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首都机场T3航站楼模拟屏与后台通讯解决方案

模拟屏中动态模拟屏是电力监控管理系统的重要组成部分。通过动态模拟屏可以实时地、直观地监视整个供电系统的运行状况。

首都国际机场T3航站楼这样的大型电力监控管理系统中,使用动态模拟屏可以提高监管的实时性和自动化程度,方便运行值班人员的日常监控和事故情况下的正确判断、即时处理,从而进一步提高了供配电系统的可靠性。

概述

首都国际机场T3C航站楼的供电系统规模很大,由一个10kV开闭站、6个柴油发电机房和22个变电室组成。这些开闭站、变电室和发电机房的地理位置分散,相距较远。

T3C电力监控管理系统在每个变电室安装有监控计算机前端机。前端机通过现场控制总线连接PLCRTU等各种终端监控设备,实时采集每个回路的断路器等变配电设备的运行/故障状态、电压电流等运行参数。

T3C的电工总值班室,设有T3C电力监控管理系统的工程师主站。该主站配备有9m×3m的大型动态模拟显示屏。模拟屏以配电系统主接线形式动态、实时显示该工程师主站所辖各个开闭站、变电室、发电机房的主要变、配电设备的运行/故障状态和主要运行参数。

由于T3C的模拟屏需要实时显示的信息量相当大,因此设一台专用的模拟屏监控计算机对其进行控制。计算机内插有多串口卡进行串口扩展。模拟屏监控计算机一方面从前端机获取实时信息,同时又通过这些RS-485串行通讯口和工业现场控制总线去控制模拟屏上的指示灯和LED数显表,从而保证模拟屏上所显示的状态和参数既与实际状况一致,又和工程师主站的电力监控管理服务器上所显示的状态和参数完全相同并同步刷新。

 

2    系统设计与分析

 

2.1系统结构及模拟屏的控制原理

T3C航站楼电力监控管理系统是建立在T3C航站楼地面运行网这个统一的 IP通讯平台上的一个虚拟子网。工程师主站的电力监控管理服务器、前端机和模拟屏监控计算机都通过地面运行网进行通讯和数据交换。

模拟屏监控计算机从开闭站、变电室的前端机以及监控柴油发电机组运行的服务器获取各种主要配电设备的实时状态信息和运行参数。这些数据经过处理后通过串口和现场控制总线发送到模拟屏的控制器,实现模拟屏显示状况的实时同步刷新。系统结构如图1所示。                  1 系统结构图


模拟屏的控制器采用工业智能遥信控制器JDGR-YX和工业智能遥测控制器JDGR-YC,控制器以 MCS-51单片机为核心,具有较强的数学逻辑运算能力,及非线性校正等功能。其中,JDGR-YX结合DAP-LED双色指示灯使用,可以显示红色、绿色、黄色三种状态,分别表示设备的合闸、分闸、故障状态;JDGR-YC结合LED数显表使用,可以显示工业现场的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因素等各种工业参数。控制器与模拟屏监控计算机之间通过RS-485接口进行通讯,采用N81 码,即 1 个起始位,8 个数据位,1 个停止位,无校验,通信波特率为19.2Kbps。采用Modbus-RTU 通信规约,支持06/10功能码,信息帧结构为:

地址码

功能码

数据区

CRC

8

8

N×8

16

每个JDGR-YX可驱动12个共阳型DAP-LED 双色指示灯(字母编号LEDALEDL);每个JDGR-YC支持5 位数据显示,显示范围–9999+99999

控制器的寄存器有2个字的地址空间,分别对应的不同的内容。

JDGR-YX控制器的0000H用于控制显示故障位状态(断路器故障信号)0001H用于控制显示工作位状态(断路器分合信号)。寄存器地址与内容对照表为:

0000H  Bit00 LEDA 故障位

0000H  Bit11 LEDL 故障位

0001H  Bit00 LEDA 工作位

0001H  Bit11 LEDL 工作位

JDGR-YC控制器寄存器地址与内容对照表为:

0000H  遥测数据高 16

0001H  遥测数据低 16

    根据上述对照表和信息帧的格式,当我们要实现控制任务:控制器地址为01LEDALEDD为红色,LEDELEDL 为绿色时,主机应发送的数据为:

01 10 00 00 00 0F 80 0D

2.2关于组态软件

T3C航站楼电力监控管理系统采用北京机械工业自动化研究所开发的JZN03组态软件作为监控平台。

JZN03组态软件是针对中高端的自动化应用开发的,专门设计了设备数据表,能对数据进行批量处理;可多线程同时处理多个通讯设备,通讯速度和稳定性倍受赞誉。

JZN03采用设备数据表+设备驱动程序的方式实现与外部设备的通讯,如图2所示。            2 JZN03通讯原理


设备数据表是系统提供的一块数组内存,大小为1000×1024,用来存放与外部设备进行交换的数据。设备驱动程序用来读取外部设备中的数据,放入设备数据表中的指定位置,如果发现设备数据表中的数据被修改,就把被修改的数据发送到外部设备。该组态软件提供了丰富的设备驱动程序,以适应不同通讯协议的设备。

在模拟屏的监控中,主要用到的有MB_RTUMB_RTU/TCPFMTCP三种驱动程序。其中,MB_RTU负责模拟屏监控计算机与模拟屏控制器之间的通讯;MB_RTU/TCP负责与发电机房终端设备的通讯;FMTCP负责驱动工程师主站服务器和变电室前端机间的交换数据。

 

2.3 JZN03组态软件对模拟屏的控制

如上所述,模拟屏监控计算机的组态软件中装有三个驱动程序:FMTCPMB_RTU/TCPMB_RTU。它们应定义或设置的设备数据表及各项参数分别为:

基于FMTCP驱动读数据时,对于所有与前端机通讯的设备应按图3所示的界面逐个进行参数和数据的定义。其中,远方服务器的端口号和IP应设置为子站前端机的端口号和IP;设备号与前端机的相同,起始地址为0,长度设置和前端机一致。当某一台前端机监控的所有的设备都定义完成时,在模拟屏监控计算机的组态软件中将自动生成相应的远程设备表。这样做了以后,就能保证系统运行时采集到的所有数据和前端机及工程师主站服务器的完全一致,并同步刷新。
                  3 与前端机通讯设备的参数数据定义



接下来,采用MB_RTU驱动将数据发送到模拟屏。模拟屏的控制器应定义为只写设备。根据控制器所连接的模拟屏监控计算机的串口号 (如图4所示),设置控制器的通讯端口参数。控制器的站号按控制器的地址设置。

采用10功能码写批量寄存器,数据格式为字处理,无符号整数,首地址和起始地址都为0,长度2个字。图5显示了以控制器1为例的设备数据表定义方法。      4 控制计算机和控制器通讯连接图   5 定义只写设备的参数数据表

 



完成设备数据表的定义后,在FMTCP设备表上定义需要显示在模拟屏上的状态点DI变量。同样在MB_RTU输出设备数据表上定义相应的DO变量,参照模拟屏控制器寄存器的地址对照表,将这些DO变量地址分别与模拟屏上对应各个LED双色灯的地址保持一致。值得注意的是,由于MODBUS通讯规约在高低字节上是取反的,所以在设置DO变量地址位号时需要将高低字节也取反。以对应LEDA工作位的DO变量为例,需要设置单元号为1,位号为.8,而不是.0。使用相似的方法定义遥测量,AI为输入量,AO为输出量发送到模拟屏,AO量用取反高低字节的处理方式。

最后,用变量传送功能将要显示的DI/AI变量对应传送给相应的DO/AO变量,这样就实现了对模拟屏的动态显示的控制。

 

3 结束语

模拟屏监控计算机通过组态软件控制模拟屏的实时动态显示,解决了将不同前端机采集的设备状态数据集中显示到一个模拟屏上的通讯问题,节省了二次开发通讯控制程序的成本。同时,实现了模拟屏上显示的状态和参数与电力监控管理服务器工作站上所显示的状态和参数同步刷新。提高了供配电系统的自动化程度,保证了系统的可靠性、实时性。几个月的运行表明,采用这种技术监控的模拟屏运行稳定,反应快速,显示效果良好,完全达到了预期的效果,满足了首都国际机场T3航站楼电力监控管理系统的要求

                                                                                                                            作者简介: 胡正华,北京机械工业自动化研究所2005级硕士研究生。


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