機場供電自動化實訓裝置

隨著經濟的高速發展,企業的用電量在急劇增加,人們對供電的穩定性、連續性等供電指標也提出了更高的要求。為了滿足社會進步的需要,世界上很多國家,特別是一些發達國家的供電系統已逐步向全面計算機智能化管理方向邁進,在供電方式上多采用網絡式供電,在供電設備方面全面實現電氣自動化,在系統管理上實現了計算機實時監控。這樣,管理人員在中央監控室既可完全掌握全系統的運行情況,又可進行遙控操作,隨時調整運行方式,對系統故障也能做出最迅速的反應"。首都機場是我國第一大航空港,機場內現有65個變電站,其中包括有110 kV, 35 kV降壓站各一個和63個10kV變電站及其送、變、配電的設備和線路, 65個變電站分布在方圓30 km的范圍內,實現供電自動化控制系統勢在必行。
1系統設計
機場供電自動化實訓裝置采用基于計算機局域網的分布式開放式系統結構, 各節點計算機通過標準以太網連接, 對于遠端的監視機采用無線網連接, 網絡拓撲結構采用總線型結構 ( IEEE802. 3 和IEEE802. 11) 。從結構上劃分主要由 3大部分組成: 現場采集部分、遠程數據通信部分和調度控制中心部分。3 個部分既相互獨立又有機地聯系在一起, 共同構成了電力調度監控系統。系統結構如圖 1。

圖1 系統結構示意圖
1. 1　現場采集部分
現場采集部分主要是用遠程傳輸裝置( RTU) 從一次儀表上采集各類實時數據,然后根據各個站的通信協議, 將采集數據傳給調度控制中心。站端RTU采用KJHD-2型分布式交流采樣遠動裝置, 運用數學模型, 對線路二次側交流電壓、電流信號直接采樣, 通過運算得到各種電量。該裝置具有面向用戶的開放式結構和良好的監視調試手段, 可以在線修改各種參數, 掉電時數據不會丟失。裝置采用了開放式工業控制機,板卡實現了模塊化, 并采用了雙 CPU、雙A/ D 轉換、微機變送、交流同步采樣、多級隔離, 具有大電流驅動能力的遙控輸出等技術。裝置具有安裝使用方便、運行可靠、數據準確、實時性高等特點。
1. 2　遠程數據通信部分
根據機場供電網的實際情況, 系統采用了兩種數據通信并存的方式, 即無線擴頻通信和有線電纜通信。數據傳輸協議采用部頒 Polling 通信協議。
無線通信部分采用了點對多點的工作模式, 調度中心用一臺 Cylink 64SMP Modem 和一副全向天線, 各個采集現場用一臺 Cylink 64SMP Modem 和一副定向天線, 將調度中心的Modem 設置為主單元,將采集現場的 Modem 設置為從單元, 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對點的工作模式, 在調度中心和各個采集現場分別一對一使用一塊普通 Mo-dem 卡,Modem 設置為 1. 2 kbps 數據率、8 位數據位、1 位停止位、無奇偶校驗的同步通信方式。
1. 3　調度控制中心部分
調度控制中心部分由前置機、主機、輔機、監視機、模擬屏、局域網等組成。前置機根據各個廠站協議的不同, 負責從各個廠站的 RT U 接收或請求發送/ 接收現場的數據, 然后根據協議對接收到的數據進行解包, 最后將解包后的數據放到網絡上供各類處理機實時接收處理。考慮到機場站點多的特殊情況,支持多前置機方案, 每個前置機最多可以采集 16 個站的數據。主機/ 輔機/ 監視機均從網上接收各類采集數據, 對接收到的數據做進一步的工程化加工處理、刷新當前已打開的各個畫面上的開關狀態、動態數據和實時曲線, 同時還要根據不同的機器類型確定是否響應用戶的各類請求和是否保存各類歷史數據等。局域網是網上各計算機之間的連接和通信的通道, 負責各計算機之間的實時信息傳輸, 并實現網上數據、設備共享。
2　實現要點
2. 1　基于開發平臺的設計思想研制具體的控制系統
首都機場供電自動化控制系統是基于自行研制的電力調度監控系統開發平臺建立起來的, 在設計和實現開發平臺時, 并沒有完全局限于某個具體的電力調度監控系統。整個監控系統的系統軟件主要由3 個部分組成: 采集系統、處理系統和開發系統。這 3 個系統的協調運行機理, 是整個系統的精髓所在。
要建立一個具體的電力調度監控系統, 首先利用開發系統定義新系統的系統參數和各類畫面文件, 然后啟動采集系統, 針對新系統定義前置機與采集廠站的接口參數, 最后啟動處理系統對用戶定義的畫面文件進行分組 ( 按用戶要求) , 便于對畫面的管理和調用, 整個系統就已經建成。
在處理系統中, 用戶可以打開任意一個畫面文件, 由于畫面上的對象與相對應的系統參數相關聯, 當系統數據發生變化時, 畫面上的對象也會發生改變, 即可反映出監測對象的動態變化過程。用戶打開的畫面文件越多, 同時監測的參數也就越多。用戶用開發系統建立的畫面文件越多, 具體監控系統的功能也就越強大, 因為畫面不僅可以反映對象的實時變化, 還可以對歷史數據進行統計分析, 結果顯示方式可以是圖形也可以是表格, 畫面表達能力的強弱僅受限于用戶設計畫面的水平高低。
處理系統與畫面之間的通信是實現系統協調運行的關鍵。在建立畫面文件時, 充分采用了面向對象的存儲技術 [ 2] , 亦即畫面上的每個對象 ( 如: 線條、采集數值、開關等) 不僅具有圖形特征, 而且還具有屬性特征。在處理系統中打開畫面文件時, 每個畫面根據各類對象屬性的不同, 建立需要動態更新的各類對象鏈表, 如: 實時數值對象鏈表、開關對象鏈表、曲線對象鏈表等。每當處理系統接收到新的數據或新的日期消息后, 通知當前打開的所有畫面, 這些畫面會根據消息性質的不同自動更新畫面上的相關對象, 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對象的編程技術。
在處理系統運行時, 利用多進程技術和進程間通信技術, 開發系統可以在線修改系統數據和新增或修改畫面文件, 大大地增強了系統的功能。
2. 2　點對多點的無線擴頻通信
機場內有多種無線通信設備, 包括長波、中波、短波和微波等各頻段的電波, 若采用常規無線電臺傳輸數據, 誤碼率極高, 根本無法正常采集數據[3] 。如何解決無線通信問題, 成了整個控制系統成功與否的關鍵問題。
項目設計時, 我們率先在國內采用了無線通信的最新技術——無線擴頻技術, 在機場這個無線電波復雜的環境下, 圓滿地解決了利用無線通信進行數據傳輸的難題, 并且率先在國內采用了點對多點通信模式, 同時也大大地節省了系統的投資。
1) 在調整定向天線的方向時, 定向天線發射的波瓣應對準全向天線的接收端, 也就是說, 在調整定向天線時, 不僅方向要正確, 而且天線的仰角也要正確。
2) 天線與電臺間的連接電纜, 尤其是全向天線的連接電纜, 應在 30 m 以內, 并要使用信號衰減小的電纜, 因為全向天線接收到的信號較定向天線弱。連接電纜在布線時, 碰到拐彎處不要有折角, 要圓滑過渡, 以防在連接電纜內發生信號輻射, 從而產生信號疊加。
3) 調試時, 試驗不同的發射頻率和尾隨機碼 ( PN 碼) 組合, 最后選擇全網能達到最佳的通信效果的發射頻率和 PN 碼組合。
4) 在點對多點通信時, 主電臺處于常收常發狀態, 而從電臺只是處于常收狀態, 只有請求發送時,才能發送數據, 且在發送完數據后, 在發送清除發送信號 CT S 信號前, 必須延遲至少 17 ms 以上。
鑒于點對多點Polling 通信模式的各種特殊情況, 可采用如下措施確保采集實時、穩定、可靠地運行。在系統中設置了 4 種類型的命令緩沖區: 立即命令緩沖區、手召數據命令緩沖區、整點補加命令緩沖區和巡檢命令緩沖區。巡檢命令緩沖區又分為 Polling 站緩沖區和巡檢幀序列緩沖區。同時還給每類命令設置了是否需要接收幀數據的標志, 很好地實現了各類命令有條不紊地執行。
采用以上措施, 不僅解決了各類命令調度的問題, 因巡檢時采用每個站一幀的策略, 大大加快了Polling 站輪詢的速度, 可以更及時地接收到順序事件數據 ( 因為順序事件可以插入任何幀中傳送) , 而且巡檢幀序列可以由用戶在系統中設置, 增加了巡檢方式的靈活性。
2. 3　電腦語音自動合成
在監控系統領域, 有很多系統越來越多地采用了多媒體技術, 主要包括圖像監視和聲音提示兩個方面, 圖像監視屬于監控系統的另一類系統, 聲音提示應用于各類監控系統中, 以親切、友好的形式得到使用者的親睞。
一般監控系統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,不能針對具體的監控對象和監控現場自動地合成要求提示的語音, 如: 不能報出站號、點號或事故發生的時間等參數, 大大限制了多媒體語音報警的功能和效果。
我們緊跟多媒體技術的最新發展, 將所有國標漢字、英文字母和數字等符號做成了聲庫, 然后根據語音提示的字符串, 自動合成電腦語音, 然后播放出來。該系統具有極大的靈活性和實用性, 可廣泛應用于各類系統的多媒體語音報警和提示, 真正達到應用化的程度。
3 結　語
該系統的設計與實現充分地體現了電網調度監控系統的 90 年代國際先進水平, 即面向用戶的開放式電網調度監控系統 [ 1] 。首都機場供電自動化控制系統的實現, 大大地改進了首都機場傳統的供電管理方式, 提高了工作效率和工作質量。