烟厂供配电自动化系统与智能设备接口解决方案

红云红河烟草（集团）昆明卷烟厂 唐 鑫 周 艳 陆奕帆

由于烟厂用电设备种类繁多，在用电系统中扰动性负荷所占比例较高，如不对称负载、冲击性负载及非线性负载等扰动源，再加上系统中存在各种故障，均会降低电能质量。研究发现，闪络、三相不平衡及谐波等不正常现象均会对电网正常运行产生直接影响，尤其是一些高精密行业，其对电能质量有着较高的要求，还会导致严重经济损失。而烟厂供配电自动化系统可利用数据通讯管理控制器装置，对各类智能设备（如GPS系统、有源滤波柜、五防系统、UPS装置、PLC控制器）、多功能侧控仪及微机数字保护装置的运行状态进行监控，并收集报警信息和保护事件。同时系统内所有设备均能连通监控系统，可促进信息交换的实现，并对全厂电网进行信息化、智能化管理，为厂区提供高效、安全、稳定的能源供应[1-3]。

1 烟厂供配电自动化系统软硬件结构方案

1.1 系统硬件结构方案

烟厂供配电自动化系统硬件结构通过充分利用图形显示技术、通讯技术、网络技术、计算机技术及现代控制技术，可促进全面数据监控的实现，并将用户要求作为基本依据，监控平台能实现多种功能如曲线显示、报表功能、实时监测等，尤其是远程监测设备的有效实时值有助于能管和测控一体化的实现，从而使传统工业控制、管理及生产的信息孤岛消除。在本次研究中选择的网络结构具有分层分布式、开放性的特点，其中网络类型为以太网通讯网络，可划分整个系统为三部分，分别是设备间隔层、通讯控制层及站控层，且系统可维修性和可扩性较好。

在供配电自动化系统中各个间隔单元互相独立，运用以太网配置站控层网络，其中网络传输协议为TCP/IP或IEEE802.3网络通讯协议，且网络传输速率一般＞100mb/s。网络运用铠装光缆连接，具有较强的抗干扰能力，可靠、安全且每个子系统配置相应的工业网络交换机，结合配电室核心交换机，从而形成光纤以太环网。通过对结构进行拓展能使自动化系统的操作员站、工程师站、Web服务器及数据服务器一方面可与子系统分控制通讯，另一方面还能直接对子系统控制器进行访问，从而体现了子系统控制的及时性、主导性特点。

1.2 系统软件方案

1.2.1 总体架构

按照烟厂的建设特点和用电需求，典型的供配电自动化系统软件包括：客户端连接器软件；数据库管理软件；SCADA客户端操作员站软件；SCADA客户端工程师站软件。同时还包括其他第三方软件，如多功能测控仪表专用调式软件、微机数字保护监控装置专用调式软件、数据库支撑软件、工作站操作系统及服务器操作系统等[4]。

1.2.2 SCADA软件

SCADA软件作为各级数据分析和实时监控的一个供应者，主要负责实时采集和存储各类计量数据与实时数据。为对数据传输进行合理分配，每套SCADA监控站的操作系统为MicroSoft Windows XP，然后将SIEMENS的SCADA运行软件安装在操作员工作站，其中数据库管理软件安装在服务器上，并将维护和开发配置软件安装在工程师工作站。同时SCADA作为通用的一个工业软件，其数据通信方式有两种：与控制系统设备直接通讯，如PLC设备；利用OPC方式与第三方设备通讯，因为OPC通讯具有相对成熟的技术，不仅能为OPC Server与设备直接通信提供支持，还能作为OPC Client的一个驱动程序对数据进行获取并构建SCADA数据库[5]。

1.2.3 实时/历史数据库

在数据挖掘中，实时/历史数据库作为较核心的一个数据服务器。本次方案研究采用GE的Proficy Historian standard Server5000 Pta v3.5，而MicroSoft Windows 2003 Server则作为操作系统。在系统运行期间，运用客户端连接器Historian Client Connection Pack v3.5采集数据，建立好配置并且对参数进行储存后向Proficy Historian数据库中传输实时数据。由于Proficy Historian能将数据的变化规律作为基本依据选择数据的处理方式，如事件方式、时间周期等，其中数据吞吐量为20000条/秒，扫描最小周期为1s，可满足数据的响应要求。

系统在储存数据时能进行斜率压缩和死区压缩，使数据占用量下降，从而为硬件的稳定运行和数据长期储存提供有效保障。同时OLE/DB数据引擎存在于实时/历史数据库中，可将实时/历史数据自动转换为OLE/DB访问格式，为连接系统中的Windows SQL数据库提供方便。此外数据库还具备开放API的一套接口，有助于通用脚本（VB/VC）挖掘、引用及储存数据。

2 烟厂供配电自动化系统与智能设备接口解决方案

2.1 数据采集管理方式

数据采集中两种方法较常见：SCADA直接读取。即SCADA服务器和工作站运用OPC和IEC61859的通讯方法，可对数据通讯管理控制器的数据进行直接采集；数据采集网关。即运用数据通讯管理控制器对数据进行采集，其中前者的通讯规约包括OPC、Modbus/TCP及IEC661850标准等，而平台的基础则为开放式的模块化结构，且具备通讯管理、数据存储、通讯互联及数据处理等多个方面功能[6]。

2.2 数据通讯管理控制器的技术特性

一般数据通讯管理控制器需要具备的技术特性有：提供现场总线接口选项且具备主流现场总线通讯的兼容功能；为下列通讯协议提供支持，包括IEC60870-5-104、OPC Server、MODBUSRTU、MODBUS/TCP及IEC61850等；拥有带隔离的RS-232/485串口12个和以太网口4个；对应用在工业领域的供配电自动化系统和全密封、无风扇、超紧凑的坚固型嵌入式设备，可运用通讯方法对微机数字保护监控装置的电力信息进行采集，并促进远程控制的实现。同时运用多功能测控仪表可对电能计量信息进行采集，再加上通用采集设备如RTU、串口等，能监控厂区各个配电房所有配电设备如五防系统、小电流接地系统、变压器、有源滤波柜、直流屏及无功功率补偿器等，从而对以以太网为基本前提的分布式采集方案进行构建。

2.3 数据采集接口解决方案

与UPS装置接口。监控系统利用数据通讯管理控制器可连接UPS装置，然后根据MODBUS通讯规约和RS-485串行通信接口上传运行参数和运行状态至后台系统，从而促进监视功能的实现。

与直流屏系统接口。在监控系统中，利用变电所直流装置接口和数据通讯管理控制器，再与MODBUS通信规约和RS-485串行通信接口相结合，可将直流母线电压、充电器进线电压和电流、蓄电池电压及直流装置的蓄电池正反向电流等信息向后台系统传送，从而实现监视功能。

与多功能侧控仪表和PLC控制器的接口。通过分散安装在各个车间配电室的PLC控制器可完成0.4kV低压开关柜的所有开关量状况控制和采集，而其他模拟量如相关温度等则利用PLC的AI模块完成，并运用ProfiBus协议。在智能测控仪表中选择MODBUS总线通讯接口，可顺利完成各部分模拟量采集计算、谐波计算及电度计算等功能，其中数据通讯汇总由PLC控制器完成，然后利用ProfiNet向数据通讯控制器传送，经集中处理后向IEC61850通讯标准转换，最后向变电所站控层监控后台系统上传[7]。

与微机数字保护监控装置的接口。通过微机数字保护监控装置完成10kV高压开关柜的保护信号、断路器控制及状态监视，其中微机数字保护监控装置拥有双光纤接口，根据IEC61850通讯标准向数据通讯管理控制器上传，且数据集中传送至变电所站控层监控后台系统。

与有载调压装置和变压器的接口。在监控系统中，利用有载调压装置及变压器接口和数据通讯管理控制器，再与MODBUS通讯规约和RS-485串行通信接口相结合，可向后台系统传送运行参数和状态，从而达到监视目的。

与有源滤波柜设备、无功功率补偿器的接口。监控系统利用数据通讯管理控制器与有源滤波柜、无功功率补偿器的接口，再结合MODBUS通讯规约和RS-485串行通信接口可向后台系统传输运行参数和运行状态，从而实现监视功能。

3 结语

通过构建烟厂供配电自动化系统方案，提供供配电系统自动化系统与弱电集成系统和能管系统的接口，为OPC接口通讯提供了支持，可促进以管、控、测、计量为一体自动化控制系统的实现，不仅能够减少人力资源还能确保系统运行的可靠性。