煙廠供配電自動化系統與智能設備接口解決方案

紅云紅河煙草（集團）昆明卷煙廠 唐 鑫 周 艷 陸奕帆

由于煙廠用電設備種類繁多，在用電系統中擾動性負荷所占比例較高，如不對稱負載、沖擊性負載及非線性負載等擾動源，再加上系統中存在各種故障，均會降低電能質量。研究發現，閃絡、三相不平衡及諧波等不正常現象均會對電網正常運行產生直接影響，尤其是一些高精密行業，其對電能質量有著較高的要求，還會導致嚴重經濟損失。而煙廠供配電自動化系統可利用數據通訊管理控制器裝置，對各類智能設備（如GPS系統、有源濾波柜、五防系統、UPS裝置、PLC控制器）、多功能側控儀及微機數字保護裝置的運行狀態進行監控，并收集報警信息和保護事件。同時系統內所有設備均能連通監控系統，可促進信息交換的實現，并對全廠電網進行信息化、智能化管理，為廠區提供高效、安全、穩定的能源供應[1-3]。

1 煙廠供配電自動化系統軟硬件結構方案

1.1 系統硬件結構方案

煙廠供配電自動化系統硬件結構通過充分利用圖形顯示技術、通訊技術、網絡技術、計算機技術及現代控制技術，可促進全面數據監控的實現，并將用戶要求作為基本依據，監控平臺能實現多種功能如曲線顯示、報表功能、實時監測等，尤其是遠程監測設備的有效實時值有助于能管和測控一體化的實現，從而使傳統工業控制、管理及生產的信息孤島消除。在本次研究中選擇的網絡結構具有分層分布式、開放性的特點，其中網絡類型為以太網通訊網絡，可劃分整個系統為三部分，分別是設備間隔層、通訊控制層及站控層，且系統可維修性和可擴性較好。

在供配電自動化系統中各個間隔單元互相獨立，運用以太網配置站控層網絡，其中網絡傳輸協議為TCP/IP或IEEE802.3網絡通訊協議，且網絡傳輸速率一般＞100mb/s。網絡運用鎧裝光纜連接，具有較強的抗干擾能力，可靠、安全且每個子系統配置相應的工業網絡交換機，結合配電室核心交換機，從而形成光纖以太環網。通過對結構進行拓展能使自動化系統的操作員站、工程師站、Web服務器及數據服務器一方面可與子系統分控制通訊，另一方面還能直接對子系統控制器進行訪問，從而體現了子系統控制的及時性、主導性特點。

1.2 系統軟件方案

1.2.1 總體架構

按照煙廠的建設特點和用電需求，典型的供配電自動化系統軟件包括：客戶端連接器軟件；數據庫管理軟件；SCADA客戶端操作員站軟件；SCADA客戶端工程師站軟件。同時還包括其他第三方軟件，如多功能測控儀表專用調式軟件、微機數字保護監控裝置專用調式軟件、數據庫支撐軟件、工作站操作系統及服務器操作系統等[4]。

1.2.2 SCADA軟件

SCADA軟件作為各級數據分析和實時監控的一個供應者，主要負責實時采集和存儲各類計量數據與實時數據。為對數據傳輸進行合理分配，每套SCADA監控站的操作系統為MicroSoft Windows XP，然后將SIEMENS的SCADA運行軟件安裝在操作員工作站，其中數據庫管理軟件安裝在服務器上，并將維護和開發配置軟件安裝在工程師工作站。同時SCADA作為通用的一個工業軟件，其數據通信方式有兩種：與控制系統設備直接通訊，如PLC設備；利用OPC方式與第三方設備通訊，因為OPC通訊具有相對成熟的技術，不僅能為OPC Server與設備直接通信提供支持，還能作為OPC Client的一個驅動程序對數據進行獲取并構建SCADA數據庫[5]。

1.2.3 實時/歷史數據庫

在數據挖掘中，實時/歷史數據庫作為較核心的一個數據服務器。本次方案研究采用GE的Proficy Historian standard Server5000 Pta v3.5，而MicroSoft Windows 2003 Server則作為操作系統。在系統運行期間，運用客戶端連接器Historian Client Connection Pack v3.5采集數據，建立好配置并且對參數進行儲存后向Proficy Historian數據庫中傳輸實時數據。由于Proficy Historian能將數據的變化規律作為基本依據選擇數據的處理方式，如事件方式、時間周期等，其中數據吞吐量為20000條/秒，掃描最小周期為1s，可滿足數據的響應要求。

系統在儲存數據時能進行斜率壓縮和死區壓縮，使數據占用量下降，從而為硬件的穩定運行和數據長期儲存提供有效保障。同時OLE/DB數據引擎存在于實時/歷史數據庫中，可將實時/歷史數據自動轉換為OLE/DB訪問格式，為連接系統中的Windows SQL數據庫提供方便。此外數據庫還具備開放API的一套接口，有助于通用腳本（VB/VC）挖掘、引用及儲存數據。

2 煙廠供配電自動化系統與智能設備接口解決方案

2.1 數據采集管理方式

數據采集中兩種方法較常見：SCADA直接讀取。即SCADA服務器和工作站運用OPC和IEC61859的通訊方法，可對數據通訊管理控制器的數據進行直接采集；數據采集網關。即運用數據通訊管理控制器對數據進行采集，其中前者的通訊規約包括OPC、Modbus/TCP及IEC661850標準等，而平臺的基礎則為開放式的模塊化結構，且具備通訊管理、數據存儲、通訊互聯及數據處理等多個方面功能[6]。

2.2 數據通訊管理控制器的技術特性

一般數據通訊管理控制器需要具備的技術特性有：提供現場總線接口選項且具備主流現場總線通訊的兼容功能；為下列通訊協議提供支持，包括IEC60870-5-104、OPC Server、MODBUSRTU、MODBUS/TCP及IEC61850等；擁有帶隔離的RS-232/485串口12個和以太網口4個；對應用在工業領域的供配電自動化系統和全密封、無風扇、超緊湊的堅固型嵌入式設備，可運用通訊方法對微機數字保護監控裝置的電力信息進行采集，并促進遠程控制的實現。同時運用多功能測控儀表可對電能計量信息進行采集，再加上通用采集設備如RTU、串口等，能監控廠區各個配電房所有配電設備如五防系統、小電流接地系統、變壓器、有源濾波柜、直流屏及無功功率補償器等，從而對以以太網為基本前提的分布式采集方案進行構建。

2.3 數據采集接口解決方案

與UPS裝置接口。監控系統利用數據通訊管理控制器可連接UPS裝置，然后根據MODBUS通訊規約和RS-485串行通信接口上傳運行參數和運行狀態至后臺系統，從而促進監視功能的實現。

與直流屏系統接口。在監控系統中，利用變電所直流裝置接口和數據通訊管理控制器，再與MODBUS通信規約和RS-485串行通信接口相結合，可將直流母線電壓、充電器進線電壓和電流、蓄電池電壓及直流裝置的蓄電池正反向電流等信息向后臺系統傳送，從而實現監視功能。

與多功能側控儀表和PLC控制器的接口。通過分散安裝在各個車間配電室的PLC控制器可完成0.4kV低壓開關柜的所有開關量狀況控制和采集，而其他模擬量如相關溫度等則利用PLC的AI模塊完成，并運用ProfiBus協議。在智能測控儀表中選擇MODBUS總線通訊接口，可順利完成各部分模擬量采集計算、諧波計算及電度計算等功能，其中數據通訊匯總由PLC控制器完成，然后利用ProfiNet向數據通訊控制器傳送，經集中處理后向IEC61850通訊標準轉換，最后向變電所站控層監控后臺系統上傳[7]。

與微機數字保護監控裝置的接口。通過微機數字保護監控裝置完成10kV高壓開關柜的保護信號、斷路器控制及狀態監視，其中微機數字保護監控裝置擁有雙光纖接口，根據IEC61850通訊標準向數據通訊管理控制器上傳，且數據集中傳送至變電所站控層監控后臺系統。

與有載調壓裝置和變壓器的接口。在監控系統中，利用有載調壓裝置及變壓器接口和數據通訊管理控制器，再與MODBUS通訊規約和RS-485串行通信接口相結合，可向后臺系統傳送運行參數和狀態，從而達到監視目的。

與有源濾波柜設備、無功功率補償器的接口。監控系統利用數據通訊管理控制器與有源濾波柜、無功功率補償器的接口，再結合MODBUS通訊規約和RS-485串行通信接口可向后臺系統傳輸運行參數和運行狀態，從而實現監視功能。

3 結語

通過構建煙廠供配電自動化系統方案，提供供配電系統自動化系統與弱電集成系統和能管系統的接口，為OPC接口通訊提供了支持，可促進以管、控、測、計量為一體自動化控制系統的實現，不僅能夠減少人力資源還能確保系統運行的可靠性。