機(jī)場供電自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)裝置

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,企業(yè)的用電量在急劇增加,人們對供電的穩(wěn)定性、連續(xù)性等供電指標(biāo)也提出了更高的要求。為了滿足社會(huì)進(jìn)步的需要,世界上很多國家,特別是一些發(fā)達(dá)國家的供電系統(tǒng)已逐步向全面計(jì)算機(jī)智能化管理方向邁進(jìn),在供電方式上多采用網(wǎng)絡(luò)式供電,在供電設(shè)備方面全面實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化,在系統(tǒng)管理上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣,管理人員在中央監(jiān)控室既可完全掌握全系統(tǒng)的運(yùn)行情況,又可進(jìn)行遙控操作,隨時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式,對系統(tǒng)故障也能做出最迅速的反應(yīng)"。首都機(jī)場是我國第一大航空港,機(jī)場內(nèi)現(xiàn)有65個(gè)變電站,其中包括有110 kV, 35 kV降壓站各一個(gè)和63個(gè)10kV變電站及其送、變、配電的設(shè)備和線路, 65個(gè)變電站分布在方圓30 km的范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)勢在必行。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)場供電自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)裝置采用基于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的分布式開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接, 對于遠(yuǎn)端的監(jiān)視機(jī)采用無線網(wǎng)連接, 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型結(jié)構(gòu) ( IEEE802. 3 和IEEE802. 11) 。從結(jié)構(gòu)上劃分主要由 3大部分組成: 現(xiàn)場采集部分、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信部分和調(diào)度控制中心部分。3 個(gè)部分既相互獨(dú)立又有機(jī)地聯(lián)系在一起, 共同構(gòu)成了電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
1. 1　現(xiàn)場采集部分
現(xiàn)場采集部分主要是用遠(yuǎn)程傳輸裝置( RTU) 從一次儀表上采集各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),然后根據(jù)各個(gè)站的通信協(xié)議, 將采集數(shù)據(jù)傳給調(diào)度控制中心。站端RTU采用KJHD-2型分布式交流采樣遠(yuǎn)動(dòng)裝置, 運(yùn)用數(shù)學(xué)模型, 對線路二次側(cè)交流電壓、電流信號直接采樣, 通過運(yùn)算得到各種電量。該裝置具有面向用戶的開放式結(jié)構(gòu)和良好的監(jiān)視調(diào)試手段, 可以在線修改各種參數(shù), 掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。裝置采用了開放式工業(yè)控制機(jī),板卡實(shí)現(xiàn)了模塊化, 并采用了雙 CPU、雙A/ D 轉(zhuǎn)換、微機(jī)變送、交流同步采樣、多級隔離, 具有大電流驅(qū)動(dòng)能力的遙控輸出等技術(shù)。裝置具有安裝使用方便、運(yùn)行可靠、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性高等特點(diǎn)。
1. 2　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信部分
根據(jù)機(jī)場供電網(wǎng)的實(shí)際情況, 系統(tǒng)采用了兩種數(shù)據(jù)通信并存的方式, 即無線擴(kuò)頻通信和有線電纜通信。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用部頒 Polling 通信協(xié)議。
無線通信部分采用了點(diǎn)對多點(diǎn)的工作模式, 調(diào)度中心用一臺(tái) Cylink 64SMP Modem 和一副全向天線, 各個(gè)采集現(xiàn)場用一臺(tái) Cylink 64SMP Modem 和一副定向天線, 將調(diào)度中心的Modem 設(shè)置為主單元,將采集現(xiàn)場的 Modem 設(shè)置為從單元, 主單元和從單元利用同一射頻 ( RF) 通道。
有線通信部分采用了點(diǎn)對點(diǎn)的工作模式, 在調(diào)度中心和各個(gè)采集現(xiàn)場分別一對一使用一塊普通 Mo-dem 卡,Modem 設(shè)置為 1. 2 kbps 數(shù)據(jù)率、8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、無奇偶校驗(yàn)的同步通信方式。
1. 3　調(diào)度控制中心部分
調(diào)度控制中心部分由前置機(jī)、主機(jī)、輔機(jī)、監(jiān)視機(jī)、模擬屏、局域網(wǎng)等組成。前置機(jī)根據(jù)各個(gè)廠站協(xié)議的不同, 負(fù)責(zé)從各個(gè)廠站的 RT U 接收或請求發(fā)送/ 接收現(xiàn)場的數(shù)據(jù), 然后根據(jù)協(xié)議對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包, 最后將解包后的數(shù)據(jù)放到網(wǎng)絡(luò)上供各類處理機(jī)實(shí)時(shí)接收處理。考慮到機(jī)場站點(diǎn)多的特殊情況,支持多前置機(jī)方案, 每個(gè)前置機(jī)最多可以采集 16 個(gè)站的數(shù)據(jù)。主機(jī)/ 輔機(jī)/ 監(jiān)視機(jī)均從網(wǎng)上接收各類采集數(shù)據(jù), 對接收到的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的工程化加工處理、刷新當(dāng)前已打開的各個(gè)畫面上的開關(guān)狀態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)曲線, 同時(shí)還要根據(jù)不同的機(jī)器類型確定是否響應(yīng)用戶的各類請求和是否保存各類歷史數(shù)據(jù)等。局域網(wǎng)是網(wǎng)上各計(jì)算機(jī)之間的連接和通信的通道, 負(fù)責(zé)各計(jì)算機(jī)之間的實(shí)時(shí)信息傳輸, 并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)據(jù)、設(shè)備共享。
2　實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
2. 1　基于開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想研制具體的控制系統(tǒng)
首都機(jī)場供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)是基于自行研制的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)建立起來的, 在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)開發(fā)平臺(tái)時(shí), 并沒有完全局限于某個(gè)具體的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件主要由3 個(gè)部分組成: 采集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)。這 3 個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)理, 是整個(gè)系統(tǒng)的精髓所在。
要建立一個(gè)具體的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng), 首先利用開發(fā)系統(tǒng)定義新系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)和各類畫面文件, 然后啟動(dòng)采集系統(tǒng), 針對新系統(tǒng)定義前置機(jī)與采集廠站的接口參數(shù), 最后啟動(dòng)處理系統(tǒng)對用戶定義的畫面文件進(jìn)行分組 ( 按用戶要求) , 便于對畫面的管理和調(diào)用, 整個(gè)系統(tǒng)就已經(jīng)建成。
在處理系統(tǒng)中, 用戶可以打開任意一個(gè)畫面文件, 由于畫面上的對象與相對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)聯(lián), 當(dāng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí), 畫面上的對象也會(huì)發(fā)生改變, 即可反映出監(jiān)測對象的動(dòng)態(tài)變化過程。用戶打開的畫面文件越多, 同時(shí)監(jiān)測的參數(shù)也就越多。用戶用開發(fā)系統(tǒng)建立的畫面文件越多, 具體監(jiān)控系統(tǒng)的功能也就越強(qiáng)大, 因?yàn)楫嬅娌粌H可以反映對象的實(shí)時(shí)變化, 還可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 結(jié)果顯示方式可以是圖形也可以是表格, 畫面表達(dá)能力的強(qiáng)弱僅受限于用戶設(shè)計(jì)畫面的水平高低。
處理系統(tǒng)與畫面之間的通信是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的關(guān)鍵。在建立畫面文件時(shí), 充分采用了面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)技術(shù) [ 2] , 亦即畫面上的每個(gè)對象 ( 如: 線條、采集數(shù)值、開關(guān)等) 不僅具有圖形特征, 而且還具有屬性特征。在處理系統(tǒng)中打開畫面文件時(shí), 每個(gè)畫面根據(jù)各類對象屬性的不同, 建立需要?jiǎng)討B(tài)更新的各類對象鏈表, 如: 實(shí)時(shí)數(shù)值對象鏈表、開關(guān)對象鏈表、曲線對象鏈表等。每當(dāng)處理系統(tǒng)接收到新的數(shù)據(jù)或新的日期消息后, 通知當(dāng)前打開的所有畫面, 這些畫面會(huì)根據(jù)消息性質(zhì)的不同自動(dòng)更新畫面上的相關(guān)對象, 建立對象鏈表是為了加快畫面對象的更新速度。這里充分采用了面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)。
在處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí), 利用多進(jìn)程技術(shù)和進(jìn)程間通信技術(shù), 開發(fā)系統(tǒng)可以在線修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)和新增或修改畫面文件, 大大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能。
2. 2　點(diǎn)對多點(diǎn)的無線擴(kuò)頻通信
機(jī)場內(nèi)有多種無線通信設(shè)備, 包括長波、中波、短波和微波等各頻段的電波, 若采用常規(guī)無線電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù), 誤碼率極高, 根本無法正常采集數(shù)據(jù)[3] 。如何解決無線通信問題, 成了整個(gè)控制系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵問題。
項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí), 我們率先在國內(nèi)采用了無線通信的最新技術(shù)——無線擴(kuò)頻技術(shù), 在機(jī)場這個(gè)無線電波復(fù)雜的環(huán)境下, 圓滿地解決了利用無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題, 并且率先在國內(nèi)采用了點(diǎn)對多點(diǎn)通信模式, 同時(shí)也大大地節(jié)省了系統(tǒng)的投資。
1) 在調(diào)整定向天線的方向時(shí), 定向天線發(fā)射的波瓣應(yīng)對準(zhǔn)全向天線的接收端, 也就是說, 在調(diào)整定向天線時(shí), 不僅方向要正確, 而且天線的仰角也要正確。
2) 天線與電臺(tái)間的連接電纜, 尤其是全向天線的連接電纜, 應(yīng)在 30 m 以內(nèi), 并要使用信號衰減小的電纜, 因?yàn)槿蛱炀€接收到的信號較定向天線弱。連接電纜在布線時(shí), 碰到拐彎處不要有折角, 要圓滑過渡, 以防在連接電纜內(nèi)發(fā)生信號輻射, 從而產(chǎn)生信號疊加。
3) 調(diào)試時(shí), 試驗(yàn)不同的發(fā)射頻率和尾隨機(jī)碼 ( PN 碼) 組合, 最后選擇全網(wǎng)能達(dá)到最佳的通信效果的發(fā)射頻率和 PN 碼組合。
4) 在點(diǎn)對多點(diǎn)通信時(shí), 主電臺(tái)處于常收常發(fā)狀態(tài), 而從電臺(tái)只是處于常收狀態(tài), 只有請求發(fā)送時(shí),才能發(fā)送數(shù)據(jù), 且在發(fā)送完數(shù)據(jù)后, 在發(fā)送清除發(fā)送信號 CT S 信號前, 必須延遲至少 17 ms 以上。
鑒于點(diǎn)對多點(diǎn)Polling 通信模式的各種特殊情況, 可采用如下措施確保采集實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。在系統(tǒng)中設(shè)置了 4 種類型的命令緩沖區(qū): 立即命令緩沖區(qū)、手召數(shù)據(jù)命令緩沖區(qū)、整點(diǎn)補(bǔ)加命令緩沖區(qū)和巡檢命令緩沖區(qū)。巡檢命令緩沖區(qū)又分為 Polling 站緩沖區(qū)和巡檢幀序列緩沖區(qū)。同時(shí)還給每類命令設(shè)置了是否需要接收幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志, 很好地實(shí)現(xiàn)了各類命令有條不紊地執(zhí)行。
采用以上措施, 不僅解決了各類命令調(diào)度的問題, 因巡檢時(shí)采用每個(gè)站一幀的策略, 大大加快了Polling 站輪詢的速度, 可以更及時(shí)地接收到順序事件數(shù)據(jù) ( 因?yàn)轫樞蚴录梢圆迦肴魏螏袀魉? , 而且巡檢幀序列可以由用戶在系統(tǒng)中設(shè)置, 增加了巡檢方式的靈活性。
2. 3　電腦語音自動(dòng)合成
在監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域, 有很多系統(tǒng)越來越多地采用了多媒體技術(shù), 主要包括圖像監(jiān)視和聲音提示兩個(gè)方面, 圖像監(jiān)視屬于監(jiān)控系統(tǒng)的另一類系統(tǒng), 聲音提示應(yīng)用于各類監(jiān)控系統(tǒng)中, 以親切、友好的形式得到使用者的親睞。
一般監(jiān)控系統(tǒng)中的語音提示都采用播放聲音文件( * . WAV) 的方式 [ 4] , 這種方式簡單, 但靈活性差,不能針對具體的監(jiān)控對象和監(jiān)控現(xiàn)場自動(dòng)地合成要求提示的語音, 如: 不能報(bào)出站號、點(diǎn)號或事故發(fā)生的時(shí)間等參數(shù), 大大限制了多媒體語音報(bào)警的功能和效果。
我們緊跟多媒體技術(shù)的最新發(fā)展, 將所有國標(biāo)漢字、英文字母和數(shù)字等符號做成了聲庫, 然后根據(jù)語音提示的字符串, 自動(dòng)合成電腦語音, 然后播放出來。該系統(tǒng)具有極大的靈活性和實(shí)用性, 可廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)的多媒體語音報(bào)警和提示, 真正達(dá)到應(yīng)用化的程度。
3 結(jié) 　語
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)充分地體現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的 90 年代國際先進(jìn)水平, 即面向用戶的開放式電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng) [ 1] 。首都機(jī)場供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn), 大大地改進(jìn)了首都機(jī)場傳統(tǒng)的供電管理方式, 提高了工作效率和工作質(zhì)量。

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