基于LON控制網絡的高壓開關柜智能監控統系的研制

李宏毅，孟凡利，劉茂銀，陳德偉

LI Hong-yi1，MENG Fan-li1，LIU Mao-yin1，CHEN De-wei2

（1.山東省電力學校，泰安 271000；2.華北電力大學，保定 071003）

0 引言

建設數字化、智能化、信息化和網絡化的變電站系統是國家發展智能電網的要求，我們以美國埃施朗公司的產品Smartsever、RS485—Lonworks轉換器和LON控制網絡理論技術為依托組建并構架監控網絡，以無錫國產信捷PLC及觸摸屏一體機為現場基本檢測控制單元，以美國Wonderware公司的Intouch組態軟件為支持設計上位機人機界面，結合變電站現場實際，研制了一種新型的高壓開關柜網絡化、數字化智能監控系統。本系統適用6000—10000伏高壓配電柜安全用電系統，該系統安裝調試完畢，系統加電自動運行，一般不需要人為干預，監控效果良好。

1 系統整體結構

該圖為系統實際結構圖，PLC實現現場參數電壓、電流、溫度、瓦斯濃度、無功補償及功率因數、漏電參數與保護等，傳輸協議是Modbus—RTU協議，經RS485—Lonworks轉換后接入LON控制網絡，采用總線型結構。經SmartSever實現遠程監控。

2 系統硬件單元

2.1 Smartsever

i.LON SmartSever 智能服務器是一個多功能的、智能能源管理設備，它既可以作為獨立的服務器使用，也可以被集成到所選擇的控制系統中。其內置多種工業標準的通信協議，如Modbus、M—Bus、數字量I/O和脈沖計數輸入，以及用戶自編程的驅動等，提供了前所未有的連通性。是美國埃施朗公司的最新產品，本系統應用它作為LON控制網絡的樞紐，結合以太網和互聯網實現了遠程監控。

2.2 RS485與Lonworks協議轉換器

RS—485和LonWorks協議轉換節點主要由4個模塊組成：

1）LonWorks主控制模塊：采用Echelon公司的FT—10，內含3150神經元芯片，同時包括FTT—10A雙絞線收發器、復位電路、10 MHz時鐘電路及帶有32 KBX 8 Flash存儲器，可用于存儲應用程序和通信固件等。

圖2 PLC檢測單元端子接線排

2）AT89C52單片機模塊：采用Intel公司的8051單片機內核，這里把

AT89C52看作從B方式的A機，它與并行通信接口相連接。

3）RS—485總線接口模塊：它主要是芯片MAX—1487，是MAXIM公司的485總線轉換電路系列的一種。它從單片機的串行口輸人數據，轉換成符合RS—485總線格式的數據流，從而實現半雙工通信。

4）并行通信接口模塊：它由2塊74HC574和1塊74HC74芯片組成。74HC574是帶三態輸出控制的8D觸發器，數據的輸入由CLK腳上升沿控制，數據的輸出由OC腳低電平選通。74HC74是帶預置端和清除端的雙D觸發器，接口電路中因為它的數據輸入端接地、輸出清除端接正電源，所以其數據輸出端Q由CLK腳上升沿置低、由SD腳低電平置高。并行通信接口通過其對稱的兩個接口分別與要進行數據交換的A機和B機相連。

2.3 PLC及觸摸屏檢測控制單元

系統包括控制器單元，信號采集單元兩部分。控制器單元采用信捷公司xp2-18控制一體機系統，它是人機界面和控制器組合在一起的，節約安裝空間。信號采集單元，采用單片機集成處理，主要采集供電系統的電壓，電流，相位等信號，供處理器計算，判斷使用。

按照接線圖，將系統外圍接線全部接好后，系統第一次上電，界面顯示系統主畫面，此時按下指定按鍵，輸入權限密碼，（按“↑”和“↓”可實現數字加減，按“enter”鍵可實現移位）按照提示退出后，可按翻頁鍵進入相關頁面，對數據進行設置，包括三相電流，電抗器延時切除時間，電流互感器變比，速斷電流整定值等數據。在系統采樣正常的情況下就可以正常運行了。

設定數據時，按下“set”鍵，選中要設置的數據位置1，然后再用數字鍵盤輸入所需要的數據，按“enter”鍵退出。

本系統專門設置“f8”為試驗按鈕，當輸入密碼登陸成功后，按下功能鍵“f8”,在主畫面上會有一個指示燈亮起，這時，無論實驗有什么故障輸出，跳閘線圈都不會動作。只有報警燈（笛）會亮（響）起。實驗完畢后，切記應把“f8”再次按下，消除試驗狀態。

當有報警發生時，系統會自動彈出一個報警窗口，提示報警內容，并在后面的頁面上記錄下報警內容和報警時間。可方便查詢。

主畫面下，按下“f1”鍵可設定口令，即操作員身份驗證。只有通過該身份驗證，才能對系統設定數據進行修改，否則，無法修改數據。

系統接線端子排定義：

電源：220

X0---X-COM接通：電抗器切除延時輸入

溫濕傳感：P1----+5V

P3-----5VGND

P2、P4接點

UO------開口電壓輸入（+）

Uod-----開口電壓輸入（-）

K1-------CT電流互感器K1

K2------CT電流互感器K2

Ia、Ia、Ic、Ic-------A、C相電流互感器

Y1----報警輸出（220V）

Y2-----延時輸出（220V）

Y3-----除濕輸出（220v）

Y4Y-COM1------高漏發生、過流、速斷等發生時接通

3 檢測軟件部分

本系統主要的軟件設計是基本的檢測控制部分，分為漏電、過流、速斷、報警、延時、除濕等部分。主要的漏電報警和過流速斷保護的程序段如下：

4 人機界面

在上位機人機界面的設計上，我們采用了美國Wonderware公司的Intouch組態軟件，該組態軟件可視化操作簡單靈活、多媒體畫面生動靈活，實時性好，網絡功能強大，并且與LON控制網絡具有良好的兼容性，為本系統監控畫面的設計提供了方便。下圖為某一顯示畫面。

圖3 組態顯示畫面之一

[1]鄔寬明.現場總線技術應用選編.北京航空航天大學,2004.

[2]凌志浩.從神經元芯片到控制網絡.北京航空航天大學,2003.