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电力监控系统在深圳盐坝高速隧道上的应用

作者:王光银,深圳高速公路股份有限公司2009.09.30阅读 10979

  深圳盐坝高速沿线共有2条长隧道CONTROL ENGINEERING China版权所有,即大梅沙隧道和溪涌隧道。大梅沙隧道全长约1.5公里,溪涌隧道全长约800米。本系统对大梅沙隧道的三个变电所(盐田端变电所、坝岗端变电所和溪涌变电所)里面设备的电量参数和状态参数进行远程监控,并对水泵进行远程控制,实现无人值守型变电所。

深圳盐坝高速大梅沙隧道

  系统监控中心位于大梅沙收费站处,与各变电所的距离分别为1.6公里、200米、10公里。监控中心配置一台电脑,用于运行电力监控软件。工作人员在监控中心便可以直观地查看各个变电所的各种参数,当发生报警时,工作人员可以立即查出是哪个变电所报警并立即进行处理。
  本项目的控制系统中,由于监控中心与变电所现场设备距离最远达到10公里,监控中心运行电力监控软件的计算机(上位机)与位于变电所的现场控制器(下位机)如何进行稳定的通讯是难点之一。另外,控制器还应当带RS485接口,以便和电量检测仪、发电机、变压器温控仪等带RS485接口设备进行通讯。
  考虑到盐坝路段己建立起高速公路监控以太网,在本次系统设计中,采用选择德国BECKHOFF公司的CX9000嵌入式PC作为现场控制器。它自带两个RJ45以太网口,可以直接利用已

有的高速公路监控以太网,通过OPC与监控中心的上位机通讯。同时,还选配了一个RS485接口模块,该模块含两个RS485接口,分别用于与雅达电力测控仪、UPS电源、卡特彼勒发电机组等通讯。整个系统的网络结构图如图1所示。  

系统网络结构图
  图1 系统网络结构图
电力监控系统需要监控的设备类型
表1:电力监控系统需要监控的设备类型

  本系统需要监控的设备类型如表1所示。
  本系统的监视功能,主要是通过CX9000的输入模块和RS485模块采集各设备的状态参数,运算整定好之后,通过以太网用OPC通讯的方式传送给监控中心的上位计算机上运行的组态软件,由于部分数据会产生波动,如发电机启动时的电流、电压异常波动等,会造成系统误报警,因此系统采用BECKHOFF自带的数据滤波功能函数www.cechina.cn,很好地解决了这一问题。
  工作人员不仅可以在监控中心的电脑画面上直观地查看各个变电所的各种参数,还可以设置相应设备的参数限值www.cechina.cn,当采集回来的数值超过原先设定的限值时,系统就会发出报警信号提醒工作人员。工作人员根据监控软件的报警信息,快速查出是哪个变电所的哪些设备工作出现问题,然后迅速赶往现场进行紧急处理,从而减少由于设备出现问题而造成的损失。  


  在监控中心的电脑显示页面上直观地查看各个变电所的各种参数,还可以设置相应设备的参数限值www.cechina.cn,当采集回来的数值超过原先设定的限值时,系统就会发出报警信号提醒工作人员。

  本系统的控制功能,主要是实现对水泵的控制。水泵状态、水池水位以及手自动的状态通过KS1104数字量输入模块采集;根据水位状态和手自动状态,利用KL2641控制水泵,同时检测水泵运行状态,若发现水泵没有成功启动则通过程序联锁复位开泵信号;通过KL3458模拟量输入模块检测水泵运行时的电压电流。KL2641是一个16A的继电器输出模块,230V的单相动力线可以直接接入,无需在电箱内加装继电器就可以直接控制水泵,KL2641模块上还带有手动控制开关,可以方便地对水泵进行手动控制。在大梅沙隧道坝岗端变电所的配电房与水泵房是两个独立分开的房间,所以系统采用了远程控制方式,利用一个以太网通信适配器BK9050在水泵房建立一个控制分站,并将水泵系统的监控数据通过以太网传输到位于配电房的CX9000控制器上,节省了线缆成本和减少调试时间。
  控制柜布置如图2所示。  

控制柜布置图
  图2  控制柜布置

  本项目是比较典型的高速公路监控项目,设备数量不多但很分散,通讯的物理层以RS485为主,而协议却各不相同。BECKHOFF的嵌入式PC解决方案在此类项目上体现了良好的开放性和适应性。
  CX9000控制器自带以太网口,可以直接接入监控局域网。运行在CX9000上的TwinCAT控制软件也有丰富以太网通讯功能,比如TwinCAT OPC Server、Realtime Ethernet、Modbus TCP等等,用户可以灵活选择。对于RS485通讯接口,CX9000控制器自带2个RS485 PC接口,并可以通过KL6031端子模块扩展出任意数量的RS485总线。同时软件方面也提供标准的Modbus RTU或者自有RS485通讯的功能函数库,使控制器可以方便地与电量检测仪等第三方设备进行数据交换。另外TwinCAT软件允许多种编程方式,既可以梯形图编程又可以使用类似Basic的结构文本编程,并且可以多种编程语言嵌套控制工程网版权所有,这给工程师提供了很大的自由度。
  得益于BECKHOFF控制系统的以上特点,整个隧道电力监控项目有效利用UPS、电量检测仪、变压器温控仪和发电机设备自身的检测和通信功能,不需要额外增加电量变送器和检测传感

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