RMP 电源监控系统的设计

李培培，李宏

（西安石油大学电子工程学院，西安 710065）

0 引言

电源监控系统近几年高速发展，从我们所熟知的三遥（遥测、遥信、遥控）功能和报警功能，发展到现在比较完善的管理功能系统[1]。在电源不断的发展过程中，人们对电源监控系统也有了更加深入的了解，并且在电源监控方面加大了资金投入和研发力度。现在的监控系统实现了无人值守与电源设备集中管理模式，从而提高了管理效率、降低了管理成本并延长了工作时间。RMP 电源监控系统采用PLC 和上位机相结合的控制方式，提高了系统的抗干扰能力和可靠性[2]。

RMP 电源是给真空室内布置的共振磁扰动（Resonant Magnetic Perturbation，RMP）线圈供电的。一套（2组：L 组和 U 组）RMP 电源系统由 8 个 6 脉波三相全控桥、2 个平衡电抗器、3 个直流刀开关及其相应的附属设备组成，单个整流柜输出8kA/650V。由于单个晶闸管容量的限制，每个三相整流桥桥臂并联两个晶闸管，每个晶闸管串联一个快速熔断器。每个整流柜由两个三相桥并联使用24 个晶闸管构成，L 组由两个整流柜并联构成，U 组同L 组相同。因此，一套RMP 电源模块共使用96 个快速熔断器，加上元件排与快熔排过热检测温度信号，每套RMP 电源模块共有母排温度检测信号近40 个，另外每个整流柜的其他控制量和报警开关量数量繁多，构造复杂、体积大，维修和维护十分不便，所以对RMP 电源系统设计实时监控系统进行监控保护就显得非常必要。

1 RMP电源的监控信号

为保障RMP 电源能够安全、正常的运行，开发的RMP 电源监控系统应该满足以下3 个要求：可靠性、快速性和灵活性[3]。RMP 测量与保护系统要接受监控室指令，根据控制连锁逻辑对电源进行相应的联锁保护。控制保护柜采集同一套（2 组）RMP 电源电气柜内的熔断器、温度等信号，并对相应信号进行存储和显示。一套（2 组）电源的信号列表如表1 所示。

表1 一套（2 组）电源信号列表

2 监控系统总体设计

RMP 电源监控总体原理框图如图1 所示。RMP电源实时监控系统能够完成数据的采集与显示、计算机远程控制以及对运行的状态进行分析。以PLC S7-200 SMART CPU SR60 作为主要控制单元，WinCC 7.3作为上位机组态软件，完成系统程序的编写。实现系统的故障检测、故障判断和报警等功能。监控系统通过巧妙的程序设计和合理的外围硬件电路设计，完成对整个RMP 电源的实时监控。RMP 电源监控系统实时监控整个系统的运行状态，包含熔断器故障、电源输出过电压、整流桥交流过电流、高压合/分闸、桥臂温度过热、晶闸管失效等故障时的保护、报警以及停机/启动等。

图1 RMP电源监控系统总体原理框图

3 监控系统软件设计

3.1 通信设计

S7-200 SMART 型号的 PLC 自带一个 SB CM01 信号板，可以组态为RS-485/RS-232 通信端口，还集成一个以太网端口。WinCC 与PLC 通信采用以太网通信，但由于上位机WinCC 软件自身没有集成的PPI 协议，上位机组态软件WinCC 需通过OPC 服务软件PC Access 来访问 S7-200 SMART 数据[4]，实现 WinCC 与 S7-200 SMART 的连接。因PPI 协议是专门为S7-200 系列的PLC 而开发的一个专用协议，故与PLC 通信的其他设备选用PPI 协议。PLC 与各个相连接设备间服从的通信协议如表2 所示。

表2 通信协议表

3.2 程序流程设计

PLC 编程软件选用STEP 7-Micro/WIN SMART，通过简明的程序设计，完成对系统的实时监控。RMP 电源监控系统设计了主程序和相应的子程序，在进行控制时可以调用所需要的子程序，RMP 电源的PLC 主程序流程如图2（a）所示。程序的运行逻辑如下：先初始化封锁脉冲，判断电源是否有缺相故障，判断设定值是否为零，然后进行高压合闸判断，检测到高压合闸后就解封锁脉冲，按给定输入调节电流的大小，并检测实际电流电压，判断是否有故障信号，若存在故障信号则调用故障检测子程序，检测相应的故障，故障子程序流程如图2（b），进行故障报警并封锁脉冲；若不存在故障信号，则检测后再判断有无停机信息，若有停机信息，则进行封锁脉冲。

图2 系统主程序和故障子程序流程图

RMP 电源系统快速熔断器使用数量繁多，在判断快熔报警时采用矩阵方式，能够很大程度上节省对PLC 输入输出口的占用量，使PLC 以较高的速度运行。矩阵的具体实现方式为：先定义列报警和行报警，列报警是同一个母排的快速熔断器常闭点串联起来，行报警是三相桥桥臂相同序号的快速熔断器常开点串联起来，这样就组成了一个有行有列的矩阵，当有故障发生时，只需同矩阵一般确定是哪行哪列就可以唯一确定快速熔断器故障的位置。

3.3 RRMMPP监控画面的设计

监控系统的画面设计是组态设计的关键，简洁明了的监控画面能够方便快捷的发现故障，而且工作人员还可以通过上位机实时监控运行状况。RMP 线圈电源的监控系统主画面如下图3 所示[5]，主画面有各个画面的链接，包括控制画面、曲线画面等。整流柜由L 柜和U 柜组成，控制画面实时显示L 柜和U 柜的直流电压、直流电流、变压器温度和母排温度，能够实时显示各种故障信息。当RMP 电源出现故障，如桥臂过热、母排温度过高、过压和欠压等，监控画面进行报警显示，相应的图标变红且蜂鸣器发出悦耳的声音进行报警，使工作人员尽快发现故障点并处理相应故障。

图3 RMP电源监控系统主画面图

4 调试效果

上位机监控界面包括曲线界面、报警界面、控制界面和报表界面。对该系统进行试验时，控制界面可以设定系统的过压、过流和温度过高等的门槛值[5]。首先人为地使系统出现温度过高的情况，系统发生故障，蜂鸣器发出悦耳的声音进行报警，上位机同时进行报警记录显示，上位机显示报警记录如图4 所示。然后等工作人员排除故障，最后按下复位键，蜂鸣器报警停止，监控界面恢复正常。其他欠流、温度过低、过流、正负桥环流和变压器重瓦斯等故障点的试验与此类似。从现场的试验效果看，该监控系统通信效果良好，能很好地对RMP 电源系统进行实时监控。实时电流监控曲线如图5 所示。

图4 报警记录

图5 电流监控曲线图

5 结语

通过对RMP 电源系统的分析和调试应用效果的介绍，我们可以得到以下结论：RMP 电源实时智能监控系统达到了良好的监控效果，监控界面简洁明了，实现了高度自动化，极大减少了工作人员的工作量，明显提高了工作效率。应用效果证明：达到了很好的监控效果，可以回放故障信息，能够实时、高效、直观地对RMP电源系统进行监控。