無線局域網技術在配電網自動監測系統中的應用

陳文科

（長沙民政職業技術學院電子信息工程學院，湖南長沙，410004）

高職院校的實訓教學是學生技能提升的重要手段，而實訓大樓是實訓教學開展的重要場所，保障實訓大樓的電力系統正常運行顯得尤為作用。一般而言，每棟實訓大樓都配備了獨立的配電間，每個配電間中有多個配電柜，對各實訓室進行電力分配及控制。因而，建立對對各配電柜的電壓、電流等參數的自動檢測具有重要意義[1]。傳統的檢測方式采用單一控制器對多配電柜進行檢測，存在檢測線路復雜且數據只能通過有線形式接入外網等不足[2]。

本文基于無線局域網技術，設計了一種新型配電網自動監測系統。該系統以西門子S7-1200 PLC為控制及數據處理中心；以電流互感器、電壓互感器及S7-1200 PLC構建傳感節點采集采集電流、電壓信號；以SCALANCE W774、SCALANCE W734構建無線傳輸網絡進行短距離數據傳輸[3-4]。

1 系統整體設計

以長沙民政職業技術學院智能制造實訓大樓配電間為監測對象，總計包括四個配電柜，設計了四個無線監測單元以及一個主控單元，具體結構如圖1所示。

圖1 無線監測系統

主控單元由無線接入節點SCALANCE W774、主控PLC S7-1200以及西門子觸摸屏KTP700 Basic組成。無線接入節點SCALANCE W774是組成無線局域網絡的重要設備，負責向外輻射無線信號，供無線客戶端接入。通過冗余機制和分組重發技術，確保了無線客戶端的可靠連接，保障了配電網信息無線傳輸的確定性和實時性。主控PLC S7-1200通過PROFINET與無線接入節點SCALANCE W774相連，處理通過無線局域網接收的各配電柜電壓、電流信息并交由觸摸屏顯示。各配電柜的無線監測單元由無線客戶端SCALANCE W734和下位PLC S7-1200組成。無線客戶端SCALANCE W734負責將下位PLC S7-1200接入到無線接入點覆蓋的網絡中，將下位PLC S7-1200所檢測到的電壓、電流信息通過無線局域網絡發送至主控單元。

2 系統實現

■2.1 硬件安裝

根據系統整體設計方案，硬件主要分為主控單元和無線監測單元。按照模塊化設計思路，確定了1塊主控單元電路板和4塊無線監測單元電路板。主控單元電氣原理圖如圖2所示，主要包括空氣開關、S7-1200 PLC、交換機XB208、SCALANCE W774、開關電源以及西門子觸摸屏等器件。

圖2 主控單元電氣原理圖

按照圖2準備網孔板、導線、網線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實物如圖3所示。

圖3 主控單元電路板實物

無線監測單元電氣原理圖如圖4所示，主要包括空氣開關、S7-1200 PLC、交換機XB208、開關電源及SCALANCE W734等器件。

圖4 監測單元電氣原理圖

按照圖4準備網孔板、電氣元件、導線、網線及電工工具，并完成電氣安裝，電路板實物如圖5所示。

圖5 監測單元電路板實物

■2.2 系統IP地址規劃

完成系統硬件安裝后，需要對各部分進行IP地址規劃。主控單元IP地址規劃如表1所示。

表1 主控單元IP地址表

無線監測單元IP地址規劃如下表2所示。

表2 監測單元IP地址表

■2.3 無線網絡參數配置

配置無線網絡是完成無線接入點和無線客戶端的配置，兩者配置的工作流程相同，均按照圖6所示流程進行配置。

圖6 無線網絡配置流程圖

3 系統測試

為驗證系統的監測效果，在長沙民政職業技術學院智能制造實訓大樓配電室搭建了配電自動監測系統實驗平臺，并展開了實驗研究。通過瀏覽器進入無線客戶端W734Web的“Interface”下 的“WLAN”頁 面，選 擇“Signal Record er”頁簽，并啟動該頁簽，可查看如圖7所示信號記錄圖。由圖7可知，信號分布為綠色，表示無線通訊質量為“GOOD”狀態，無線通信質量較好。

圖7 無線通訊信號記錄圖

將圖8中的PLC變量與人機界面中的控件關聯，并完成人機界面程序設計及下載。

圖8 PLC變量表

通過人機交互界面，可以實時查看各配電柜運行狀態及電壓、電流等參數，具體如圖9所示。由圖可知，四個配電柜均處于正常運行狀態，電壓及電流為正常值。

圖9 人機界面監控圖

4 結語

針對傳統配電網自動監測系統線路復雜且只能通過有線形式傳輸等不足，設計了基于無線局域網技術的采集系統。該系統通過西門子SCALANCE工業無線設備構建無線傳輸網絡，以S7-1200 PLC為控制及采集核心，實現了實訓大樓配電間配電柜運行狀態、電壓、電流等信息的無線采集。通過查看遠程人機交互界面，顯示本系統能正常監測配電柜運行狀態及其他信息，具有一定的實踐應用價值。