基于工业以太网的高速公路隧道配电自动化系统

摘要：在介绍甬金高速公路白峰岭隧道配电自动化系统工程背景的基础上，详细分析了工业以太网在高速公路隧道配电自动化系统设计思想、系统构成、功能模块及系统的设计。在INT—SCADA平台上开发甬金高速隧道配电自动化系统。实践表明系统运行情况良好。
关键词：工业以太网；高速公路；监控系统
　　高速公路隧道配电自动化系统是高速公路建设的重要组成部分。甬金高速公路白峰岭隧道工程由左右2个隧道构成。左隧道长1974m，右隧道长1540m，规划整个隧道配电容量为1500KVA，分为东西2个变电所。西端变电站是一个10KV配电系统和10／0．4KV变电系统，东端变电站是10／0．4KV变电系统。每个变电系统作为隧道配电自动化系统的1个子站。具体变电系统的结线如图1所示。每个子站按无人值班站设计，监控系统包括测控单元、串口集线器和工业以太网交换机。
1．1现场级控制层
　　现场级控制层中的监控单元要求运行稳定可靠，维护简单，同时又能满足工程的自动化设计要求。本方案选用南京因泰莱电器股份有限公司的PAl00、PA200、IDM20系列综合数字继电器综合测控装置，通过MODBUS现场总线与串口集线器和子站级控制层的前置工控机连接，其他智能装置如变压器温控器、柴油发电机控制器和UPS控制器也与前置工控机连接构成一个有机协调的单个10／0．4KV的变电站综合自动化系统。
1．2子站级控制层
　　子站级控制层是现场控制的关键。硬件采用性能可靠的研华工控机，系统软件采用MicrosoftWindows2000多任务多线程操作系统，应用软件采用INT—SCADA集成化监控系统软件。系统能实现遥测、遥信、遥控、遥调、报警显示、数据存储、统计报表和变电站优化运行控制等功能。子站级控制层的监控机具有对现场级控制层各种智能化设备完全的访问和控制能力，同时具有很强操作层次性，设置不同密码限制，不同操作人员更改操作不同对象。
    子站级控制层的工控机在整个网络全部瘫痪的情况下，还可以对本级系统进行控制和操作，子站之间互不干扰，保证了系统的独立、安全、可靠运行。
1．3网络管理
　　甬金高速公路白峰岭隧道线路长、电力系统复杂，如果采用现场总线技术难以满足实时性、安全性和可靠性的要求，所以在网络层采用光纤双冗余工业以太网技术。
　　工业以太网交换机采用东土电信一KIEN2000工业以太网交换机，它有2个上联冗余的100Mbids的光纤端口，利用上联冗余接口，可以组成自愈环网，提高系统可靠性。6个普通的10／100Mbids的双绞线端口，由于具有自适应功能，每个端口能自动地设置到10BASE—TX或100BASE—TX状态及全双工或半双工的运行模式。该设备可通过即插即用的方式连接，该功能节省启动时间。提供24V电源冗余，增强了网络及系统的可靠性。
1．4主站级控制层
　　工程因为隧道变电站与监控中心距离较远，故采用主／子站的通讯方式，中间连接通过四芯单模光纤。将现场控制层作为子站，主监控中心作为主站，主／子站通过工业以太网进行通讯。主监控中心采用2台服务器的冗余方式，监控机采用普通工业控制机。操作系统软件采用MicrosoftWindows2000操作系统，监控软件采用INT—SCADA软件。将子站前置监控机采集的电力数据通过光纤工业以太网送到主站，主站的通讯管理机采用DE一334。由于在本工程隧道群系统中共有子站2个，故监控主机还需带有通讯服务器HUB。
　　在主站控制系统中，主监控机连接通讯服务器，通讯服务器通过TCP／II）协议，连接通讯管理器。由于监控主机与子站控制机之间距离很远，设计每个子站控制机都是通过光纤与主机进行通讯连接，通讯方式为TCP／IP通讯协议。监控主机可以对每个子站控制机的数据采集，以达到对每个子站现场控制层的遥控、遥信、遥测等功能。
2 监控系统功能模块设计
本　　方案对配电系统的一次主设备实现保护、遥测、遥信、遥控、遥调，对二次设备和辅助设备实现远方控制和管理，实现综合全面的管理。配电系统内所有测控装置均采用微机型设备，通过通信网络与微机监控系统一起，构成整个综合自动化系统。
2．1数据采集
　　采集信号包括交流电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、直流输入模拟量、数字量等，并具有计算积分电度功能。系统可采集断路器位置、手车位置、接地开关位置等，就地显示状态并上传主机和调度端，其中开关变位信号优先传送。
2．2控制功能
　　接收并执行遥控命令及返送校验，各种开关、断路器均可通过电脑模拟手柄开关，实现变电站远程控制。
2．3人机界面
　　SCADA系统具有强大的人机界面设计功能，可设计各种游览画面，如一次系统图、系统结构图、虚拟仪表盘、中央信号屏、集中操作屏、屏面布置图、地理信息图、巡检线路图、二次原理图、二次接线图、各种曲线、棒图和控制信息显示等，只要INT—SCADA系统能采集到的信息均能在可组态的图片上显示出来，并能就地进行相关的控制操作，见图3。
2．4事件记录
　　数据采集准确可靠，并具备事故信号显示功能、事故分析和事件追忆功能、数据查询功能，且能保留告警事件，见图4。2．5报警功能
　　告警功能齐全准确，并以声光形式反馈，告警信号可手动和远动复归。告警包括开关、断路器变位告警，电流、电压等测量越限告警，SCADA系统故障告警，保护动作告警，接地信号告警。
2．6报表及打印功能
　　可按要求生成各种报表及曲线等，对各种图、报表、曲线可按小时、日、月、年进行打印。
2．7通讯功能
　　通讯方式符合TCP／II）规约的Intemet网络。3隧道配电自动化系统的开发实现SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一包含2层含义：一是分布式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即中心上位机系统。
    　　基于MicrosoftWindows2000的INT—SCADA集成化监控系统软件处于系统的站级控制层，监控组态平台是基于系统平台的大型应用软件，它集控制技术、人机界面技术、数据库技术、网络与通信技术于一体，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成控制系统功能的构建以及对现场设备的运行状态的检测，这给控制系统设计人员带来了很大的方便。
4 结语
　　在介绍甬金高速公路隧道电力系统工程背景的基础上，详细分析了基于工业以太网络的高速公路隧道配电自动化系统及其实现方法，系统结构采用分层、分布式网络总线方式，采用微机监控，能实现“遥信、遥测、遥控”功能，保证供电的安全可靠，为用户进行实时管理和监控提供直接、简单、有效的操作方法。甬金高速公路从2005年12月28日开通至今，整个配电自动化系统运行正常，对同类工程设计具有一定的参考价值。
参考文献:
[1]庄亚俊，等．以太网的监控系统的设计与应用[J]．微计算机信息，2005，（4）．
[2]江凡．高速公路隧道电力监控系统的功能[J]．公路，2OO2，（增）．
[3]王明年，何林生．隧道智能监控中心计算机系统[J]．公路交通科技，2001，（2）．
[4]宋颖华．高速公路隧道电力监控系统的方案设计[J]．东北公路，2OO0，（3）．
[5]昌月楼，杨利．分布式数据库技术的现状和发展方向[J]．计算机工程与科学，1995，（3）．
[6]沈娟，赵雄芳．对分布式数据库发展方向的分析[J]．计算机工程与科学，1994，（1）．

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                                                                                         编辑：陈东