CN101409460A - 一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置 - Google Patents

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孙麟
韩彦召
唐晓泉
夏明超
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Abstract

本发明及可视化防爆的DeviceNet现场总线分布式配电系统，硬件由执行单元控制层、数据采集保护层、可视化操作管理层及控制中心组成，所述的执行单元控制层包括真空断路器、真空接触器，数据采集保护层由电压数据采集元件、电流数据采集元件和分布式基于总线的负荷综合智能保护装置组成，数据采集保护层通过DeviceNet现场总线与可视化操作管理层连接，可视化操作管理层为上位机，上位机通过工业以太网连接控制中心；软件采用嵌入式组态软件安装在上位机内。本发明与现有技术相比，是由中压开关设备、变压器、低压配电设备组成的成套性产品，并配合软件与基于现场总线智能数据采集与控制器，实现远程数据的采集。

Description

一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置
[技术领域]
本发明专利涉及一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，更确切地说涉及可视化防爆的DeviceNet现场总线分布式配电系统。
[背景技术]
随着现代化工业的不断前进，人们对人性化的生产过程的控制提出了更高的要求。可视化、智能化、网络化、分散化代表当代自动化控制技术发展的主流方向，而现场总线技术正是促使自动化系统顺应这一发展要求的先进技术。DeviceNet是基于CAN总线的一种开放式现场总线技术，在世界各大供应商的共同努力下，已经成为普及率比较高的现场总线技术之一，在国内外得到较大范围的推广和应用。
在现行的危险场合的供配电系统中，供配电设备主要还是采用离散型的方式分布，这种方式存在许多缺点：如供配电设备分散、设备占地面积大、运输以及安装繁琐、不便于集中控制，电缆故障率高等等。不利于资源的节约与安全的保障。
[发明内容]
本发明的目的在于提供一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，实现对危险场合下各类电气设备的程序化、数字化、网络化控制。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：硬件部分由执行单元控制层、数据采集保护层、可视化操作管理层及控制中心组成，所述的执行单元控制层包括真空断路器、真空接触器，数据采集保护层由电压数据采集元件、电流数据采集元件和分布式基于总线的负荷综合智能保护装置组成，数据采集保护层通过DeviceNet现场总线与可视化操作管理层连接，可视化操作管理层为上位机，上位机通过工业以太网连接控制中心；软件部分采用嵌入式组态软件安装在上位机内。
所述的综合智能保护装置中设有一可采集、分析、换算、控制回路信号的智能芯片。
综合智能保护装置的硬件部分的电源分三路，一路是网络电源；一路是CPU智能芯片电源，提供综合智能保护装置的电源；一路是漏电闭锁接口模块的隔离电源。
硬件部分的信号传递为：信号输入，依次经过信号放大电路、信号输入转换电路、微处理器CPU、协议转换、DeviceNet网络传输；信号输出，由DeviceNet网络传输数据依次到微处理器CPU、数模转换、信号放大电路、信号输出传输。
嵌入式组态软件实现基于IEC61970统一信息交换平台，使用CIM作为系统数据模型，CIS作为系统接口规范；同时实现基于IEC61850的变电站自动化系统，以便与IED进行无缝集成。
在智能芯片上嵌入软件，软件与硬件相结合，包括集成RS-485串行通讯接口和以太网通讯控制器、EEPROM、以太网硬件接口以及协议转换微处理器MCU，所述的接口模块实现了RS-485串行通讯和以太网通讯接口的连接，在MCU微处理器里还嵌入了通讯软件及上位机监控软件。
本发明的主要特点有：
1.控制回路多；
2.输出电压等级多；
3.采用可视化的人机操作界面；
4.嵌入式操作软件使系统性能稳定可靠；
5.紧凑型、分布式的组合开关综保装置把故障范围缩至最小。
基于DeviceNet现场总线分布式智能终端模块，其使用环境特点是电网中性点不接地供电系统或中性点欠补偿接地系统，因此综合保护装置要能提供变电系统中电力开关的高级多功能保护，可对电网和设备起到监控和保护作用。同时，装置还具有通讯接口，可与其他设备联网构成危险场合的电网安全防控系统。能够把危险场所的设备电力参数，运行参数，电量信息，设备状态以及电力系统出故障的原因及故障录波数据发送到中心站，同时装置也能够接收中心站发出的遥控和复归等命令，并执行数据通讯。实现高压开关的“四遥”功能，真正实现危险场所变电所的无人值守。
灵控嵌入式电力自动化系统组态软件是为10kV(35kV)及以下危险场合开发的基于嵌入式的专用组态软件，具有很高的稳定性、可靠性和安全性。它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件，提供一个友好的用户界面，使用户可根据实际生产需要生成相应的应用软件。其特点如下：
1、组态方式
拥有美观方便、实用性强、专业完善的全中文操作界面和可视化组态环境。经过严格测试的专业设备库，便于用户快速准确地组态工程，工程调试也更为便捷。
提供丰富的电力行业图形库、各类Windows标准控件、各种图元和电力仪表。可实现过渡色、透明色、动画等友好的人机界面和符合电力操作规范的四遥画面。提供简单易用的脚本语言，可轻松实现复杂的控制操作和界面动画。
2、电力SCADA
采用多线程及实时数据库技术，拥有稳定可靠、实时高效、扩展性强、兼容性好的电力专业SCADA内核。
完全支持多种国际通用的现场总线和通信标准，如Profibus-DP、CAN、DeviceNet、Modbus、CDT、101/103、IEC61850、OPC、INTBUS、LFP等等。
提供支持国内外各主要厂商的中低压智能终端设备的驱动，包括苏州万龙、上海电科、SIEMENS、ABB、施耐德等等，用户可以直接使用。
能够以弹出式窗口、声音、语音、短信、电话和实时打印等方式进行报警，适用于无人值守。
3、网络结构
系统采用实时、开放的嵌入式CORBA平台，具有配置灵活、跨平台可移植性好、可扩展性强等优点。
支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、微波、电力载波和GPRS等多种连接方式，适应不同的场合。支持将不同的应用部署到不同的机器上，实现合理的负载均衡。
系统采用基于组件的软件开发技术，以应对需求变化和满足应用集成，同时提高系统的可扩展性和复用性。
4、安全设计
系统支持“三双”冗余功能，即双网络冗余、双系统冗余、双总线冗余，保证系统的稳定可靠。
采用基于RBAC的访问控制模型实现用户权限管理和访问控制，加上用户有效期时钟和集中授权鉴权，保证了系统的安全性。
5、嵌入式报表系统
提供嵌入式报表系统，便于信息的应用。通过制定报表计划还可以在指定的时间自动存储报表、打印报表和E-mail报表。
6、基于SOA的Web发布
使用Web Service技术实现面向服务架构的Web发布，用户可以通过Internet和Intranet方式使用Web浏览器远程授权监控实时画面、报表和报警信息。同时可以促进企业搭建SOA系统，有助于打破各个独立的IT系统之间的壁垒，最大程度地实现信息共享。
7、应用集成
基于IEC61850系列国际标准实现变电站自动化系统，可以与IED无缝通信集成；
基于IEC61970系列国际标准中CIM和CIS的统一信息交换平台，便于实现多个独立开发的EMS系统之间的集成，以及EMS系统与其他涉及电力系统运行的不同方面的系统，如配电管理系统(DMS)的集成。
本发明的有益效果是：是一种将中压开关设备、变压器、低压配电设备组装成一体的成套性产品。缩小了体积、节省了空间，同时可以降低40％~50％的电缆故障率，并有利于自动化控制和标准化管理。在专用的系统管理软件与基于现场总线智能数据采集与控制器支撑下，通过可视化的操作连接危险场合配电控制系统中的各种现场装置如真空断路器、真空接触器等现场装置的输入、输出信号，实现远程数据信息的采集，提高危险场合信息化管理水平大大提高综合安全性能，能产生有益的效果。
[附图说明]
图1为发明专利的基于总线智能控制系统拓扑框图。
参见图1，11为UPS，1为CPU，12为打印机，2为上位机，3为HMI，4为分布式智能控制器，5为执行单元，6为控制对象。
图2为本发明的综合智能保护装置主智能芯片CPU及外围电路原理示意图。
图3为本发明的主智能芯片的输入信号采集显示电路原理示意图。
[具体实施方式]
模拟量输入将信号传至信号放大，经过模数转换把差模转为共模，作为模数转换芯片MAX1270的输入，经过模数转换为数字量后，通过光藕传入CPU单片机。单片机收到数字量数据发送到DeviceNet网络上。DeviceNet网络上的数据收发，采用光藕隔离保护。
这里所述的主CPU指的是单片机，在DeviceNet网络上收到数据后，再通过并行口发到输出板上，经过光藕隔离数模芯片MAX525接收到CPU发送的数据，转换成模拟量后，经过运放LM348放大后，由模拟量输出输出。
拨盘SW用于测量电流和电压的切换。
电源电路采用的方式是RC加场效应管的开关振荡，24V直流输入，通过变压器输出二路，是完全隔离的，一路5V为CPU供电；另一路是正负14V，+14V由7805变成5V，为输入电路供电。
模拟量输入模块的运放输入前加滤波电路，参数选择精确，可以提供测量精度，使得模数转化的数据跳动很小。
模拟量输出模块的输出范围由硬件来实现。
模拟量输入电路包括四路输入电路、模数转换电路、光电隔离几部分。
模拟量输出电路包括四路输出电路、数模转换电路和光藕隔离几部分。
模拟量IO模块的研制在数字量IO模块的基础上进行的。基于模拟量模块的接线端子不多，尽量减小产品体积，模数、数模转换采用14点端子产品的外形。模拟量IO模块的输入、输出电路，需要正负12V的直流电源。在其它电源系统上改进的有：在原来DC-DC变压器上增加一个绕组、三个抽头，利用自激振荡后通过滤波得到正负14V电源，5V芯片用电源通过78L05对+14V电源降压获得。
模拟量IO模块采用的器件比数字量IO模块多，各个系统之间要求相互之间隔离。

Claims (6)

1.一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：硬件部分由执行单元控制层、数据采集保护层、可视化操作管理层及控制中心组成，所述的执行单元控制层包括真空断路器、真空接触器，数据采集保护层由电压数据采集元件、电流数据采集元件和分布式基于总线的负荷综合智能保护装置组成，数据采集保护层通过DeviceNet现场总线与可视化操作管理层连接，可视化操作管理层为上位机，上位机通过工业以太网连接控制中心；软件部分采用嵌入式组态软件安装在上位机内。
2.根据权利1所述的一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，其特征在于：所述的综合智能保护装置中设有一可采集、分析、换算、控制回路信号的智能芯片。
3.根据权利1所述的一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，其特征在于：综合智能保护装置的硬件部分的电源分三路，一路是网络电源；一路是CPU智能芯片电源，提供综合智能保护装置的电源；一路是漏电闭锁接口模块的隔离电源。
4.根据权利1所述的一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，其特征在于：硬件部分的信号传递为：信号输入，依次经过信号放大电路、信号输入转换电路、微处理器CPU、协议转换、DeviceNet网络传输；信号输出，由DeviceNet网络传输数据依次到微处理器CPU、数模转换、信号放大电路、信号输出传输。
5.根据权利1所述的一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，其特征在于：嵌入式组态软件实现基于IEC61970统一信息交换平台，使用CIM作为系统数据模型，CIS作为系统接口规范；同时实现基于IEC61850的变电站自动化系统，以便与IED进行无缝集成。
6.根据权利2所述的一种用于危险场合的可视化现场总线配电系统装置，其特征在于：在智能芯片上嵌入软件，软件与硬件相结合，包括集成RS-485串行通讯接口和以太网通讯控制器、EEPROM、以太网硬件接口以及协议转换微处理器MCU，所述的接口模块实现了RS-485串行通讯和以太网通讯接口的连接，在MCU微处理器里还嵌入了通讯软件及上位机监控软件。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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