RMP 電源監控系統的設計

李培培，李宏

（西安石油大學電子工程學院，西安 710065）

0 引言

電源監控系統近幾年高速發展，從我們所熟知的三遙（遙測、遙信、遙控）功能和報警功能，發展到現在比較完善的管理功能系統[1]。在電源不斷的發展過程中，人們對電源監控系統也有了更加深入的了解，并且在電源監控方面加大了資金投入和研發力度?，F在的監控系統實現了無人值守與電源設備集中管理模式，從而提高了管理效率、降低了管理成本并延長了工作時間。RMP 電源監控系統采用PLC 和上位機相結合的控制方式，提高了系統的抗干擾能力和可靠性[2]。

RMP 電源是給真空室內布置的共振磁擾動（Resonant Magnetic Perturbation，RMP）線圈供電的。一套（2組：L 組和 U 組）RMP 電源系統由 8 個 6 脈波三相全控橋、2 個平衡電抗器、3 個直流刀開關及其相應的附屬設備組成，單個整流柜輸出8kA/650V。由于單個晶閘管容量的限制，每個三相整流橋橋臂并聯兩個晶閘管，每個晶閘管串聯一個快速熔斷器。每個整流柜由兩個三相橋并聯使用24 個晶閘管構成，L 組由兩個整流柜并聯構成，U 組同L 組相同。因此，一套RMP 電源模塊共使用96 個快速熔斷器，加上元件排與快熔排過熱檢測溫度信號，每套RMP 電源模塊共有母排溫度檢測信號近40 個，另外每個整流柜的其他控制量和報警開關量數量繁多，構造復雜、體積大，維修和維護十分不便，所以對RMP 電源系統設計實時監控系統進行監控保護就顯得非常必要。

1 RMP電源的監控信號

為保障RMP 電源能夠安全、正常的運行，開發的RMP 電源監控系統應該滿足以下3 個要求：可靠性、快速性和靈活性[3]。RMP 測量與保護系統要接受監控室指令，根據控制連鎖邏輯對電源進行相應的聯鎖保護?？刂票Ｗo柜采集同一套（2 組）RMP 電源電氣柜內的熔斷器、溫度等信號，并對相應信號進行存儲和顯示。一套（2 組）電源的信號列表如表1 所示。

表1 一套（2 組）電源信號列表

2 監控系統總體設計

RMP 電源監控總體原理框圖如圖1 所示。RMP電源實時監控系統能夠完成數據的采集與顯示、計算機遠程控制以及對運行的狀態進行分析。以PLC S7-200 SMART CPU SR60 作為主要控制單元，WinCC 7.3作為上位機組態軟件，完成系統程序的編寫。實現系統的故障檢測、故障判斷和報警等功能。監控系統通過巧妙的程序設計和合理的外圍硬件電路設計，完成對整個RMP 電源的實時監控。RMP 電源監控系統實時監控整個系統的運行狀態，包含熔斷器故障、電源輸出過電壓、整流橋交流過電流、高壓合/分閘、橋臂溫度過熱、晶閘管失效等故障時的保護、報警以及停機/啟動等。

圖1 RMP電源監控系統總體原理框圖

3 監控系統軟件設計

3.1 通信設計

S7-200 SMART 型號的 PLC 自帶一個 SB CM01 信號板，可以組態為RS-485/RS-232 通信端口，還集成一個以太網端口。WinCC 與PLC 通信采用以太網通信，但由于上位機WinCC 軟件自身沒有集成的PPI 協議，上位機組態軟件WinCC 需通過OPC 服務軟件PC Access 來訪問 S7-200 SMART 數據[4]，實現 WinCC 與 S7-200 SMART 的連接。因PPI 協議是專門為S7-200 系列的PLC 而開發的一個專用協議，故與PLC 通信的其他設備選用PPI 協議。PLC 與各個相連接設備間服從的通信協議如表2 所示。

表2 通信協議表

3.2 程序流程設計

PLC 編程軟件選用STEP 7-Micro/WIN SMART，通過簡明的程序設計，完成對系統的實時監控。RMP 電源監控系統設計了主程序和相應的子程序，在進行控制時可以調用所需要的子程序，RMP 電源的PLC 主程序流程如圖2（a）所示。程序的運行邏輯如下：先初始化封鎖脈沖，判斷電源是否有缺相故障，判斷設定值是否為零，然后進行高壓合閘判斷，檢測到高壓合閘后就解封鎖脈沖，按給定輸入調節電流的大小，并檢測實際電流電壓，判斷是否有故障信號，若存在故障信號則調用故障檢測子程序，檢測相應的故障，故障子程序流程如圖2（b），進行故障報警并封鎖脈沖；若不存在故障信號，則檢測后再判斷有無停機信息，若有停機信息，則進行封鎖脈沖。

圖2 系統主程序和故障子程序流程圖

RMP 電源系統快速熔斷器使用數量繁多，在判斷快熔報警時采用矩陣方式，能夠很大程度上節省對PLC 輸入輸出口的占用量，使PLC 以較高的速度運行。矩陣的具體實現方式為：先定義列報警和行報警，列報警是同一個母排的快速熔斷器常閉點串聯起來，行報警是三相橋橋臂相同序號的快速熔斷器常開點串聯起來，這樣就組成了一個有行有列的矩陣，當有故障發生時，只需同矩陣一般確定是哪行哪列就可以唯一確定快速熔斷器故障的位置。

3.3 RRMMPP監控畫面的設計

監控系統的畫面設計是組態設計的關鍵，簡潔明了的監控畫面能夠方便快捷的發現故障，而且工作人員還可以通過上位機實時監控運行狀況。RMP 線圈電源的監控系統主畫面如下圖3 所示[5]，主畫面有各個畫面的鏈接，包括控制畫面、曲線畫面等。整流柜由L 柜和U 柜組成，控制畫面實時顯示L 柜和U 柜的直流電壓、直流電流、變壓器溫度和母排溫度，能夠實時顯示各種故障信息。當RMP 電源出現故障，如橋臂過熱、母排溫度過高、過壓和欠壓等，監控畫面進行報警顯示，相應的圖標變紅且蜂鳴器發出悅耳的聲音進行報警，使工作人員盡快發現故障點并處理相應故障。

圖3 RMP電源監控系統主畫面圖

4 調試效果

上位機監控界面包括曲線界面、報警界面、控制界面和報表界面。對該系統進行試驗時，控制界面可以設定系統的過壓、過流和溫度過高等的門檻值[5]。首先人為地使系統出現溫度過高的情況，系統發生故障，蜂鳴器發出悅耳的聲音進行報警，上位機同時進行報警記錄顯示，上位機顯示報警記錄如圖4 所示。然后等工作人員排除故障，最后按下復位鍵，蜂鳴器報警停止，監控界面恢復正常。其他欠流、溫度過低、過流、正負橋環流和變壓器重瓦斯等故障點的試驗與此類似。從現場的試驗效果看，該監控系統通信效果良好，能很好地對RMP 電源系統進行實時監控。實時電流監控曲線如圖5 所示。

圖4 報警記錄

圖5 電流監控曲線圖

5 結語

通過對RMP 電源系統的分析和調試應用效果的介紹，我們可以得到以下結論：RMP 電源實時智能監控系統達到了良好的監控效果，監控界面簡潔明了，實現了高度自動化，極大減少了工作人員的工作量，明顯提高了工作效率。應用效果證明：達到了很好的監控效果，可以回放故障信息，能夠實時、高效、直觀地對RMP電源系統進行監控。