嵌入式触摸屏在变配电站电力监控系统中的应用

张丽娟，罗丹羽，崔均亮

(郑州电力高等专科学校，河南 郑州 450000)

嵌入式触摸屏在变配电站电力监控系统中的应用

张丽娟，罗丹羽，崔均亮

(郑州电力高等专科学校，河南 郑州 450000)

介绍了工业级嵌入式触摸屏作为通讯管理机在10kV配电站电力监控系统中的应用，触摸屏具有的RS-485串口对下连接10kV开关柜上的综合保护装置及测量仪表进行数据采集，把采集到的数据经过处理呈现在触摸屏画面上，并且通过RJ45网口及Modbus-TCP/IP通讯协议把数据上传给控制室内的后台监控计算机及实验室内的另一台触摸屏。

数据采集；画面设计；客户端建立；数据上传

1 引言

嵌入式触摸屏是集显示器(触摸式)与主机为一体的工业级小型计算机，一般采用Windows CE或Linux操作系统。具有的对外接口有RS232，RS485，RJ45网络接口及USB等接口。RS232及RS485串口一般用来连接变配电站内的各种通讯设备，例如综合保护装置、测控装置、多功能仪表、PLC、变频器及各种模块等，网络接口一般用来连接具有网口的通讯设备或者用于上传数据。支持多种通讯协议，例如标准MODBUS-RTU，MODBUS-TCP/IP，T645等等。非常适合作为通讯管理机用在距离控制室较远的配电子站，采集子站通讯数据在触摸屏上就地显示并且可以把数据通过通讯网络传到控制室后台机。

本文所介绍10kV配电站电力监控系统，监控的范围包括10kV配电室内的7台中压柜，5台低压柜。中压柜排列及低压柜排列分别配置一台触摸屏，本文将详细介绍10kV配电室的7台中压柜的监控情况。利用安装在10kV开关柜面板上的触摸屏作为通讯管理机来监视配电室内的开关回路的运行情况，并将所有采集到的数据上传到距离配电室较远的控制室内的监控后台机及实验室中的另外一台触摸屏中。本文会介绍数据的采集，触摸屏显示画面的设计，数据的上传等软件配置的关键问题，并重点介绍数据上传时触摸屏支持两个客户端连接的配置问题。

2 数据采集

10kV中压柜包括1台进线隔离柜，一台计量柜，一台电源进线柜，一台压变柜及三台馈电柜。需要通讯的综合保护装置及测量仪表见表1通讯设备表。

2.1 通讯组网

表1中所述的通讯设备2AEF151，3AEF151及MS10M的通讯接口为RS485，通讯协议为标准的MODBUS-RTU。

表1 通讯设备表

通过MODBUS现场总线菊花链的方式连起来接到触摸屏的RS-485串口上，通讯组网图如图1所示。

图1 通讯组网图

2.2 触摸屏设备组态

触摸屏配备有专门的嵌入版组态软件，在电脑上安装后即可使用。项目用到一条总线一个串口，因此需要建立一个通用串口父设备，在该父设备的属性编辑里定义串口的属性，例如本项目用到串口COM2，通讯波特率9600，数据位8位，停止位1位，校验方式无校验，如图2所示。

在通用串口父设备下添加需要通讯的8台标准ModbusRTU子设备，分别对应H3-2AEF151，H3-MS10M，H5-3AEF151，H5-MS10M，H6-3AEF151，H6-MS10M，H7-3AEF151，H7-MS10M。在添加子设备的时候定义每个设备的设备地址及内部属性，设备地址为事先设定好的综保和测量仪表的地址，内部属性是每块综保或测量仪表的寄存器地址。其中可设定的寄存器类型有[1区]输入继电器，[0区]输出继电器，[3区]输入寄存器及[4区]输出寄存器，分别对应MODBUS标准协议的02功能码，01功能码，04功能码及03功能码[1]。该项目所使用的综合保护装置及测量仪表均采用[4区]输出寄存器类型。

图2 通讯串口属性编辑

2.3 触摸屏数据配置与处理

通讯设备寄存器添加完毕后，在对应的通道名称(也即寄存器地址)前面的连接变量内输入相应的变量名称。这些变量将会出现在实时数据库中，如图3所示，一个实际的电压UA需要两个寄存器表示，综合保护装置的开关状态也是用一个16位的无符号整型表示的，因此这些变量需要处理后才能供画面使用。

图3 寄存器配置

在该项目中，数据的处理是通过建立一个定时3s循环的脚本程序来实现的。例如电压的处理方式为：

H3MPM_UA=H3MPM_UAH*65536+H3MPM_UAL

即高位寄存器左移16位加上低位寄存器。

开关量的处理方式为

H3MPM_DI1=!BitAnd(H3MPM_DI/ 512,1)

即DI寄存器的第9位表示第一个开关量DI1。

3 触摸屏画面设计

所有综合保护装置及测量仪表的数据通过脚本程序重新组合拆分处理好以后就可以供显示的画面使用了。该项目设计的画面有一次系统图，测量数据总览，DI及保护状态，设备通讯状态及单回路实时趋势图。以一次系统图为例说明一下画面的设计方法。

运行后的一次系统图如图4所示。

图4 一次系统图

以H3电源进线回路的断路器及手车位置状态为例说明画面显示逻辑。如图5所示，H3_QFA=1表示断路器合位，H3_QFB=1表示断路器分位，H3_SS=1表示手车工作位，H3_TS=1表示手车试验位。

一个回路的断路器及手车位置共有4个组合状态：

(1)手车工作位置下断路器合闸；

(2)手车工作位置下断路器分闸；

(3)手车试验位置下断路器合闸；

(4)手车试验位置下断路器分闸。

把这四种状态分别组成图符，利用图符的“可见性”属性来显示断路器及手车的位置。例当H3_QFA*H3_SS=1时代表断路器合闸手车处于工作位，当H3_QFA*H3_TS=1时代表断路器合闸手车处于试验位，当H3_QFB*H3_SS=1时代表断路器分闸手车处于工作位，当H3_QFB*H3_TS=1时代表断路器分闸手车处于试验位。图中其他线条的状态以此为例利用图符的“可见性”等属性来显示。

图4一次系统图下方显示的是实时测量数据表格，只要在相应单元格中连接所要显示的实时数据库中的变量即可在运行后显示该变量的值。

4 触摸屏数据上传

10kV配电室中压柜上的触摸屏采集到的综合保护装置及测量仪表的数据在就地显示的同时需要上传给控制室的后台监控计算机及实验室的另外一台触摸屏。传输接口为RJ45，介质是以太网网络，传输协议是Modbus-TCP/IP。

图5 一次系统图

4.1 设备组态

首先建立一个通用TCP/IP父设备1，该父设备的属性配置如图6所示，网络类型选择“1-TCP”，服务器/客户设置选择“1-服务器”，本地IP地址填写本机触摸屏IP地址，本地端口号填写502，远程IP地址可不填。这个上传父设备用于后台监控计算机软件使用，因为后台机软件作为客户端来读取触摸屏上传的数据时默认的端口号只能是502且不能修改。

图6 TCP/IP设备属性编辑

在TCP/IP父设备1下建立一个Modbus-TCP/IP数据转发设备1，该数据转发设备用来对需要上传的数据进行汇总上传。如图7所示，转发设备的地址可以填写0～255之间的任意数字，本项目定为1。在转发设备的内部属性中添加需要上传数据的寄存器地址，根据实际需要上传的数据类型及数量来增加通道。在对应的通道里选择需要上传的变量，这些变量是已经在实时数据库中存在的。

图7 Modbus TCP/IP数据转发设备设备属性编辑

由于触摸屏的一个通用转发设备端口只支持一个客户端连接，因此需要再创建一个通用TCP/IP父设备2及Modbus-TCP/IP数据转发设备2用于实验室的另一台触摸屏客户端来连接。通用TCP/IP父设备2的本地端口号需要设置为除502之外的端口，本项目设置为503。其他设置与第一组设备设置相同。

3.2 客户端建立

本项目有两个客户端，一个是控制室的后台监控计算机，另一个是实验室的触摸屏。后台监控计算机组态软件通过502端口来连接10kV配电室触摸屏上传来的数据，实验室的触摸屏通过503端口来连接。实验室触摸屏的设备组态如图8所示，需要建立一个通用TCP/IP父设备及一个标准Modbus-TCP子设备。通用TCP/IP父设备的属性设置中的远程IP地址填写10kV配电室触摸屏的IP地址，远程端口号填写503。标准Modbus-TCP子设备用来填写上传来的数据。

5 结论

本文主要介绍了触摸屏作为通讯管理机在一个电力监控系统中的应用，从触摸屏软件的配置入手，说明了触摸屏对下通讯设备综合保护装置及测量仪表的数据采集设备组态，对读取上来的原始数据用脚本程序进行组合拆分处理，最后呈现在触摸屏画面上。由于触摸屏自身存在的不能支持两个客户端同时连接一个端口的问题，通过添加两个转发父设备的方法来解决控制室后台监控计算机及实验室触摸屏同时连接的问题。根据项目实际运行一年来的情况看，系统运行非常稳定没有出现任何异常状况。

图8 客户端触摸屏设备组态配置

[1]表1Modbus功能码[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

张丽娟(1982-)，女，汉，硕士研究生，讲师，主要研究方向为电力电子及电气控制方向； 罗丹羽(1981-)，女，汉，硕士研究生，讲师，主要研究方向为电工技术及电机控制； 崔均亮(1974-)，男，汉，硕士研究生，讲师，主要研究方向为智能仪器。