，同時具有很強操作層次性，設置不同密碼限制，不同操作人員更改操作不同對象。
子站級控制層的工控機在整個網絡全部癱瘓的情況下，還可以對本級系統進行控制和操作，子站之間互不干擾，保證了系統的獨立、安全、可靠運行。
1．3網絡管理
甬金高速公路白峰嶺隧道線路長、電力系統復雜，如果采用現場總線技術難以滿足實時性、安全性和可靠性的要求，所以在網絡層采用光纖雙冗余工業以太網技術。
工業以太網交換機采用東土電信一KIEN2000工業以太網交換機，它有2個上聯冗余的100Mbids的光纖端口，利用上聯冗余接口，可以組成自愈環網，提高系統可靠性。6個普通的10／100Mbids的雙絞線端口，由于具有自適應功能，每個端口能自動地設置到10base—TX或100base —TX狀態及全雙工或半雙工的運行模式。該設備可通過即插即用的方式連接，該功能節省啟動時間。提供24V電源冗余，增強了網絡及系統的可靠性。
1．4主站級控制層
工程因為隧道變電站與監控中心距離較遠，故采用主／子站的通訊方式，中間連接通過四芯單模光纖。將現場控制層作為子站，主監控中心作為主站，主／子站通過工業以太網進行通訊。主監控中心采用2臺服務器的冗余方式，監控機采用普通工業控制機。操作系統軟件采用MicrosoftWindows2000操作系統，監控軟件采用INT—SCADA軟件。將子站前置監控機采集的電力數據通過光纖工業以太網送到主站，主站的通訊管理機采用DE一334。由于在本工程隧道群系統中共有子站2個，故監控主機還需帶有通訊服務器HUB。
在主站控制系統中，主監控機連接通訊服務器，通訊服務器通過TCP／II）協議，連接通訊管理器。由于監控主機與子站控制機之間距離很遠，設計每個子站控制機都是通過光纖與主機進行通訊連接，通訊方式為TCP／IP通訊協議。監控主機可以對每個子站控制機的數據采集，以達到對每個子站現場控制層的遙控、遙信、遙測等功能。
2 監控系統功能模塊設計
本 方案對配電系統的一次主設備實現保護、遙測、遙信、遙控、遙調，對二次設備和輔助設備實現遠方控制和管理，實現綜合全面的管理。配電系統內所有測控裝置均采用微機型設備，通過通信網絡與微機監控系統一起，構成整個綜合自動化系統。
2．1數據采集
采集信號包括交流電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、直流輸入模擬量、數字量等，并具有計算積分電度功能。系統可采集斷路器位置、手車位置、接地開關位置等，就地顯示狀態并上傳主機和調度端，其中開關變位信號優先傳送。
2．2控制功能
接收并執行遙控命令及返送校驗，各種開關、斷路器均可通過電腦模擬手柄開關，實現變電站遠程控制。
2．3人機界面
SCADA系統具有強大的人機界面設計功能，可設計各種游覽畫面，如一次系統圖、系統結構圖、虛擬儀表盤、中央信號屏、集中操作屏、屏面布置圖、地理信息圖、巡檢線路圖、二次原理圖、二次接線圖、各種曲線、棒圖和控制信息顯示等，只要INT—SCADA系統能采集到的信息均能在可組態的圖片上顯示出來，并能就地進行相關的控制操作，見圖3。
數據采集準確可靠，并具備事故信號顯示功能、事故分析和事件追憶功能、數據查詢功能，且能保留告警事件，見圖4。
告警功能齊全準確，并以聲光形式反饋，告警信號可手動和遠動復歸。告警包括開關、斷路器變位告警，電流、電壓等測量越限告警，SCADA系統故障告警，保護動作告警，接地信號告警。
2．6報表及打印功能
可按要求生成各種報表及曲線等，對各種圖、報表、曲線可按小時、日、月、年進行打印。
2．7通訊功能
通訊方式符合TCP／II）規約的Intemet網絡。3隧道配電自動化系統的開發實現 SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統作為生產過程和事物管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統之一包含2層含義：一是分布式的數據采集系統，即智能數據采集系統，也就是通常所說的下位機；另一個是數據處理和顯示系統，即中心上位機系統。
基于MicrosoftWindows2000的INT—SCADA集成化監控系統軟件處于系統的站級控制層，監控組態平臺是基于系統平臺的大型應用軟件，它集控制技術、人機界面技術、數據庫技術、網絡與通信技術于一體，使控制系統開發人員不必依靠某種具體的計算機語言，只需通過可視化的組態方式，就可完成控制系統功能的構建以及對現場設備的運行狀態的檢測，這給控制系統設計人員帶來了很大的方便。
4 結語
在介紹甬金高速公路隧道電力系統工程背景的基礎上，詳細分析了基于工業以太網絡的高速公路隧道配電自動化系統及其實現方法，系統結構采用分層、分布式網絡總線方式，采用微機監控，能實現“遙信、遙測、遙控”功能，保證供電的安全可靠，為用戶進行實時管理和監控提供直接、簡單、有效的操作方法。甬金高速公路從2005年12月28日開通至今，整個配電自動化系統運行正常，對同類工程設計具有一定的參考價值。
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