基于SIMATIC WinCC开发的智能化变配电监控系统

隋 斌, 刘 伟

(丹东华通测控有限公司, 辽宁 丹东 118009)

0 引 言

随着我国经济的飞速发展,建立大面积的变配电的大型公共建筑、电厂、工业项目急剧增加,对变配电系统的安全性、可靠性、实时性、易用性、兼容性及友好界面提出更高的要求,原来应用于高压输变电系统的电力自动化监控的保护技术已经开始广泛应用到0.4 kV低压配电系统中,主要以四遥监控、数字式保护、现场总线、软件系统管理等技术为基本要求的智能化变配电监控系统,其已作为一种标准化配置在诸多领域普及。智能化变配电是国际电力自动化的发展方向和潮流,在我国始于20世纪90年代末,其中2001年8月颁布“低压智能化配电行业标准草案”作为标志,2003年建设部批准发行《变配电系统智能化设计(10 kV以下)》图册(丹东华通为主要参编单位)[1],经过近年的发展,智能化变配电已经逐渐进入成熟阶段。

1 系统概述

基于SIMATIC WinCC设计和开发的智能化变配电监控系统具有强大设计功能,具备良好用户界面,采用西门子Profibus通信规约,其高速的通信速率和可靠性比其他通信方式有极强的抗干扰性和稳定性,使系统实时性大大提高[2-3]。该系统通过PC机与西门子专用通信卡PC5611组态,作为主站与公司主导产品PDM进行通信。使用SIMATIC WinCC设计的过程监控、报表设计、变量记录、越限报警存档等功能,可以快速查询和掌握配电设备的运行状态,通过界面显示、记录,打印报表,提高工作效率,可以采集供电质量谐波分析,提高用电效率,作为节能减排指标。

2 系统组成

整个系统包括终端设备采集层、通信链路层和用户界面管理层。

(1) 现场采集监控层。智能变配电仪表和电动机保护控制器或具备Profibus-DP通信功能第三方设备,主要负责采集现场电气线路的电信号、开关量状态信号、模拟信号和负荷等参数信号,同时具有独立的报警输出、数据存储、显示等功能。

(2) 通信链路层。通信链路层是指智能化变配电监控系统与具备Profibus-DP通信功能的设备实现数据交换,并将数据上传到智能化变配电监控系统,采用Profibus通信协议工业总线,速率最高1.2 Mb/s。

(3) 用户界面管理层。通过SIMATIC WinCC设计过程监控、报表设计、变量记录、越限报警存档、通信接口定义和用户使用界面等来实现智能化变配电监控系统。该层功能主要由SIMATIC WinCC软件来实现,可以快速查询和掌握配电设备的运行状态,实现界面显示、记录、打印报表等功能。

3 软件设计

3.1 系统组态

SIMATIC Step7根据系统方案配置信息表完成系统配置,在现场采集监控层数据采集前要对系统进行必要的网络配置,以选择软件运行时采用的具体协议,保证某协议对系统资源分配合理并且与硬件充分匹配,来实现系统运行的最佳状态。

SIMATIC Step7需要配置的主要参数有:建立SIMATIC PC Station,在rail中添加CP5611卡,导入PDMGSD文件建立硬件组态,生成软件组态网络构架图等。Profibus协议需要配置的主要参数有使用的串口、波特率、数据位个数、停止位个数、有无奇偶校验、响应超时时间、自启动状态等,在配置SET PG/PC interface将S7ONLINE指向PC INTERNAL。

3.2 建立PC STATION

系统采用SIMATIC NET建立在线虚拟PC STATION。配置SIMATIC NET,设置CP5611的参数,其配置与SIMATIC Step7保持一致,添加SIMATIC Step7配置报告文件到虚拟PC STATION。

3.3 SIMATIC WinCC设计

SIMATIC WinCC设计智能化变配电监控系统,根据需求分析和技术方案制定设计功能。根据功能流程图设计每个功能模块,设计模块化目的是利用独立性互不干扰从而实现系统稳定性。

设计的功能流程如图1所示。

图1 设计的功能流程

(1) 建立智能化变配电监控系统项目的用户级别,根据现场需求的电流、电压、功率、电能、谐波等设置变量输入对应表。控制断路器或接触器等输出,设置变量输出表。通过变量表建立Profibus驱动程序对应的外部变量,外部变量根据现场采集监控层定义其数据类型。

(2) 通信配置,系统使用Profibus通信协议进行通信,在数据采集前首先要对协议进行必要的参数配置,以选择软件运行时采用的具体协议,保证某个协议对系统资源分配合理并且与硬件充分匹配,实现系统运行的最佳状态。

Profibus通信协议需要配置主站参数有SET PG/PC interface、SIMATIC PC Station、响应超时时间等,对从站装置的GSD文件进行解析,并配置各种通信速率、可变模块结构、定义数据模块数量、限制输入输出字节数、定义通信输入输出字节数等通信参数。

(3) 画面设计,系统实现设计功能主要以良好的人机画面来实现的。通过画面将过程监控、报表设计、变量记录、越限报警存档、通信接口定义和用户使用界面等来实现智能化变配电监控系统。将变量标签导入人机画面中,可实时监控现场运行状态。

现场电动机保护控制器画面如图2所示。

(4) 数据库设计,SIMATIC WinCC自带的SQL2000数据库,可以满足大量数据的存储记录。SIMATIC WinCC的C Script语言可以方便调用SQL语言。

图2 现场电动机保护控制器画面

4 结 语

在建筑、工业配电所内安装智能化变配电监控系统,可以对现场实时情况进行检测,当电气线路发生故障或参数异常时发出越限信息,并指出报警位置,及时排除电气故障,将系统统计的数据汇总处理,对不合理的用电负荷进行合理的调整,对运行异常的负荷设备自动切换,完善内部用电成本考核,根据运行记录,制定临时和定期的设备维修计划,降低运营和维修成本。