嵌入式觸摸屏在變配電站電力監控系統中的應用

張麗娟，羅丹羽，崔均亮

(鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州 450000)

嵌入式觸摸屏在變配電站電力監控系統中的應用

張麗娟，羅丹羽，崔均亮

(鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州 450000)

介紹了工業級嵌入式觸摸屏作為通訊管理機在10kV配電站電力監控系統中的應用，觸摸屏具有的RS-485串口對下連接10kV開關柜上的綜合保護裝置及測量儀表進行數據采集，把采集到的數據經過處理呈現在觸摸屏畫面上，并且通過RJ45網口及Modbus-TCP/IP通訊協議把數據上傳給控制室內的后臺監控計算機及實驗室內的另一臺觸摸屏。

數據采集；畫面設計；客戶端建立；數據上傳

1 引言

嵌入式觸摸屏是集顯示器(觸摸式)與主機為一體的工業級小型計算機，一般采用Windows CE或Linux操作系統。具有的對外接口有RS232，RS485，RJ45網絡接口及USB等接口。RS232及RS485串口一般用來連接變配電站內的各種通訊設備，例如綜合保護裝置、測控裝置、多功能儀表、PLC、變頻器及各種模塊等，網絡接口一般用來連接具有網口的通訊設備或者用于上傳數據。支持多種通訊協議，例如標準MODBUS-RTU，MODBUS-TCP/IP，T645等等。非常適合作為通訊管理機用在距離控制室較遠的配電子站，采集子站通訊數據在觸摸屏上就地顯示并且可以把數據通過通訊網絡傳到控制室后臺機。

本文所介紹10kV配電站電力監控系統，監控的范圍包括10kV配電室內的7臺中壓柜，5臺低壓柜。中壓柜排列及低壓柜排列分別配置一臺觸摸屏，本文將詳細介紹10kV配電室的7臺中壓柜的監控情況。利用安裝在10kV開關柜面板上的觸摸屏作為通訊管理機來監視配電室內的開關回路的運行情況，并將所有采集到的數據上傳到距離配電室較遠的控制室內的監控后臺機及實驗室中的另外一臺觸摸屏中。本文會介紹數據的采集，觸摸屏顯示畫面的設計，數據的上傳等軟件配置的關鍵問題，并重點介紹數據上傳時觸摸屏支持兩個客戶端連接的配置問題。

2 數據采集

10kV中壓柜包括1臺進線隔離柜，一臺計量柜，一臺電源進線柜，一臺壓變柜及三臺饋電柜。需要通訊的綜合保護裝置及測量儀表見表1通訊設備表。

2.1 通訊組網

表1中所述的通訊設備2AEF151，3AEF151及MS10M的通訊接口為RS485，通訊協議為標準的MODBUS-RTU。

表1 通訊設備表

通過MODBUS現場總線菊花鏈的方式連起來接到觸摸屏的RS-485串口上，通訊組網圖如圖1所示。

圖1 通訊組網圖

2.2 觸摸屏設備組態

觸摸屏配備有專門的嵌入版組態軟件，在電腦上安裝后即可使用。項目用到一條總線一個串口，因此需要建立一個通用串口父設備，在該父設備的屬性編輯里定義串口的屬性，例如本項目用到串口COM2，通訊波特率9600，數據位8位，停止位1位，校驗方式無校驗，如圖2所示。

在通用串口父設備下添加需要通訊的8臺標準ModbusRTU子設備，分別對應H3-2AEF151，H3-MS10M，H5-3AEF151，H5-MS10M，H6-3AEF151，H6-MS10M，H7-3AEF151，H7-MS10M。在添加子設備的時候定義每個設備的設備地址及內部屬性，設備地址為事先設定好的綜保和測量儀表的地址，內部屬性是每塊綜保或測量儀表的寄存器地址。其中可設定的寄存器類型有[1區]輸入繼電器，[0區]輸出繼電器，[3區]輸入寄存器及[4區]輸出寄存器，分別對應MODBUS標準協議的02功能碼，01功能碼，04功能碼及03功能碼[1]。該項目所使用的綜合保護裝置及測量儀表均采用[4區]輸出寄存器類型。

圖2 通訊串口屬性編輯

2.3 觸摸屏數據配置與處理

通訊設備寄存器添加完畢后，在對應的通道名稱(也即寄存器地址)前面的連接變量內輸入相應的變量名稱。這些變量將會出現在實時數據庫中，如圖3所示，一個實際的電壓UA需要兩個寄存器表示，綜合保護裝置的開關狀態也是用一個16位的無符號整型表示的，因此這些變量需要處理后才能供畫面使用。

圖3 寄存器配置

在該項目中，數據的處理是通過建立一個定時3s循環的腳本程序來實現的。例如電壓的處理方式為：

H3MPM_UA=H3MPM_UAH*65536+H3MPM_UAL

即高位寄存器左移16位加上低位寄存器。

開關量的處理方式為

H3MPM_DI1=!BitAnd(H3MPM_DI/ 512,1)

即DI寄存器的第9位表示第一個開關量DI1。

3 觸摸屏畫面設計

所有綜合保護裝置及測量儀表的數據通過腳本程序重新組合拆分處理好以后就可以供顯示的畫面使用了。該項目設計的畫面有一次系統圖，測量數據總覽，DI及保護狀態，設備通訊狀態及單回路實時趨勢圖。以一次系統圖為例說明一下畫面的設計方法。

運行后的一次系統圖如圖4所示。

圖4 一次系統圖

以H3電源進線回路的斷路器及手車位置狀態為例說明畫面顯示邏輯。如圖5所示，H3_QFA=1表示斷路器合位，H3_QFB=1表示斷路器分位，H3_SS=1表示手車工作位，H3_TS=1表示手車試驗位。

一個回路的斷路器及手車位置共有4個組合狀態：

(1)手車工作位置下斷路器合閘；

(2)手車工作位置下斷路器分閘；

(3)手車試驗位置下斷路器合閘；

(4)手車試驗位置下斷路器分閘。

把這四種狀態分別組成圖符，利用圖符的“可見性”屬性來顯示斷路器及手車的位置。例當H3_QFA*H3_SS=1時代表斷路器合閘手車處于工作位，當H3_QFA*H3_TS=1時代表斷路器合閘手車處于試驗位，當H3_QFB*H3_SS=1時代表斷路器分閘手車處于工作位，當H3_QFB*H3_TS=1時代表斷路器分閘手車處于試驗位。圖中其他線條的狀態以此為例利用圖符的“可見性”等屬性來顯示。

圖4一次系統圖下方顯示的是實時測量數據表格，只要在相應單元格中連接所要顯示的實時數據庫中的變量即可在運行后顯示該變量的值。

4 觸摸屏數據上傳

10kV配電室中壓柜上的觸摸屏采集到的綜合保護裝置及測量儀表的數據在就地顯示的同時需要上傳給控制室的后臺監控計算機及實驗室的另外一臺觸摸屏。傳輸接口為RJ45，介質是以太網網絡，傳輸協議是Modbus-TCP/IP。

圖5 一次系統圖

4.1 設備組態

首先建立一個通用TCP/IP父設備1，該父設備的屬性配置如圖6所示，網絡類型選擇“1-TCP”，服務器/客戶設置選擇“1-服務器”，本地IP地址填寫本機觸摸屏IP地址，本地端口號填寫502，遠程IP地址可不填。這個上傳父設備用于后臺監控計算機軟件使用，因為后臺機軟件作為客戶端來讀取觸摸屏上傳的數據時默認的端口號只能是502且不能修改。

圖6 TCP/IP設備屬性編輯

在TCP/IP父設備1下建立一個Modbus-TCP/IP數據轉發設備1，該數據轉發設備用來對需要上傳的數據進行匯總上傳。如圖7所示，轉發設備的地址可以填寫0～255之間的任意數字，本項目定為1。在轉發設備的內部屬性中添加需要上傳數據的寄存器地址，根據實際需要上傳的數據類型及數量來增加通道。在對應的通道里選擇需要上傳的變量，這些變量是已經在實時數據庫中存在的。

圖7 Modbus TCP/IP數據轉發設備設備屬性編輯

由于觸摸屏的一個通用轉發設備端口只支持一個客戶端連接，因此需要再創建一個通用TCP/IP父設備2及Modbus-TCP/IP數據轉發設備2用于實驗室的另一臺觸摸屏客戶端來連接。通用TCP/IP父設備2的本地端口號需要設置為除502之外的端口，本項目設置為503。其他設置與第一組設備設置相同。

3.2 客戶端建立

本項目有兩個客戶端，一個是控制室的后臺監控計算機，另一個是實驗室的觸摸屏。后臺監控計算機組態軟件通過502端口來連接10kV配電室觸摸屏上傳來的數據，實驗室的觸摸屏通過503端口來連接。實驗室觸摸屏的設備組態如圖8所示，需要建立一個通用TCP/IP父設備及一個標準Modbus-TCP子設備。通用TCP/IP父設備的屬性設置中的遠程IP地址填寫10kV配電室觸摸屏的IP地址，遠程端口號填寫503。標準Modbus-TCP子設備用來填寫上傳來的數據。

5 結論

本文主要介紹了觸摸屏作為通訊管理機在一個電力監控系統中的應用，從觸摸屏軟件的配置入手，說明了觸摸屏對下通訊設備綜合保護裝置及測量儀表的數據采集設備組態，對讀取上來的原始數據用腳本程序進行組合拆分處理，最后呈現在觸摸屏畫面上。由于觸摸屏自身存在的不能支持兩個客戶端同時連接一個端口的問題，通過添加兩個轉發父設備的方法來解決控制室后臺監控計算機及實驗室觸摸屏同時連接的問題。根據項目實際運行一年來的情況看，系統運行非常穩定沒有出現任何異常狀況。

圖8 客戶端觸摸屏設備組態配置

[1]表1Modbus功能碼[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/1861869.htm

Application of Embedded Touch Screen in Power Monitoring and Control System of Eistribution Station

ZHANGLi-juan,LUODan-yu,CUIJun-liang

(Zhengzhou Electric Power College,Zhengzhou 450000，China)

It presents the technical grade embedded touch screen as the communication management computer on the application of power management control system in 10kV power distribution station,touch screen collects data from micro-computer protection equipment and metering equipment of 10kV switchgear panel via to RS-485 serial port,the processed data are displayed on the touch screen and uploaded to the monitor and control computer in the control room and another touch screen in the lab via to RJ45 and Modbus-TCP/IP communication protocol.

data acquisition;screen design;client creating;data upload

1004-289X(2015)03-0083-04

TM71

B

2014-04-23

張麗娟(1982-)，女，漢，碩士研究生，講師，主要研究方向為電力電子及電氣控制方向； 羅丹羽(1981-)，女，漢，碩士研究生，講師，主要研究方向為電工技術及電機控制； 崔均亮(1974-)，男，漢，碩士研究生，講師，主要研究方向為智能儀器。