現(xiàn)場總線技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
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本工業(yè)配電監(jiān)測系統(tǒng)是對大中型企業(yè)的配電間進(jìn)行監(jiān)測。配電間內(nèi)設(shè)有多個配電屏（本系統(tǒng)中為16個），每個配電屏可對一部分用電地區(qū)進(jìn)行停、送電控制，用電狀態(tài)可通過安裝在配電屏內(nèi)的電壓、電流互感器間接測量和評估。配電間管理所要監(jiān)測的主要參數(shù)為配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息（配電系統(tǒng)的母排電壓、電流及功率）以及結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息（斷路器、隔離開關(guān)和保護(hù)繼電器等的合、分狀態(tài)）。根據(jù)上述要求，本系統(tǒng)在保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，考慮到通用性、實時性和可擴(kuò)展性等方面的因素，采用了主要由上位計算機系統(tǒng)、PLC和ET 200S模塊構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上位計算機系統(tǒng)由通用個人計算機以及接通至通用PC機內(nèi)部的現(xiàn)場總線通信接口適配卡組成。上位計算機系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的總體調(diào)度，通過PLC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送命令，接收節(jié)點數(shù)據(jù)，并對節(jié)點信息加以分析、存儲、顯示及打印，具體的數(shù)據(jù)采集和控制由系統(tǒng)中的PLC借助于現(xiàn)場總線接口模塊ET 200S完成，各個模擬量和開關(guān)量信號都由ET 200S模塊輸入或輸出。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)分析
控制系統(tǒng)在Win98環(huán)境下運行，組態(tài)軟件為Kingview5.0。系統(tǒng)利用組態(tài)軟件Kingview5.0的驅(qū)動程序與下位S7-300 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令；下位S7-300 PLC則通過 MPI卡與上位計算機交換數(shù)據(jù)，每一個驅(qū)動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率地運行。
系統(tǒng)監(jiān)控操作畫面多達(dá)十多屏，包括方便人工操作的監(jiān)控畫面和為軟件工程師提供接口的整定畫面、形象直觀的模擬畫面、易于統(tǒng)計抄表的參數(shù)畫面、便于追查事故原因的歷史趨勢畫面、提供技術(shù)分析信息的實時曲線畫面等等。
畫面分為操作員畫面和工程師畫面兩大類。操作員畫面向操作人員提供了各種數(shù)據(jù)、曲線、功能鍵，顯示內(nèi)容豐富鮮明，操作簡捷可靠。系統(tǒng)中畫面的組態(tài)編制有很多新穎之處，在整個系統(tǒng)的各個控制點均有相應(yīng)的采集數(shù)字顯示，真實的反映了各個控制點的瞬時值，總之，畫面中主體設(shè)備位置確切，工作狀態(tài)形象生動，各種參數(shù)“就地顯示”，整個系統(tǒng)運行工況集于一屏，一目了然，是為操作員、技術(shù)員所喜愛的主畫面之一。
工程師畫面為軟件工程師提供了進(jìn)行系統(tǒng)整定的良好界面，是工程師在調(diào)節(jié)中進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定的重要環(huán)境，也是自控系統(tǒng)的核心。
故障錄波是對信號進(jìn)行高速采樣，并利用采樣數(shù)據(jù)繪制信號曲線，以便了解信號的變化情況，預(yù)測信號的變化趨勢，是電力系統(tǒng)中監(jiān)測信號的常用辦法。
本系統(tǒng)中要求對零序電流及三相電壓信號進(jìn)行故障錄波。錄波信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換采用A/D轉(zhuǎn)換模塊完成，以提高系統(tǒng)可靠性，減小體積。在整個軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)作快速傅利葉變換（FFT）和數(shù)據(jù)分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對于離散的時間信號，其FFT正、反變換分別為：
由上式可知，每一個蝶型運算都需要兩個輸入數(shù)據(jù)，計算結(jié)果也是兩個數(shù)據(jù)，與其它結(jié)點數(shù)據(jù)無關(guān)。這樣一次計算后輸入數(shù)據(jù)就可放棄，減少了對內(nèi)存的占用，提高了計算速度。
正常的正弦波經(jīng)FFT正變換為兩個對稱的最大譜線，反變換后可以完全恢復(fù)原始信號；而帶干擾的正弦波經(jīng)FFT正變換后，除兩個對稱的最大譜線外，干擾信號的其它譜線也存在，據(jù)此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號的位置，并發(fā)出采取相應(yīng)措施的指令，啟動執(zhí)行機構(gòu)或保護(hù)裝置。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)的最大特點就是采用現(xiàn)場總線技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔靈活，可靠性高且安裝調(diào)試簡單，根據(jù)不同的現(xiàn)場情況與用戶要求，本系統(tǒng)可擴(kuò)展為不同的模式。除對高壓配電盤上的模擬量和開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)測外，也可用于對某些重要的低壓配電和低壓電機等電器設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。
現(xiàn)場總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，關(guān)鍵是用新一代的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Field Bus Control System）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System），實現(xiàn)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。其本質(zhì)即要實現(xiàn)在現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。這也為工廠生產(chǎn)的全面自動化和遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)。西門子Profibus-DP現(xiàn)場總線及ET 200系列分布式I/O的使用降低了系統(tǒng)設(shè)計、制造、安裝、維護(hù)的成本，易于擴(kuò)展，可有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是工業(yè)過程自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。尤其是ET 200S及PROFIBUS-DP網(wǎng)的成功使用，引起了越來越多企業(yè)的關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。
參考文獻(xiàn)
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5.廖常初.現(xiàn)場總線概述.電工技術(shù)，1999.6。
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