1、引言
我國配電網自動化的建設發(fā)展比較緩慢，建設資金短缺，設備技術性能落后，事故頻繁發(fā)生，影響了生活和經濟的發(fā)展。隨著電業(yè)的發(fā)展和電力市場的建立，配電網自動化的薄弱環(huán)節(jié)顯得越來越突出，形成電力需求與電網設施不協調的局面。近20年的研究和實踐，雖然配電自動化取得了進步，但是研究與實踐成果大多數都是在高壓配電網(35kV以上)，而在工廠或區(qū)域配電站的自動化(配電房這一層次)問題上， 基本上還是一片空白。電網末端的用電主要表現在網絡混亂、裝備陳舊、自動化水平低、維護工作量大、供電可靠性低等方面。這種情況嚴重制約了電網末端的樓宇居民用電和大中型企業(yè)的進步和發(fā)展。
2、系統設計
隨著計算機、通信技術、電子技術為代表的3C技術、現場總線技術和電力工業(yè)自動化的飛速發(fā)展，為配電自動化的實現奠定了基礎。本項目研究開發(fā)出了一套完整的中低壓自動化綜合系統HS-NET。該系統是通過計算機技術、通訊技術、電子技術和控制技術對配電網及
其設備進行監(jiān)測、控制和管理的綜合系統，主要實現變電站自動化、饋線自動化、用電自動化和需求管理，以滿足中低壓配電自動化的需求，促進電力工業(yè)自動化的發(fā)展。
2.1 總體體系結構
HS-NET自動化系統總體上采用分層分布式體系結構，按照縱向分為遠程管理層、設備控制層和現場設備層三大部分，如圖1所示。
圖1 總體體系結構圖
2.2 遠程管理層
管理層是由三臺計算機和一臺打印機組成。正常情況下用一臺計算機監(jiān)控管理，其他兩臺作為冷機備用。在異常或緊急情況下，其他兩臺備用計算機用來保證遠程管理的正常工作。
2.3 設備控制層
設備控制層是由威達電HMI工控機、UPS、光纖轉換器組成。設備控制層屬于“中介層”，起到向下采集控制向上通報管理的作用。在設備控制層安裝了三維力控組態(tài)軟件PCAUTO，與現場設備層利用RS-485接口，采用Modbus或Profibus-DP等通信協議進行數據的傳輸；與遠程管理層利用計算機網卡，采用TCP/IP以太網協議進行數據的遠程傳輸。
2.4 現場設備層
現場設備層主要由配電柜、斷路器，網絡儀表、通信模塊和通信線組成。根據選用的總線方式不同設計方案也有所不同?？傮w的設計思想是要實現現場配電設備的聯網，現場設備層的配電設備應具有RS-485通訊端口或者不帶通信接口的元器件選配智能化通信模塊，將配電設備的各個參數上傳給設備控制層，控制層怎么來采集各個參數并解析給用戶，需要一個數據采集、解析、顯示的應用軟件包提供集成功能，三維力控的PCAuto組態(tài)軟件為我們提供實現了實現這一功能的條件，在此軟件平臺上組建自己的配電設備，在設備控制層上對每個配電設備進行了地址編排，可以很清楚的知道配電設備的物理地址，方便故障查詢、線路維修；在遠程管理層的管理軟件，為了能夠實時的監(jiān)控，提高可靠性、減少數據冗余、實質是我們控制層軟件的一個WEB發(fā)布，大量數據的訪問通過SQL Server來遠程訪問。
整個系統的靈活性，考慮采用各種功能模塊，各功能模塊可以獨立裝入或卸出，并可以靈活組合，進一步增強了系統的擴展性以及同其他系統的互連性。
整個監(jiān)控系統通信子系統采用設備(通信口)與協議解析分層的設計原則。它們之間有標準的模塊接口，增強了系統的可組態(tài)性和可擴展性。
監(jiān)控系統中接入的器件應是具有通信功能的電子器件或塊，例如網絡電力儀表、雙電源、變頻器、軟啟動器、開關輸入輸出模塊以及智能斷路器等。采用Modbus、Profibus-DP、DviceNet、LonWorks等通信協議，實現對配電設備的“遙控、遙調、遙信、遙測”四遙功能，具有友好的人機界面，操作簡單快速，配置直觀簡便。在上位機上不僅可以看到所有的電參數(三相電壓、電流、功率、電能等)、線路運行參數、開關(分合閘)狀態(tài)；而且可以通過上位機對各種配電設備進行控制操作，例如：智能斷路器的分合閘操作、整
定參數的設定修改、電動機的起停、正反轉以及速度的設定修改，操作簡單快速。各種故障報警、趨勢曲線、數據報表，操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的工作強度；同時對電能質量和設備故障及時檢測、分析，使值班人員能在事故初始階段及時處理，減少電網事故造成的損失，是現代配電自動化的最佳選擇。
綜上分析，可以看出問題的關鍵是軟件部分，一是配電設備數據的采集，需要開發(fā)下位機的驅動程序，二是友好界面的顯示，需要開發(fā)組態(tài)界面；因此軟件部分的開發(fā)也分兩個大的部分：
(1) 下位機驅動程序的開發(fā)與實現(非標準的MOD- BUS總線協議需要用戶開發(fā)驅動程序)；
(2) 上位機組態(tài)界面的開發(fā)與實現。本文重點介紹如何利用力控實現我們的人機界面、實時報警、故障查詢、遠程監(jiān)控，管理自動化等上位機組態(tài)系統功能。
3、力控軟件包應用與開發(fā)
3.1 力控簡要介紹
; PCAOTO是北京三維力控有限公司推出的組態(tài)軟件，該組態(tài)軟件是一個面向方案的HIM(人機圖形界面)/SCADA(監(jiān)控與數據采集)平臺軟件。他基于流行的32位WINDOWS平臺，豐富的I/O驅動能夠連接到各種現場設備，分布式實時數據庫系統，可提供訪問工廠和企業(yè)系統數據的一個公共入口。內置TCP/IP協議的網絡服務程序，使您可以充分利用INTRANET或INTERNET網絡資源。全面支持OLE、ActiveX、DDE，完整的OPC Client，標準的SQL/ODBC API接口；精確的內部時鐘系統，調速中期可精確到1毫秒，更快的網絡通信速度，以滿足構建大型、復雜SCADA系統的需求。系統組態(tài)軟件提供多種通信方法，除TCP/IP網絡通信組建外，還可以使用遠程撥號通信組建，實現對遠程現場生產過程的實時監(jiān)控，本組建不僅支持模擬通信方式，還支持ISDN數字通信方式，以滿足高速遠程通信的需求。
系統組態(tài)軟件的串行通信組建，可以實現兩臺計算機之間的低成本通信，采用RS-232/485接口，可實現一對一(1：1方式)的通信；如果使用RS-485總線，還可以實現一對多臺計算機(1：N方式)的通信，輕松組建RS-485工業(yè)總線網。同時系統組態(tài)軟件也提供無線通信組件，以適應覆蓋范圍廣、通信距離遠、野外等惡劣工作環(huán)境。
3.2 力控的數據流
參見圖2，力控的通用版基本組件為I/O服務程序(IOSERVER)、區(qū)域數據庫DB，人機界面(VIEW)，數據流過程如下：IO連接項配置完成后，硬件設備的寄存器的內容通過IO通訊便采集到DB的點參數里(缺省為PV)，完成VIEW的數據庫變量組態(tài)后，DB的點參數自動便映射到VIEW數據庫變量里，便完成了整個數據的采集過程。
圖2 力控界面組態(tài)軟件流程
力控與I/O設備之間一般通過以下幾種方式進行數據交換：串行通信方式(支持Modem遠程通信)、板卡方式、網絡節(jié)點方式、適配器方式、DDE方式、OPC方式等。對于采用不同協議通信的I/O設備，力控提供具有針對性的I/O驅動程序，實時數據庫借助I/O驅動程序對I/O設備執(zhí)行數據的采集與回送。實時數據庫與I/O驅動程序構成服務器/客戶結構模式。一臺運行實時數據庫的計算機通過若干I/O驅動程序可同時連接任意多臺I/O設備。無論對于哪種設備，都需要確切知道設備及該點的物理通道的編址方法。I/O設備配置完成后，能在瀏覽器的目錄樹列出I/O設備的設備數據源，此后，即可以使用配置過的設備名稱進行數據連接。系統投入運行時，力控通過內部管理程序自動啟動相應的I/O驅動程序執(zhí)行與I/O設備的實時數據交換。
3.3 系統組態(tài)
在應用與開發(fā)時，總體分為三個步驟進行力控的系統組態(tài)，實現人機界面功能。
(1) 設備的配置(I/O組態(tài))：主要的說明下位機名稱，數據更新周期，設備地址，通信方式(在此采用串口(RS-232/422/485)方式。采用串口COM1，設置波特率9600、數據位8位、奇偶校驗無、停止位2位。如圖3、4所示。
庫的組態(tài)：根據不用器件的通信協議，將器件參數一一組態(tài)到實時數據庫中，并且通過數據連接項連接到每個下位機器件上。
(3) 界面組態(tài)：利用力控提供的組態(tài)工具給用戶一個友好的界面，使用戶充分感受到配電自動化給他們帶來的方便與實用，圖6是網絡儀表的組態(tài)界面圖。
3.4 系統功能及實現
(1) 友好的人機界面
HS-NET智能網絡配電與遠程監(jiān)控系統基于北京三維力控科技有限公司的PCAUTO組態(tài)軟件，系統采用動態(tài)數據交換技術(DDE)和WINDOWS API驅動編程，使系統具有良好的可靠性和可擴充性，可根據用戶需求組建智能配電網絡系統。系統中接入的器件是具有通信功能的電子器件或者不帶通信接口的元器件選配智能化通信模塊，采用Modbus、Profibus-DP、DviceNet、LonWorks等現場總線通信協議，實現對配電設備的“遙控、遙調、遙信、遙測”四遙功能，具有友好的人機界面，操作簡單快速，配置直觀簡便。在
上位機上不僅可以看到所有的電參數(三相電壓、電流、功率、電能等)、線路運行參數、開關(分合閘)狀態(tài)；而且可以通過上位機對各種配電設備進行控制操作，例如：智能斷路器的分合閘操作、整定參數的設定修改、電動機的起停、正反轉以及速度的設定修改，操作簡單快速。各種故障報警、趨勢曲線、數據報表，操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的勞動強度；同時對電能質量和設備故障及時檢測、分析，使值班人員能在事故初始階段及時處理，減少電網事故造成的損失。
(2) 遙調功能
智能設備的通訊系統能通過上位機遠程下載各進線、聯絡或主要出線回路從站設定值。如針對某一回路框架斷路器進行保護參數設定等。
(3) 遙測功能
智能總線系統能通過上位機遠程測量各個回路從站(控制單元)的電量參數：
主進回電路：三相電流、三相電壓、有功功率、功率因數、有功電能、無功電能等；
配電回路：三相電流、相電壓/線電壓、有功功率、有功電能等；
出線回路：三相或單相電流等；
電動機回路：三相或單相電流、相電壓/線電壓、功率因數等；
其他：電網頻率、諧波分量等。
具體可遙測的參數根據設計需要確定。
(4) 遙控功能
智能總線系統能通過上位機對各個從站實現以下功能。
配電回路：控制開關的分閘、合閘；
電動機控制電路：電動機的啟動、停止、復位等操作。
具體可遙控的功能根據設計需要確定。
(5) 遙信功能
智能總線系統能通過上位機對從站實現以下遙測功能。
通訊狀態(tài)；
開關狀態(tài)、補償電容器投切狀態(tài)；
電動機回路操作次數/運行時間；
連鎖信息和MCC柜抽出式單元位置信號等。
(6) 實時報警功能
為了使用戶能在事故的初始階段及時發(fā)現現場的故障，該工程設置了實時報警功能，可以實時的把發(fā)生故障的日期、時間、站點號、配電器件名稱、報警類型等通過頂層窗口反映給用戶，如圖7所示：
圖7 實時報警功能
(7) 故障查詢功能
為了解決目前配電系統所存在的問題(本文引言內容)，該軟件特意設計故障查詢功能。各種故障報警、操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的工作強度；同時對電能質量和設備故障及時檢測、分析，使值班人員能在事故初始階段及時處理，減少電網事故造成的損失。
故障查詢功能是利用力控提供的外部通信接口，支持目前主流的數據通信、數據交換標準。包括：DDE、OPC、ODBC等。在該系統中我們使用的是ODBC標準，和第三方Microsoft SQL Server進行數據交換存儲。
3.5 故障查詢功能程序設計
(1) 先創(chuàng)建一個按鈕，左鍵函數為SQLSelDatSour(DataSourceDesc)，用于得到運行時動態(tài)得到數據源描述。執(zhí)行該函數時會出現數據源選擇框。此程序程序中得到的數據源描述為：DSN=新演示柜數據;DBQ=E:\;D
riverId=25;FIL=MS Access;MaxBufferSize=2048;PageTimeout=5;UID=admin。
(2) 在力控的數據表管理下創(chuàng)建綁定表：名稱為:ssbjsjbdb。如圖8所示：
圖8 綁定表
(3) 在力控下創(chuàng)建SQL數據表模板，表名為ssbjsj。如圖9所示。
圖9 SQL數據表模板]
(4) 根據模板，利用SQLCreateTable(ConnectID,"TableName","TableTemplate")函數，創(chuàng)建數據報表。
(5) 寫數據庫程序設計。
程序設計：
SQLConnect(ConnectID,"DSN=新演示柜數據源;DBQ=E:\;DriverId=25;FIL=MS Access;MaxBufferSize=2048;PageTimeout=5;UID=admin;");
SQLCreateT
able(ConnectID, ssbjjl, ssbjsj);
bj02=$Date;
bj03=$Time;
bj04="0101";
bj05="HSY1網絡儀表";
bj06="設備故障";
bj07="通信中斷";
bj08=0;
bj09=0;
bj10=0;
bj11=0;
bj12=0;
bj13=0;
bj14=0;
bj15=0;
bj16=0;
SQLSelect(ConnectID,"bjjl","");
SQLInsert(ConnectID,"ssbjjl", "ssbjsjbdb");
SQLRowCount(ss);
BJBZ=1;
SQLDisconnect(ConnectID);
(6) 讀數據的程序設計。流程如圖11所示：
圖11 讀數據庫程序流程
程序設計：
SQLConnect(ConnectID1,"DSN=杭申演示柜數據源1;DBQ=E: ;DriverId=25;FIL=MS Access;MaxBufferSize=2048;PageTimeout=5;UID=admin;");
IF istime==1 THEN
IF (#tSelection()>#tSelection())||((#tSelection() ==#tSelection())&&(#tSelection()>#tSelection()))|| ((#tSelection()==#tSelection())&&(#tSelection() ==#tSelection())&&(#tSelection()>#tSelection())) THEN
MsgBox("對不起！請確保您輸入的查詢時間是正確的！");
return 0;
ELSE
ENDIF
year1=IntToStr(#tSelection()+2005, 10);
year2=IntToStr(#tSelection()+2005, 10);
IF (#tSelection()+1)<10 THEN
month1="0"+IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ELSE
month1=IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ENDIF
IF (#tSelection()+1)<10 THEN
month2="0"+IntToStr
(#tSelection()+1, 10);
ELSE
month2=IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ENDIF
IF (#tSelection()+1)<10 THEN
day1="0"+IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ELSE
day1=IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ENDIF
IF (#tSelection()+1)<10 THEN
day2="0"+IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ELSE
day2=IntToStr(#tSelection()+1, 10);
ENDIF
ELSE
ENDIF
IF (isdlq==1)&&(istime==1) THEN
WhereExpr="設備代號="+" "+qjxz+" "+" AND "+"日期>="+" "+year1+"/"+month1+"/"+day1+" "+" AND "+"日期<="+" "+year2+"/"+month2+"/"+day2+" "+" ORDER BY 日期 ASC, 設備代號 ASC";
ELSE
IF (isdlq==1)&&(istime==0) THEN
WhereExpr="設備代號="+" "+qjxz+" "+" ORDER BY日期ASC";
ELSE
IF (isdlq==0)&&(istime==1) THEN
WhereExpr="日期>="+" "+year1+"/"+month1+"/"+day1+" "+" AND "+"日期 <="+" "+year2+"/"+month2+"/"+day2+" "+" ORDER BY日期ASC, 設備代號ASC"; ;
ELSE
WhereExpr="序號>=0"+" ORDER BY日期ASC, 設備代號ASC";
ENDIF
ENDIF
ENDIF
SQLSelect(ConnectID1,"ssbjjl",WhereExpr);
SQLRowCount(jls);
SQLDisplayToGrid("ssbjsjw");
SQLDisconnect(ConnectID1);
圖12是顯示實時報警事件的查詢結果案例。以上是一個關于通信故障的查詢過程(為了試驗期間，這些故障是我們故意設置的)，該工程還可實現故障跳閘數據查詢和分合閘操作記錄查詢，大大增強了系統的可靠性。
4、結束語
HS-NET自動化配電監(jiān)控系統在我公司配電房(配電器件都用的是國內產品)的實際應用中，采用的是Modbus總線協議、波特率19.2kbps，配電房到主控室的距離大約300m，可對我公司
的綜合大樓、模具車間、斷路器車間、裝配車間、電梯、聯絡柜等21個站點進行遠程監(jiān)控、管理與控制，一年多來基本運行正常、性能穩(wěn)定，對公司配電房的自動化管理起到很好的作用。
配電房或變電站采用現場總線后實現真正的分層、分布式結構，這種完全分層分布式系統，進一步提高了整個系統的可靠性，使系統具有很大靈活性和可擴充性，符合國際上綜合自動化系統的發(fā)展趨勢。
由于現場總線本身存在的不可避免的問題，如電磁場的干擾、噪音問題、輪詢式的總線查詢方式以及國內現場總線的技術的局限和智能配電器件性能的某些不完善，都給該系統帶來了一些不可避免的問題，雖然這種問題目前不會影響到系統的正常運行，但是仍然存在隱患。還有待于國內現場總線硬件器件的提出了適應于大中型企業(yè)的配電房可以使用外，該系統還適用于110kV及以下城鄉(xiāng)變電站、箱式變、發(fā)電廠用電、樓宇自動化、工礦企業(yè)配電房等的變電、受電、饋電、監(jiān)控和各種終端配用電等的遠方控制與管理。系統集監(jiān)視、測量、控制和通信等多種功能于一體，是一種開放式、網絡化、單元化、可擴展性好的監(jiān)控管理系統；同時HS-NET也提供無線通信組件，以適應覆蓋范圍廣、通信距離遠、野外等惡劣工作環(huán)境。
（轉載）
