專利名稱：低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，0.4kv電壓等級的電氣設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)有二種形式第一種形式是系統(tǒng)建立在使用傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上。系統(tǒng)依靠單一電磁繼電器的各種組合來完成對電氣設(shè)備的保護(hù)；使用各種常規(guī)表計和信號電纜完成信號的遠(yuǎn)傳；電氣設(shè)備的控制是依靠硬接點(diǎn)控制方式，每一個控制點(diǎn)就需要一對控制線；對系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)和控制邏輯的判別還需人工完成；對電氣設(shè)備的運(yùn)行多項數(shù)據(jù)還需人工定時抄錄完成。
這種形式由于大量使用常規(guī)的電磁繼電器、表計和各種電纜，使得系統(tǒng)建設(shè)成本高。設(shè)備器件的增加又使得日常維護(hù)工作量大，可靠性降低。人工進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)和控制以及數(shù)據(jù)抄錄工作，使得系統(tǒng)控制容易出錯、系統(tǒng)調(diào)節(jié)緩慢，精度低，系統(tǒng)無法達(dá)到最好的工作狀態(tài)。
據(jù)統(tǒng)計核算，僅在耗費(fèi)使用各種電纜成本方面每個模擬信號的上傳需一對導(dǎo)線；每臺電氣設(shè)備至少需2個信號上傳。
每個開關(guān)狀態(tài)信號的上傳需一對導(dǎo)線，每臺電氣設(shè)備則需4～8個信號上傳。
對每臺電氣設(shè)備的控制信號，也是通過控制電纜傳輸，每個命令需一對導(dǎo)線，每臺電氣設(shè)備至少要2～4個控制命令。
低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)中電氣設(shè)備的數(shù)量是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模而定的，一般在30～200臺左右，集中控制室和電氣設(shè)備的安裝位置兩地距離一般在幾十米至幾百米，則系統(tǒng)所需電纜的導(dǎo)線對數(shù)，將乘以電氣設(shè)備臺數(shù)，長度乘以距離，此項成本占工程造價約占15～20％。
第二種形式是借用于高壓輸配電系統(tǒng)的電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用于0.4kv電壓等級的低壓配電系統(tǒng)。這類系統(tǒng)相比第一種形式雖然自動化程度有所提高，但系統(tǒng)組成相對低壓系統(tǒng)的要求顯得過于復(fù)雜、成本高、體積龐大，部分場合仍采用由各種電量變送器、數(shù)目可觀的連接電纜、現(xiàn)場管理機(jī)柜、總站管理系統(tǒng)組成，不僅系統(tǒng)成本巨大，實(shí)時維護(hù)、故障處理復(fù)雜，體積龐大，并且對管理人員的技術(shù)素質(zhì)要求很高，這也是長期以來僅在高中壓輸變電系統(tǒng)應(yīng)用的主要原因。
上述二種形式的系統(tǒng)中的繼電保護(hù)功能，僅有常規(guī)的電流、電壓保護(hù)，而對于電氣設(shè)備危害極大的電弧光發(fā)電，只能在已對電氣設(shè)備造成較大的實(shí)質(zhì)損壞后，才能采用相應(yīng)的保護(hù)措施，而無法將事故切除在萌芽狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計對于電弧光放電，常規(guī)的保護(hù)動作時間為100ms～500ms。
以下為國外的資料介紹的各種燃弧時間下對設(shè)備造成的損壞程度-35ms沒有顯著的損壞，一般可以在檢驗絕緣電阻后投入使用。
-100ms損壞較小，在再次投運(yùn)以前需要進(jìn)行清潔或某些小的修理。
-500ms設(shè)備損壞很嚴(yán)重，在現(xiàn)場的人員也受到嚴(yán)重的傷害，必須更換部分設(shè)備更換才可以再投入運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，提供一種成本低、功能全、自動化程度高，操控維護(hù)方便的低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)由間隔層、通訊處理層和監(jiān)控管理層三部分組成，其特征在于，間隔層設(shè)有多個智能監(jiān)控管理裝置，各智能監(jiān)控管理裝置與通訊處理層中的串口服務(wù)器之間由現(xiàn)場總線連接，串口服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)由以太網(wǎng)線分別與監(jiān)控管理層中的監(jiān)控主站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和工程師站連接。
所述的低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的智能監(jiān)控管理裝置，由數(shù)字采集信號處理器和可編程邏輯器件構(gòu)成。
本實(shí)用新型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是由于其各層之間的信息數(shù)據(jù)交流，應(yīng)用Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)通訊技術(shù)，支持常用的多種通信規(guī)約，從而構(gòu)建分散、分布型的通訊網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)互連能力，因而，僅通過一根通訊電纜即可實(shí)現(xiàn)各層之間的信息數(shù)據(jù)交流、控制信號的傳遞；同時，由于監(jiān)控系統(tǒng)軟件融合了新型的四元交集結(jié)構(gòu)智能控制原理，即人工智能(ArtificialIntelligence)；自動控制(Automatic Cybernetics)、運(yùn)籌學(xué)(Operation Research)、信息論(Information Theory，Informatics)，因而，最終形成智能控制，實(shí)現(xiàn)了高性價比的低壓監(jiān)控系統(tǒng)。由此可見，本低壓監(jiān)控系統(tǒng)對0.4kv電壓等級的電氣設(shè)備具有自動化、信息化、系統(tǒng)化管理，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的繼電保護(hù)、遠(yuǎn)程操作和程序控制、電能監(jiān)測和管理等多項功能，全面實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、數(shù)字保護(hù)、綜合顯示及網(wǎng)絡(luò)通訊一體化功能，并以其低價格、小體積、高精度、高可靠性、全面化、高兼容性、高靈活性的特點(diǎn)，使得電氣自動化監(jiān)控技術(shù)的全面普及應(yīng)用成為可能。


圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
系統(tǒng)連接關(guān)系見附圖1，本實(shí)用新型低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)是分層分布式，由間隔層1、通訊處理層2和監(jiān)控管理層3三部分組成。間隔層1中設(shè)有多個智能監(jiān)控管理裝置4。智能監(jiān)控管理裝置由數(shù)字采集信號處理器(DSP)和可編程邏輯器件(CPLD)構(gòu)成。該間隔層還可以設(shè)置多個其他的監(jiān)控裝置5。智能監(jiān)控管理裝置4通過PROFIBUS現(xiàn)場總線6分別連接后，與通訊處理層2的串口服務(wù)器8相連，其他監(jiān)控裝5也可以通過MODBUS現(xiàn)場總線7，與通訊處理層2中的串口服務(wù)器8相連。串口服務(wù)器與通訊處理層2中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)9相連，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過以太網(wǎng)線10與監(jiān)控管理層3相連。監(jiān)控管理層3包括工程師站11，監(jiān)控主站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器12，。
其中間隔層1中安裝的智能監(jiān)控管理裝置，在橫向按電氣控制設(shè)備進(jìn)行一一配置，將能夠反映電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的電流電壓等模擬量和控制開關(guān)狀態(tài)信號接入智能監(jiān)控管理裝置，并將監(jiān)控管理層3能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備進(jìn)行控制的信號輸出到電氣控制設(shè)備上。這樣，智能監(jiān)控管理裝置，就能夠采集各電氣設(shè)備的各種信號，并能夠執(zhí)行各項控制命令和參數(shù)調(diào)整命令，控制電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、監(jiān)控功能。
對于電弧光保護(hù)則由弧光傳感器和智能監(jiān)控管理裝置實(shí)現(xiàn)，弧光傳感器可放置在電氣控制設(shè)備的相應(yīng)位置(一般安裝在母線室內(nèi)，以檢測母線故障)，通過光纖連接到智能監(jiān)控管理裝置，電弧光保護(hù)使用光纖監(jiān)測電弧光信號，智能監(jiān)控管理裝置中的檢測模塊對光靈敏度是可調(diào)的，調(diào)整范圍從10klux至50klux。根據(jù)故障產(chǎn)生時的兩個判斷條件弧光及電流增量。當(dāng)同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出保護(hù)命令，從而使事故在對電氣設(shè)備造成實(shí)質(zhì)損壞前消除故障或使故障無法擴(kuò)大。從而進(jìn)一步保證電弧光保護(hù)的安全性，有效地切除故障，對電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)高可靠性、快速的全面保護(hù)。
通訊處理層2含有串口服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。對間隔層它應(yīng)用PROFIBUS通訊接口方式，規(guī)約采用IEC870-5-103國際標(biāo)準(zhǔn)的繼電保護(hù)配套規(guī)約；對于監(jiān)控管理層3采用以太網(wǎng)絡(luò)通信，集成多種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口規(guī)約，實(shí)現(xiàn)搜集轉(zhuǎn)發(fā)各個智能監(jiān)控管理裝置以及其他設(shè)備的上傳信息，并接收下達(dá)控制命令及調(diào)整參數(shù)命令，是系統(tǒng)控制信息流動的轉(zhuǎn)接點(diǎn)。
監(jiān)控管理層3，配置工程師站、監(jiān)控主站和數(shù)據(jù)服務(wù)器。監(jiān)控層內(nèi)部以及對通訊層的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用以太網(wǎng)線連接，建立人機(jī)交換界面，在系統(tǒng)自動監(jiān)控運(yùn)行的同時，有條件的接受人工操作指令。監(jiān)控層軟件以主流操作系統(tǒng)Windows NT為平臺，按照國際上先進(jìn)的Client/server架構(gòu)，自行設(shè)計高效、強(qiáng)大的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，采用SQL Server 2000作為歷史數(shù)據(jù)庫。
低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件融合了新型的四元交集結(jié)構(gòu)智能控制原理，即人工智能(Artificial Intelligence)；自動控制(Automatic Cybernetics)、運(yùn)籌學(xué)(Operation Research)、信息論(Information Theory，Informatics)，最終形成智能控制，實(shí)現(xiàn)高性價比的低壓監(jiān)控系統(tǒng)。
低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其各層之間的信息數(shù)據(jù)交流，應(yīng)用Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)通訊技術(shù)，支持常用的多種通信規(guī)約，從而構(gòu)建分散、分布型的通訊網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)互連能力，僅通過一根通訊電纜實(shí)現(xiàn)各層之間的信息數(shù)據(jù)交流、控制信號的傳遞。
其工作過程如下間隔層1的智能監(jiān)控管理裝置通過對電氣設(shè)備的運(yùn)行電流、電壓、相位以及電氣控制設(shè)備的各種開關(guān)狀態(tài)包括來自弧光傳感器的信號，分別進(jìn)行檢測，其中將一部分?jǐn)?shù)據(jù)用于功率、功率因數(shù)、電度方面的計算；一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)功能方面運(yùn)算。裝置按照系統(tǒng)軟件設(shè)計要求，根據(jù)所計算的數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷電氣設(shè)備是否處于故障狀態(tài)或存在故障隱患，從而進(jìn)行控制輸出或出口(分?jǐn)嚯姎饪刂崎_關(guān)或音響告警)。
裝置還接受電氣負(fù)荷設(shè)備的各種開關(guān)量輸入并通過PROFIBUS現(xiàn)場總線上傳，為監(jiān)控管理層控制命令的正確發(fā)出提供判斷依據(jù)。同時還接受并執(zhí)行上級控制命令的能力，可以直接分?jǐn)?閉合電氣控制開關(guān)，其控制功能滿足要求。
通訊層2中的串口服務(wù)器8面向間隔層通過PROFIBUS現(xiàn)場總線接受或發(fā)各種數(shù)據(jù)、控制命令，同時還對其他的監(jiān)控裝置的其他通訊方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)9，擴(kuò)展通訊接點(diǎn)數(shù)，接受/發(fā)送數(shù)據(jù)至監(jiān)控管理層3。通訊層2完成將間隔層上傳的各項實(shí)測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)、各類事件報告和事故報告，轉(zhuǎn)換成符合以太網(wǎng)通訊格式的形式，上傳到監(jiān)控管理層。同時，通訊層2又將監(jiān)控管理層下達(dá)的針對間隔層某臺裝置的各種控制命令、參數(shù)修改等，轉(zhuǎn)換成符合PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊格式，下達(dá)到間隔層，完成上傳下達(dá)的任務(wù)。
監(jiān)控管理層3的監(jiān)控主機(jī)12工作是接受通訊層轉(zhuǎn)接的、來自間隔層1的全部信息并實(shí)時存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并通過友好的人機(jī)界面和數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)電氣負(fù)荷設(shè)備的監(jiān)視，按系統(tǒng)監(jiān)控程序，通過通訊層2的轉(zhuǎn)接，發(fā)出各種控制命令和調(diào)節(jié)參數(shù)命令。
監(jiān)控管理層3的控制過程是在收集了上傳的相關(guān)的信息后，完成對電氣控制設(shè)備的各種狀態(tài)的識別以及電氣聯(lián)鎖邏輯關(guān)系的判別，按照系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計要求，發(fā)布各項控制命令和參數(shù)調(diào)整命令，并將各種實(shí)時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，便于今后的各類文檔報表的處理。
本實(shí)用新型低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，對0.4kv電壓等級的電氣設(shè)備能夠全面實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、數(shù)字保護(hù)、綜合顯示及網(wǎng)絡(luò)通訊一體化功能，以其低價格、小體積、高精度、高可靠性、全面化、高兼容性、高靈活性的特點(diǎn)，使得電氣自動化監(jiān)控技術(shù)的全面普及應(yīng)用成為可能。
權(quán)利要求1.一種低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，由間隔層、通訊處理層和監(jiān)控管理層三部分組成，其特征在于，間隔層(1)設(shè)有多個智能監(jiān)控管理裝置(4)，各智能監(jiān)控管理裝置與通訊處理層(2)中的串口服務(wù)器(8)之間由現(xiàn)場總線(6)連接，串口服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(9)連接，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)由以太網(wǎng)線(10)分別與監(jiān)控管理層(3)中的監(jiān)控主站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(12)、工程師站(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的間隔層(1)中的智能監(jiān)控管理裝置(4)由數(shù)字采集信號處理器和可編程邏輯器件構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的間隔層(1)還設(shè)置多個其他的監(jiān)控裝置(5)，由現(xiàn)場總線(7)，與通訊處理層(2)中的串口服務(wù)器(8)相連。
專利摘要低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)屬電氣控制技術(shù)領(lǐng)域。其所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、功能全、自動化程度高，操控維護(hù)方便的低壓電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)。其技術(shù)要點(diǎn)是該系統(tǒng)由間隔層、通訊層和監(jiān)控管理層三部分組成，間隔層(1)設(shè)有多個智能監(jiān)控管理裝置(4)，各智能監(jiān)控管理裝置與通訊處理層(2)中的串口服務(wù)器(8)之間由現(xiàn)場總線(6)連接，串口服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(9)連接，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)由以太網(wǎng)線(10)分別與監(jiān)控管理層(3)中的監(jiān)控主站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(12)、工程師站(11)連接。與運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)備的保護(hù)、控制、管理的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為合理、系統(tǒng)性能、技術(shù)含量大大提高，工程造價顯著降低。
文檔編號G05B19/408GK2914158SQ200620073538
公開日2007年6月20日 申請日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月5日
發(fā)明者王海東, 袁子建 申請人:王海東, 合肥普泰電氣有限公司