智能楼宇变电所综合自动化系统设计

耿雅静

【摘要】智能楼宇变电所综合自动化是设备自动化系统的重要组成部分。利用网络技术，设计操作现场的总线方案，在数据通信的支持下构建楼宇自动化系统，主要包括设备监控、设备保护、设备通信等，最终实现同时段内的信息共享，推进智能楼宇的成体化，并加强数据通信的自动化。在此基础之上，本文从基础功能、结构设计、软件功能等多个角度对该课题进行了细致地分析，以期为建筑电气研究领域贡献微薄之力。

【关键词】智能楼宇；自动化；系统设计

引 言

我国建筑电气的发展势头日益迅猛，智能楼宇的杰出成果非变电所综合自动化莫属。建筑楼宇中的电气设备林林总总，且对电气设备的自动控制已是相当纯熟。现如今，如何构建自动控制系统，并实现系统规模的集成，进而降低研发投资成本，都已成为建筑电气专业的重要课题，也是社会各界关注的焦点问题。因此，必须利用网络技术，设计操作现场的总线方案，在数据通信的支持下构建楼宇自动化系统，与此同时，广泛传播总线设计方案的技术应用。

一、变电所综合自动化的基础功能

在现代信息技术的宏观统筹下，变电所综合自动化的基础功能大致上可以划分为以下五大类别[1]。

（1）变电所综合自动化的保护功能

变电所综合自动化的保护功能主要是为保障设备系统的安全而设计、开发的，变电所系统的内部组成部分主要包括各路元件、总线支线以及变压器等，是一个设备系统的核心部分。除此之外，变电所综合自动化的保护功能能够与整个智能楼宇相契合，进而使自动化系统完成数字通信任务。

（2）变电所综合自动化的计量、监测功能

采集线路电流、电压、功率，采集变压器电流、电压、功率，采集断路器状态值和开关状态值是变电所综合自动化计量和监测功能的主要内容[2]。除此之外，做好各部件数值采集工作，并计量各线路电能消耗量和系统电能消耗总量，这些都是变电所综合自动化计量、监测功能的重要部分。

（3）变电所综合自动化的遥控功能和控制功能

变电所综合自动化的遥控功能是实时的，变电所综合自动化的控制功能是实地的。将开关的闭合、断开，断路器的运行、中断，电容器组的自动化投入，以及备用电源的自动化投入作为主要操作内容，以此发挥变电所综合自动化的实时遥控功能和实地控制功能。

（4）变电所综合自动化的警报打印功能

变电所综合自动化的警报打印功能是针对系统参数而言的，系统参数的构成主要包括电流、电压、电阻功率以及器件温度等，将系统参数进行整合，能够完整地生成系统记录表，例如值班记录表、事故記录表以及实时信息参考表格等，将参数值录入声光报警系统，进而采取措施对相应程序进行处理操作，为变电所综合自动化警报打印功能的发挥做好基础准备。

（5）变电所综合自动化的通信一体化功能

在变电所综合自动化开放系统中，将互连规范作为通信一体化的功能准则，利用CAN现场总线技术，将保护、计量、监测、遥控及控制、警报参数一并传输给变电所系统后台，最终实现数字通信一体化[3]。在变电所综合自动化系统中，通信一体化功能的应用必须保证其传输速率大于或等于1兆/每秒。

二、变电所综合自动化的结构设计

变电所综合自动化的物理构成主要是开关、计量仪表以及总控设备，变电所综合自动化的物理构成又分为一次设备和二次设备，一次设备以开关柜为主；二次设备以网络化CAN现场总线为主，同时又包括CPU控制和通信集成电路。变电所综合自动化在逻辑结构上大体可以分为三个层次：一是过程层，二是空间层，三是站控层。一次设备和二次设备的结合构成了过程层的交集面，主要针对电力系统进行操作，采集实时电气值，掌握电力设备在运行状态中的参数数值，并进行驱动操控；将过程层的实时数据信息进行汇总，是间隔层的主要任务和基本功能，间隔层必须对一次设备进行全面的保护和有效的控制，同时承载了过程层与站控层进行数据通信的联接任务；整理并生成变电所的实时数据库是站控层的主要任务，站控层必须对实时数据库进行有规律性地刷新；按时登陆数据库，以便对历史信息数据进行核对和清查；并遵守上级规定，有序地将实时数据传输给电管所。反之，电管所可以将中心命令传达给过程层，对变电所内部的一次设备进行实时遥控。除此之外，可以将第三层站控层发展成为监控中心，即实现变电所的就地性。由此可见，工程师站和操作员站是站控层的必要配备内容，能够有效地实现人员同设备的联接。对数据显示、规范操作以及报警打印来说，站控层的完备性和实用性尤为重要，与此同时，站控层还能够对过程层和间隔层进行在线修改，在线修改的主要内容包括维护机制、运行状态和部件参数等。

三、变电所综合自动化的软件功能

在智能楼宇的构建中，变电所综合自动化软件主要有四组：一是图形界面，二是实时数据库，三是控制功能组件，四是第三方程序接口，以上四组软件可以充分发挥其组态功能：完成报警打印、生成系统CAN总线的动态界面、参数采集与处理、历史数据查询以及运作趋势的动态呈现。

软件设计之所以重要，是因为软件设计能够实现智能楼宇变电所综合自动化同楼宇其他设备自动化的集成优化，合二为一，相互兼容。软件功能的系统设计采用面向对象的组件结构，将数据表示和数据操控一同封装于组件结构的对象中，对象与对象之间的相互作用主要依靠接口调用来实现，变电所自动化系统能够利用对象与对象之间的相互作用完成软件功能。软件功能的具体操作流程如下：服务器利用I/O驱动程序进行数据获取，数据主要来源于变电所现场的I/O设备，操作员站在计算机内插入CAN控制卡，CAN控制卡与计算机之间生成了自动化DMA数据通信。在设备初始化时，必须优先完成CAN智能卡的驱动，进而，实时信息由驱动接口源源不断地向CAN总线流出，在必要的加工处理后，一方面生成了动态的图形界面，另一方面操作员站将控制数据传输给I/O设备，最终实现对现场开关等系统构成的实时监控、定值修改和安全保护。

结 语

总而言之，从根本上发展设备控制的自动化和通信应用的一体化，早已是社会各界关注的焦点问题，同时也是构建智能楼宇变电所综合自动化系统的重要结点。

参考文献

[1]刘艳华，李莹琨.浅析变电所综合自动化系统的应用与实践[J].黑龙江科技信息，2011，03：30.

[2]吴娜，郭银景.井下采区无人值守变电所综合自动化系统设计[J].山东科技大学学报（自然科学版），2011，05：90-95.

[3]张旭.智能楼宇电气自动化系统相关问题的探讨[J].中国新技术新产品，2014，21：111.