基于LON控制网络的高压开关柜智能监控统系的研制
2011-02-19李宏毅孟凡利刘茂银陈德伟
李宏毅，孟凡利，刘茂银，陈德伟
LI Hong-yi1，MENG Fan-li1，LIU Mao-yin1，CHEN De-wei2
（1.山东省电力学校，泰安 271000；2.华北电力大学，保定 071003）
0 引言
建设数字化、智能化、信息化和网络化的变电站系统是国家发展智能电网的要求，我们以美国埃施朗公司的产品Smartsever、RS485—Lonworks转换器和LON控制网络理论技术为依托组建并构架监控网络，以无锡国产信捷PLC及触摸屏一体机为现场基本检测控制单元，以美国Wonderware公司的Intouch组态软件为支持设计上位机人机界面，结合变电站现场实际，研制了一种新型的高压开关柜网络化、数字化智能监控系统。本系统适用6000—10000伏高压配电柜安全用电系统，该系统安装调试完毕，系统加电自动运行，一般不需要人为干预，监控效果良好。
1 系统整体结构
该图为系统实际结构图，PLC实现现场参数电压、电流、温度、瓦斯浓度、无功补偿及功率因数、漏电参数与保护等，传输协议是Modbus—RTU协议，经RS485—Lonworks转换后接入LON控制网络，采用总线型结构。经SmartSever实现远程监控。
2 系统硬件单元
2.1 Smartsever
i.LON SmartSever 智能服务器是一个多功能的、智能能源管理设备，它既可以作为独立的服务器使用，也可以被集成到所选择的控制系统中。其内置多种工业标准的通信协议，如Modbus、M—Bus、数字量I/O和脉冲计数输入，以及用户自编程的驱动等，提供了前所未有的连通性。是美国埃施朗公司的最新产品，本系统应用它作为LON控制网络的枢纽，结合以太网和互联网实现了远程监控。
2.2 RS485与Lonworks协议转换器
RS—485和LonWorks协议转换节点主要由4个模块组成：
1）LonWorks主控制模块：采用Echelon公司的FT—10，内含3150神经元芯片，同时包括FTT—10A双绞线收发器、复位电路、10 MHz时钟电路及带有32 KBX 8 Flash存储器，可用于存储应用程序和通信固件等。
图2 PLC检测单元端子接线排
2）AT89C52单片机模块：采用Intel公司的8051单片机内核，这里把
AT89C52看作从B方式的A机，它与并行通信接口相连接。
3）RS—485总线接口模块：它主要是芯片MAX—1487，是MAXIM公司的485总线转换电路系列的一种。它从单片机的串行口输人数据，转换成符合RS—485总线格式的数据流，从而实现半双工通信。
4）并行通信接口模块：它由2块74HC574和1块74HC74芯片组成。74HC574是带三态输出控制的8D触发器，数据的输入由CLK脚上升沿控制，数据的输出由OC脚低电平选通。74HC74是带预置端和清除端的双D触发器，接口电路中因为它的数据输入端接地、输出清除端接正电源，所以其数据输出端Q由CLK脚上升沿置低、由SD脚低电平置高。并行通信接口通过其对称的两个接口分别与要进行数据交换的A机和B机相连。
2.3 PLC及触摸屏检测控制单元
系统包括控制器单元，信号采集单元两部分。控制器单元采用信捷公司xp2-18控制一体机系统，它是人机界面和控制器组合在一起的，节约安装空间。信号采集单元，采用单片机集成处理，主要采集供电系统的电压，电流，相位等信号，供处理器计算，判断使用。
按照接线图，将系统外围接线全部接好后，系统第一次上电，界面显示系统主画面，此时按下指定按键，输入权限密码，（按“↑”和“↓”可实现数字加减，按“enter”键可实现移位）按照提示退出后，可按翻页键进入相关页面，对数据进行设置，包括三相电流，电抗器延时切除时间，电流互感器变比，速断电流整定值等数据。在系统采样正常的情况下就可以正常运行了。
设定数据时，按下“set”键，选中要设置的数据位置1，然后再用数字键盘输入所需要的数据，按“enter”键退出。
本系统专门设置“f8”为试验按钮，当输入密码登陆成功后，按下功能键“f8”,在主画面上会有一个指示灯亮起，这时，无论实验有什么故障输出，跳闸线圈都不会动作。只有报警灯（笛）会亮（响）起。实验完毕后，切记应把“f8”再次按下，消除试验状态。
当有报警发生时，系统会自动弹出一个报警窗口，提示报警内容，并在后面的页面上记录下报警内容和报警时间。可方便查询。
主画面下，按下“f1”键可设定口令，即操作员身份验证。只有通过该身份验证，才能对系统设定数据进行修改，否则，无法修改数据。
系统接线端子排定义：
电源：220
X0---X-COM接通：电抗器切除延时输入
温湿传感：P1----+5V
P3-----5VGND
P2、P4接点
UO------开口电压输入（+）
Uod-----开口电压输入（-）
K1-------CT电流互感器K1
K2------CT电流互感器K2
Ia、Ia、Ic、Ic-------A、C相电流互感器
Y1----报警输出（220V）
Y2-----延时输出（220V）
Y3-----除湿输出（220v）
Y4Y-COM1------高漏发生、过流、速断等发生时接通
3 检测软件部分
本系统主要的软件设计是基本的检测控制部分，分为漏电、过流、速断、报警、延时、除湿等部分。主要的漏电报警和过流速断保护的程序段如下：
4 人机界面
在上位机人机界面的设计上，我们采用了美国Wonderware公司的Intouch组态软件，该组态软件可视化操作简单灵活、多媒体画面生动灵活，实时性好，网络功能强大，并且与LON控制网络具有良好的兼容性，为本系统监控画面的设计提供了方便。下图为某一显示画面。
图3 组态显示画面之一
[1]邬宽明.现场总线技术应用选编.北京航空航天大学,2004.
[2]凌志浩.从神经元芯片到控制网络.北京航空航天大学,2003.
