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摘要：针对济宁全民健身广场低压配电管理自动化的要求，利用电力工控组态软件，设计一套具有人机交互界面的智能电力监控系统。在智能电力仪表、RS485总线和基于Windows操作系统的PC机构建的平台上，采用专业的EpSynall电力系统自动化组态软件进行二次开发，完成监控系统的设计。低压配电监控系统全程监测各电参量，在有跳闸或其他故障时报警，工作人员及时发现并排除故障进而确保供电正常，实现对低压配电的自动化管理。
关键词：组态软件；监控系统；低压配电
：A
Design of Lowvoltage Distribution Monitoring System Based on SCADA Software
ZHANG Lei， BAO Hong， WANG Weile， GAO Junli
（School of Automation， Guangdong University of Technology， Guangzhou510006， China）
Abstract：Based on automation requirement of Lowvoltage distribution management of Ji’ning stadium，using electric SCADA software， designed out intelligent power monitoring system with a manmachine interface.on the platform of the building with intelligent electric meters，RS485 bus and Windows operating system， using the professional EpSynall power system automation configuration software， completed the design of low voltage distribution monitoring systems.The system monitore all the electric parameters， alarm in a trip or other fault， ensure that the power supply is normal， realize the automatic management of low voltage distribution.
Key words：SCADA software； monitoring system； Lowvoltage distribution
1引言
变配电站是电力系统中的重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其综合管理水平。在短期无法改善电网质量的前提下，利用电力自动化监控等技术手段，提前发现故障，迅速采取应急措施，是避免电力质量事故的有效办法。从国内外电力系统的发展趋势来看，变电站综合自动化已是势在必行。
组态软件是一种控制系统开发工具，用户可根据应用对象及控制任务的要求，利用组态软件提供的工具，以“搭积木”的方式灵活配置、组合各功能模块，构成用户应用软件[3]。
济宁全民健身广场是现代化的大型体育场馆，用于承办各种体育比赛，广泛开展各种群体活动，对配电系统提出了管理自动化的要求。为此，本课题采用工控组态软件设计低压配电监控系统。
2系统组网
系统以配电室为中心，采用分散、分层、分布式结构设计[4]。系统网络分为三层：现场控制层、通讯管理层和监控管理层，如图1所示。
现场控制层：所有低压智能监测仪表的进出线按一次设备对应分布式配置，在控制室集中组屏，各段相对独立，完成测量、报警、通讯等功能，同时具有动态实时显示电气设备工作状态、运行参数、故障信息和事件记录、保护定值等功能。低压智能仪表和保护装置与开关柜融为一体，通过RS485通讯口接入相应的底层RS485子网，将有关信息输送至通讯管理层，同时各个装置可完全不依赖于网络而独立完成对电气设备的监控。
通讯管理层：完成现场控制层和监控管理层之间的网络连接、转换，将现场实时数据和事件信息经系统网络上传到监测管理层，所有网络通信设备安装在控制柜内。此外，系统可通过交换机实现与其它自控系统的网络通信，达到信息资源共享，同时，监控系统还
监控管理层：监控主机采用高性能工控机，所有后台监测设备安装在控制室，选用专业组态监控软件完成系统的监控功能。
图1监控系统网络
3系统软件设计
根据济宁全民健身广场的电网结构和用户需要，进行需求分析，确定所需要的监控参数，在确保低压配电监控系统网络安全稳定运行的前提下，选择合适的组态软件，进行二次开发。
组态软件的设计思想是面向对象的，模拟控制工程师在进行过程控制时的思路，围绕被控对象及控制系统的要求构造“对象”，从而生成适用于不同应用系统的用户程序[7]。组态软件采用北京太力公司开发的EpSynall系统软件。
2）美观方便、实用性强、专业完善的人机界面开发及表达工具，提供电力专业图形、报表、曲线/棒图、统计分析、事件报警/记录的支持。
3）具备电力专业的实时及历史数据库的定义及表达工具，便于建立专业的电力监控模型，提供开放的数据接口。
4）拥有单机、分布式网络、级联网络等多种监控方式，提供全面的电力系统安全保障支持。
计算技术与自动化2012年9月
第31卷第3期张磊等：基于工控组态软件的低压配电监控系统设计
1）定义实时数据库
在厂站下第一级新建三个主变回路和两个母联回路，如图2所示。在主变回路下一级新建馈线回路，与配电柜的每个抽屉相对应。
2）编辑变量词典
变量是监控系统数据库的构成单位之一，也是系统组态和监控的基本单元， 包括遥测量、遥信量。它由变量标识符、变量类型和变量的域三个部分构成，对系统中用到的变量进行编辑存入变量词典。
3）定义变量的I/O信息
I/O信息用于定义系统中的变量与采集设备之间的关系。系统通过在实时数据库中设置的变量I/O信息将此处定义的变量与采集设备进行对应。
图2主变和母联回路
3.
1）新建窗口
窗口是用户进行监控的动态画面，例如：画面组织、动画连接等工作场所，每个网络节点运行系统中的窗口数目不限。用户使用系统提供的作图工具或者其他辅助工具，在窗口中完成工程需要的画面流程。系统中所建的所有窗口如图3所示。
图3窗口画面
2）建立动画连接
在开发系统中制作的画面都是静态的，我们需要通过实时数据库来制作动态画面，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。通过动画连接，监控点的值以图形、动画、声音和文本等方式形象生动地展现在用户面前，使监控工作变得更为容易、直观和生动。
在系统中主要用到两种动画连接，首先是显示模拟量的输出用于显示每个回路中遥测量；其次是离散量填充颜色连接用于显示回路开关量的合闸与掉闸，如图4所示。
图4离散量填充颜色动画连接
3）采集规约与采集通道
低压配电监控系统用到的通信规约是Modbus 协议，用到智能仪表带有RS485通信功能，共105块，由于每条通道最多能有32块表，所以分为4个通道：“通道1”有28块表；“通道2”有26块表；“通道3”有22块表；“通道4”有29块表。还需要对每个通道的功能码、寄存器地址和值类型等参数进行设置。
4现场调试
设置智能仪表的地址与低压配电监控系统的从机地址一一对应，用串联的方式把每个通道的仪表用屏蔽线连接起来。
首先对每一条通道上的每一块仪表通讯进行调试，需要用到MWE820A转换器和Modbus poll调试软件。MWE820A实现RS485转USB的功能， Modbus poll是一款Modbus 管理模拟器软件。
用MWE820A将一条通道与电脑连接，安装好驱动，进入济宁全民健身广场低压后台监控系统
图5RunSys1画面
的运行环境，打开厂站通讯，可以通过RunSys1画面对给通道的所有通讯量进行查看如图5所示。
通过上下报文来查看通讯中是否有错误，当接收到的数据是错误时说明通讯中有错误，可能造成通讯接受错误的有：仪表地址没有设置或者地址设置和系统设置地址没有对应；仪表通讯线没有正常接入各个通道通讯线；在系统中的变量I/O设置不对。需要查看系统中所有内容，一一排除可能存在的错误直到能正常通讯为止。
将四个通道一一调试，
图6系统监控画面
5结束语
本文介绍了济宁全民健身广场低压配电监控系统的设计过程。济宁全民健身广场低压配电监控系统用于对各个配电回路的电流、电压、电能及开关量的监控，可以使工作人员在电脑上直接监控所有配电柜的状态，便于管理和控制；变位报警功能使工作人员第一时间得知变位回路的信息，进而排除故障，使工作恢复正常。该系统于2010年2月份在济宁全民健身广场投入运行。
参考文献
谭赞，陈星，徐承深.基于组态王6.5的工业低压配电监控上位机系统[J].机械工程与自动化，2006，134：78—79，82.
康文奎.北京航天城变电站自动化监控系统[D].北京：北京交通大学，2008.
[3]EpSynall使用手册[S].太力信息产业股份有限公司，200
[5]张迎辉， 邓松，陈素芳.基于CC—Link/LT总线技术的低压配电监控系统设计[J]. 电力系统保护与控制，2009，37（9）：129—134.
[6]廖高华，朱杰斌.电网低压配电远程自动监控系统[J].继电器，2008，36（10）：62—64，73.
[7]王亚民，陈青.组态软件设计与开发[M]. 北京：西安电子科技大学出版社，2003：1—4.
[8]孙萍.基于iFIX的烟厂低压配电监控系统的设计[J].智能电网与智能电器，2010，6：23—25.
[9]张强，候加林，闫银发.基于组态软件的装甲装备发电系统综合检测平台[J]. 火力与指挥控制，2010，35（5）：135—137.
[10]彭翠云，刘才学，陈志模.基于组态软件的辐照样品自动传输辅助控制系统[J].核动力工程，2009，30（3）：119—120，144.
关键词：组态软件；监控系统；低压配电
：A
Design of Lowvoltage Distribution Monitoring System Based on SCADA Software
ZHANG Lei， BAO Hong， WANG Weile， GAO Junli
（School of Automation， Guangdong University of Technology， Guangzhou510006， China）
Abstract：Based on automation requirement of Lowvoltage distribution management of Ji’ning stadium，using electric SCADA software， designed out intelligent power monitoring system with a manmachine interface.on the platform of the building with intelligent electric meters，RS485 bus and Windows operating system， using the professional EpSynall power system automation configuration software， completed the design of low voltage distribution monitoring systems.The system monitore all the electric parameters， alarm in a trip or other fault， ensure that the power supply is normal， realize the automatic management of low voltage distribution.
Key words：SCADA software； monitoring system； Lowvoltage distribution
1引言
变配电站是电力系统中的重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其综合管理水平。在短期无法改善电网质量的前提下，利用电力自动化监控等技术手段，提前发现故障，迅速采取应急措施，是避免电力质量事故的有效办法。从国内外电力系统的发展趋势来看，变电站综合自动化已是势在必行。
组态软件是一种控制系统开发工具，用户可根据应用对象及控制任务的要求，利用组态软件提供的工具，以“搭积木”的方式灵活配置、组合各功能模块，构成用户应用软件[3]。
济宁全民健身广场是现代化的大型体育场馆，用于承办各种体育比赛，广泛开展各种群体活动，对配电系统提出了管理自动化的要求。为此，本课题采用工控组态软件设计低压配电监控系统。
2系统组网
系统以配电室为中心，采用分散、分层、分布式结构设计[4]。系统网络分为三层：现场控制层、通讯管理层和监控管理层，如图1所示。
现场控制层：所有低压智能监测仪表的进出线按一次设备对应分布式配置，在控制室集中组屏，各段相对独立，完成测量、报警、通讯等功能，同时具有动态实时显示电气设备工作状态、运行参数、故障信息和事件记录、保护定值等功能。低压智能仪表和保护装置与开关柜融为一体，通过RS485通讯口接入相应的底层RS485子网，将有关信息输送至通讯管理层，同时各个装置可完全不依赖于网络而独立完成对电气设备的监控。
通讯管理层：完成现场控制层和监控管理层之间的网络连接、转换，将现场实时数据和事件信息经系统网络上传到监测管理层，所有网络通信设备安装在控制柜内。此外，系统可通过交换机实现与其它自控系统的网络通信，达到信息资源共享，同时，监控系统还
摘自：毕业论文格式www.udooo.com
具备与智能模拟显示屏、变压器智能控制单元和智能直流电源系统等其它自动化系统和智能设备相连接的通信接口。监控管理层：监控主机采用高性能工控机，所有后台监测设备安装在控制室，选用专业组态监控软件完成系统的监控功能。
图1监控系统网络
3系统软件设计
根据济宁全民健身广场的电网结构和用户需要，进行需求分析，确定所需要的监控参数，在确保低压配电监控系统网络安全稳定运行的前提下，选择合适的组态软件，进行二次开发。
组态软件的设计思想是面向对象的，模拟控制工程师在进行过程控制时的思路，围绕被控对象及控制系统的要求构造“对象”，从而生成适用于不同应用系统的用户程序[7]。组态软件采用北京太力公司开发的EpSynall系统软件。
3.1EpSynall
EpSynall是一个全开放的电力自动化系统开发平台，它是电力系统与工业自动化软件的有力结合。该软件符合相关电力标准及行业习惯，具有很好的易用性。EpSynall系统采用面向对象技术，以SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition监视控制和数据采集）和数据库管理系统为基本的系统框架，提供功能强大的面向发电厂自动化、变电站综合自动化、调度自动化、配电自动化、智能变配电自动化的系列产品，采用ADO、COM、TCP/IP等标准开放接口技术，可与各种电力系统自动化软件和电力MIS等进行无缝连接[3]。主要特点有：1）具有稳定可靠、快速高效、扩展性强、兼容性好的专业功能，可作为各种电力应用的基本SCADA平台使用。2）美观方便、实用性强、专业完善的人机界面开发及表达工具，提供电力专业图形、报表、曲线/棒图、统计分析、事件报警/记录的支持。
3）具备电力专业的实时及历史数据库的定义及表达工具，便于建立专业的电力监控模型，提供开放的数据接口。
4）拥有单机、分布式网络、级联网络等多种监控方式，提供全面的电力系统安全保障支持。
3.2软件设计过程
3.2.1创建实时数据库
实时数据库是EpSynall的核心部分。当EpSynall运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，同时工作人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中间环节，实时数据库是联系上位机和下位机的桥梁。计算技术与自动化2012年9月
第31卷第3期张磊等：基于工控组态软件的低压配电监控系统设计
1）定义实时数据库
在厂站下第一级新建三个主变回路和两个母联回路，如图2所示。在主变回路下一级新建馈线回路，与配电柜的每个抽屉相对应。
2）编辑变量词典
变量是监控系统数据库的构成单位之一，也是系统组态和监控的基本单元， 包括遥测量、遥信量。它由变量标识符、变量类型和变量的域三个部分构成，对系统中用到的变量进行编辑存入变量词典。
3）定义变量的I/O信息
I/O信息用于定义系统中的变量与采集设备之间的关系。系统通过在实时数据库中设置的变量I/O信息将此处定义的变量与采集设备进行对应。
图2主变和母联回路
3.
2.2实现人机交互界面
人机交互界面使操作者能够形象直观的通过窗口画面掌握远端智能仪表的所有信息。在济宁全民健身广场低压配电监控系统中包括多种电参量的遥测以及每个回路的遥信，并且具有掉闸报警和报表查询等多种功能。1）新建窗口
窗口是用户进行监控的动态画面，例如：画面组织、动画连接等工作场所，每个网络节点运行系统中的窗口数目不限。用户使用系统提供的作图工具或者其他辅助工具，在窗口中完成工程需要的画面流程。系统中所建的所有窗口如图3所示。
图3窗口画面
2）建立动画连接
在开发系统中制作的画面都是静态的，我们需要通过实时数据库来制作动态画面，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。通过动画连接，监控点的值以图形、动画、声音和文本等方式形象生动地展现在用户面前，使监控工作变得更为容易、直观和生动。
在系统中主要用到两种动画连接，首先是显示模拟量的输出用于显示每个回路中遥测量；其次是离散量填充颜色连接用于显示回路开关量的合闸与掉闸，如图4所示。
图4离散量填充颜色动画连接
3）采集规约与采集通道
低压配电监控系统用到的通信规约是Modbus 协议，用到智能仪表带有RS485通信功能，共105块，由于每条通道最多能有32块表，所以分为4个通道：“通道1”有28块表；“通道2”有26块表；“通道3”有22块表；“通道4”有29块表。还需要对每个通道的功能码、寄存器地址和值类型等参数进行设置。
4现场调试
设置智能仪表的地址与低压配电监控系统的从机地址一一对应，用串联的方式把每个通道的仪表用屏蔽线连接起来。
首先对每一条通道上的每一块仪表通讯进行调试，需要用到MWE820A转换器和Modbus poll调试软件。MWE820A实现RS485转USB的功能， Modbus poll是一款Modbus 管理模拟器软件。
用MWE820A将一条通道与电脑连接，安装好驱动，进入济宁全民健身广场低压后台监控系统
图5RunSys1画面
的运行环境，打开厂站通讯，可以通过RunSys1画面对给通道的所有通讯量进行查看如图5所示。
通过上下报文来查看通讯中是否有错误，当接收到的数据是错误时说明通讯中有错误，可能造成通讯接受错误的有：仪表地址没有设置或者地址设置和系统设置地址没有对应；仪表通讯线没有正常接入各个通道通讯线；在系统中的变量I/O设置不对。需要查看系统中所有内容，一一排除可能存在的错误直到能正常通讯为止。
将四个通道一一调试，
怎样写毕业论文www.udooo.com
直到监控画面显示的电参量和现场数据一致。最后利用并口转串口线将四条通讯线连接到电脑上，系统正常运行，监控画面如图6所示。图6系统监控画面
5结束语
本文介绍了济宁全民健身广场低压配电监控系统的设计过程。济宁全民健身广场低压配电监控系统用于对各个配电回路的电流、电压、电能及开关量的监控，可以使工作人员在电脑上直接监控所有配电柜的状态，便于管理和控制；变位报警功能使工作人员第一时间得知变位回路的信息，进而排除故障，使工作恢复正常。该系统于2010年2月份在济宁全民健身广场投入运行。
参考文献
谭赞，陈星，徐承深.基于组态王6.5的工业低压配电监控上位机系统[J].机械工程与自动化，2006，134：78—79，82.
康文奎.北京航天城变电站自动化监控系统[D].北京：北京交通大学，2008.
[3]EpSynall使用手册[S].太力信息产业股份有限公司，200
6.7.
[4]申风伟.基于力控组态软件的散货码头自动化监控系统[J].湖北工业大学大学学报，2010，25（4）：56—57.[5]张迎辉， 邓松，陈素芳.基于CC—Link/LT总线技术的低压配电监控系统设计[J]. 电力系统保护与控制，2009，37（9）：129—134.
[6]廖高华，朱杰斌.电网低压配电远程自动监控系统[J].继电器，2008，36（10）：62—64，73.
[7]王亚民，陈青.组态软件设计与开发[M]. 北京：西安电子科技大学出版社，2003：1—4.
[8]孙萍.基于iFIX的烟厂低压配电监控系统的设计[J].智能电网与智能电器，2010，6：23—25.
[9]张强，候加林，闫银发.基于组态软件的装甲装备发电系统综合检测平台[J]. 火力与指挥控制，2010，35（5）：135—137.
[10]彭翠云，刘才学，陈志模.基于组态软件的辐照样品自动传输辅助控制系统[J].核动力工程，2009，30（3）：119—120，144.