PowerMonitor 3000 在变电站控制系统中的应用

金广业

(北京金奥特曼科技有限责任公司，北京　100085)



PowerMonitor 3000 在变电站控制系统中的应用

金广业

(北京金奥特曼科技有限责任公司，北京100085)

针对工厂变电站控制系统存在的缺乏监控、安全连锁不佳等缺点，设计了先进的变电站监控连锁控制系统。系统采用先进的PowerMonitor3000电力监控模块和可编程序逻辑控制技术，并引入了满足信息化、数字化、网络化的可扩展性系统平台。系统投入实际运行后，实现了变电站的自动监控、安全连锁、数据采集等功能；运行稳定可靠，具有良好的应用前景。

变电站控制系统监控连锁DeviceNet网络PowerMonitor3000自动化

Automation

0　引言

随着信息化、数字化、网络化和现代化技术的发展，工厂对能源的需求也在不断调整，单纯供电的变电站已不能满足现代化工厂的需要。在现代工业控制中，可编程序控制器[1]已成为基本平台，并广泛应用于工业生产过程控制中。

以可编程序控制器为平台，建立了使用最新技术硬件、可采集大量数据、基于优化算法[2]和工业控制网络组成的变电站监控连锁控制系统，实现了分散控制和集中优化管理，并为整个工厂的信息化管理提供了有效能源数据。整个系统性能稳定、操作方便，降低了生产的能源成本，提高了生产效率，确保了工厂供电系统的安全稳定。

1　PowerMonitor 3000介绍

工厂变电站监控连锁控制系统以可编程序控制器为基本控制平台，采用了关键硬件PowerMonitor3000。PowerMonitor3000是由美国罗克韦尔自动化专门为满足电力生产商和用户的需求而设计、开发的，被称为电力监控模块。PowerMonitor3000包括1个提供计量功能和DF1通信功能的主模块、1个可选的显示模块和1个可选的通信端口，可适用于以下应用场合。

①负载分布分析。使用电力参数和可组态的趋势记录功能，进行负载分布分析。

②用电需求管理。了解用电需求量的变化，优化电量，节省能源。

③费用摊配。可对工厂各个部门进行用电计算，分析各部门的实际用电量，提高其生产效率，有利于各部门的成本考核。

④配电系统监控。使用电力参数显示电流方向、系统结构和设备状态。

⑤紧急负载切断。当突然发生故障断电时，调整电力参数并切断相关负载，可保证其余系统的稳定运行。

⑥电力系统控制。调整电力参数，调节系统电压和功率因数，可实现供电系统最佳运行。

PowerMonitor3000主模块内置有1个通信端口，同时还可添加1个可选的通信端口，以便与可编程序控制器及其他控制设备相连接；可测量多达30个电力参数，并具备数值存储和传输功能。PowerMonitor3000显示模块是可选的输入/输出设备，可对主模块进行组态，同时具有2行高清晰度LED显示器和4个操作按键，即可通过操作按键和显示器完成对主模块的组态和操作。在个人计算机上运行RSPower32软件，即可通过网络通信实现对主模块的组态和操作。

2　控制系统的构成

2.1控制系统结构

根据可编程序控制器组成系统的设计方法[3]，变电站监控连锁控制系统结构如图1所示。

图1　控制系统结构图Fig.1　The structure of control system

系统根据工厂供电分布，分为 110kV、35kV和10kV这3个控制区段，并根据每个区段供电设备的不同，分别使用了6个、11个和39个PowerMonitor3000，对每个供电区段进行数据采集和连锁保护。

PowerMonitor3000本身的输入/输出点可实现对每个对象的自身连锁控制；主模块都选用了显示模块，从而使每个模块本身都具有单独的分散监控功能，也可通过网络在操作站计算机上进行集中控制。

系统以ControlLogix可编程序控制器系统为平台，将PowerMonitor3000采集的数据信号传输到可编程序控制器，同时可编程序控制器本身也配置了输入/输出模板，实现了各个区段的电量数据采集、用电量监控、供电系统连锁保护、系统操作监控和供电优化处理。2台上位计算机作为操作员站和工程师站，通过网络连接到可编程序控制器，使用了RSPower32软件、RSview32软件编程软件和图像处理技术[4]进行系统的开发维护和操作监控，实现了工厂变电站监控连锁控制系统的安全运行。

2.2系统的网络结构

采用多种数据通信网络，可以大大提升系统的控制功能，对生产过程中的大量数据进行互相交换，并将工厂变电站监控连锁控制系统纳入整个工厂的过程控制系统中；同时，为上层的生产管理决策系统提供底层支持是整个变电站监控连锁控制系统设计的重要原则。

由图1可以看到，系统底层采用的是基于现场总线的DeviceNet[5]网络，通过DeviceNet网络将分布在3个不同供电区段的PowerMonitor3000电力监控模块连接到ControlLogix可编程序控制器中。ControlLogix可编程序控制器向上通过工业以太网EtherNet/IP[6]与操作员站、工程师站相连。变电站远离工厂中心控制室，在工业以太网EtherNet/IP中通过无线电台系统与中心控制室的全场生产过程控制系统相连，并向上连接到生产管理决策系统中，真正实现了信息一体化的工厂生产过程控制系统。

3　应用软件的组成

应用软件的设计需要考虑整个系统的功能和通信方式。应用软件主要包括3个部分：操作员站和工程师站的图形操作监控软件、可编程序控制器应用控制软件和网络通信软件。

3.1图形操作监控软件

在RSview32开发软件的基础上，图形操作监控软件实现了对整个系统操作的监控。该软件采用先进的数据压缩和图形处理技术[7-8]，监控画面有主画面和次级画面之分。每一种画面都会分成若干级的次级画面，便于操作、监控和系统分析。软件主要画面如下。

①系统操作画面。该画面为主画面，实现整个系统的正常启动/停车操作、紧急状态停车操作、工艺过程画面显示、各功能键的设置使用和用户权限设置。

②工作流程画面。根据设备的工作流程，该画面直观地显示各部分工作状态，并显示相应的运行和报警状态等。

③设备状态画面。在工作流程画面基础上，可进入各部分设备的状态画面，给出设备运行状态，以及运行参数的曲线图和柱状图。

④数据显示画面。该画面显示整个供电系统的参数数据，给出趋势曲线，并进行历史数据记录和分析、作出统计报表等。

⑤报警处理画面。该画面实现报警显示、报警分析，设定修改报警限值和报警延时时间；给出故障发生顺序、故障分类，指出主要故障和次要故障，并进行故障报警操作。

3.2可编程序控制器应用控制软件

在可编程序控制器编程软件基础上，可编程序控制器应用控制软件应用梯形图，编制出系统的顺序控制、连锁控制、逻辑控制和模拟量数字处理程序。由于可编程序控制器的应用软件[9]设计简单，并已在其他文献中作过介绍[10]，在此不再详细讨论。

3.3网络通信软件

网络通信软件包括DeviceNet网络通信软件、工业以太网EtherNet/IP通信软件和无线通信系统运行部分的组态开发软件。

DeviceNet网络通信软件的组态开发，首先就是在每一个PowerMonitor3000模块上通过硬件或显示模块设定，使它们处于DeviceNet网络模式下；然后通过工程师站，在ControlLogix可编程序控制器中为每个模块分配对应的地址，在内存中为它们分配相应的空间，并根据供电过程中的需要，处理相应的参数和逻辑。

工业以太网EtherNet/IP通信软件的组态开发需要与上一级全厂控制系统和网络系统相结合，在工程师站上对可编程序控制器系统中的EtherNet/IP通信模板进行组态，然后对需要与上级控制系统的通信数据进行适当处理，并分配使用上一级传输过来的数据。同时，在工程师站和操作员站上也需要进行简单的组态，使操作员站、工程师站、可编程序控制器和上一级控制系统都成为工业以太网EtherNet/IP上的设备，分别承担其各自的任务和权限。

无线通信网络的通信软件比较简单，只需实现无线传输介质的功能。所以，在变电站监控连锁控制系统和全厂的控制系统中，采用成对的无线电台，只要通过硬件设定或通过工程师站软件设定，就可达到无线通信的要求。

4　结束语

系统通过软、硬件设计，利用了最新的硬件技术PowerMonitor3000电力监控模块和多层的网络结构，实现了工厂变电站监控连锁控制系统。本文设计的变电站控制系统采集了大量的变电站数据并进行了数据

分析处理，完成了变电站的监控操作和安全连锁；重要的是，该系统与整个工厂过程自动化控制系统连成一体，满足了现代化工厂对供电系统的要求。本系统的实际运行安全、可靠，维护灵活方便，大大提高了工厂电能使用效率。

[1] 杨昌焜，金广业.可编程序控制器应用技术[M].北京：中国电力出版社，2003:73-92.

[2]JINP,BOUMANCA,SAUERKD.Amodel-basedimagereconstructionalgorithmwithsimultaneousbeamhardeningcorrectionforX-rayCT[J].IEEETransactionsonComputationalImaging,2015,1(3): 200-216.

[3] 李景学，金广业.可编程序控制器应用系统设计方法[M].北京：电子工业出版社，1995:39-51.

[4]JINP,BOUMANCA,SAUERKD.Amethodforsimultaneousimagereconstructionandbeamhardeningcorreciton[C]//ProceedingofIEEENuclearScienceSymposiumandMedicalImagingConference.Seoul:IEEEPublisher.2013:1-5.

[5] 彭瑜.支持智能制造的PLCopen规范和技术[J].自动化仪表，2015，36(10)：1-5.

[6] 朱俊，汪晋宽，安翠娟，等.基于冗余ControlNet的EtherNet/IP网络分析[J].仪器仪表学报，2006，27(Z1): 698-700.

[7]JINP,HANEDAE,BOUMANCA.Implicitgibbspriormodelsfortomographicreconstruction[C]//Proceedingof46thIEEEAsilomarConferenceonSignals,Systems,andComputers.USA:IEEEPublisher,2012:613-616.[8]KISNERSJ,JINP,BOUMANCA,etal.InnovativedataweightingforiterativereconstructioninahelicalCTsecuritybaggagescanner[C]//Proceedingof47thIEEEInternationalCarnahanConferenceonSecurityTechnology.USA:IEEEPublisher,2013:241-246.

[9] 陈春雨，李景学.可编程序控制器应用软件设计方法及技巧[M].北京：电子工业出版社，1992:69-118.

[10]金广业.基于信息一体化技术的钾肥生产过程自动化控制系统[J].中国仪器仪表，2016(2)：21-27.

ApplicationofPowerMonitor3000inControlSystemofSubstation

Inviewoftheproblemthatmonitoringandsafetyinterlockingarenotperfectinoriginalcontrolsystemofsubstationsinfactory,theadvancedmonitoringandinterlockcontrolsystemforsubstationsisdesigned.ByadoptingadvancedPowerMonitor3000powermonitoringmodulesandPLCcontroltechnology,theexpandablesystemplatformthatmeetsthedemandsforintellectualization,digitalizationandnetworkingisintroduced.Havingbeenputintooperation,thesystemoffersthefunctionsofautomaticmonitoring,safetyinterlockanddataacquisition,etc.Itrunssteadyandreliable,andpossessesexcellentapplicableprospects.

TransformersubstationControlsystemMonitoringandcontrolInterlockDeviceNetnetworkPowerMonitor3000

TH-39;TP29

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201610013

修改稿收到日期：2016-04-18。

作者金广业(1956—)，男，1982年毕业于东北大学工业自动控制专业，获学士学位，高级工程师；主要从事现代控制理论研究、生产过程自动化控制系统开发及应用。