CN2914158Y - 低压电气自动化监控系统 - Google Patents

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Abstract

低压电气自动化监控系统属电气控制技术领域。其所要解决的技术问题是：提供一种成本低、功能全、自动化程度高，操控维护方便的低压电气自动化监控系统。其技术要点是：该系统由间隔层、通讯层和监控管理层三部分组成，间隔层(1)设有多个智能监控管理装置(4)，各智能监控管理装置与通讯处理层(2)中的串口服务器(8)之间由现场总线(6)连接，串口服务器与网络交换机(9)连接，网络交换机由以太网线(10)分别与监控管理层(3)中的监控主站和数据库服务器(12)、工程师站(11)连接。与运用传统技术进行电气设备的保护、控制、管理的系统相比，本系统结构更为合理、系统性能、技术含量大大提高，工程造价显著降低。

Description

低压电气自动化监控系统
技术领域
本实用新型涉及电气控制技术领域，特别是一种低压电气自动化监控系统。
背景技术
目前，0.4kv电压等级的电气设备的监控系统有二种形式：
第一种形式是系统建立在使用传统技术基础上。系统依靠单一电磁继电器的各种组合来完成对电气设备的保护；使用各种常规表计和信号电缆完成信号的远传；电气设备的控制是依靠硬接点控制方式，每一个控制点就需要一对控制线；对系统的参数调节和控制逻辑的判别还需人工完成；对电气设备的运行多项数据还需人工定时抄录完成。
这种形式由于大量使用常规的电磁继电器、表计和各种电缆，使得系统建设成本高。设备器件的增加又使得日常维护工作量大，可靠性降低。人工进行系统参数调节和控制以及数据抄录工作，使得系统控制容易出错、系统调节缓慢，精度低，系统无法达到最好的工作状态。
据统计核算，仅在耗费使用各种电缆成本方面：
每个模拟信号的上传需一对导线；每台电气设备至少需2个信号上传。
每个开关状态信号的上传需一对导线，每台电气设备则需4～8个信号上传。
对每台电气设备的控制信号，也是通过控制电缆传输，每个命令需一对导线，每台电气设备至少要2～4个控制命令。
低压电气自动化监控系统中电气设备的数量是根据生产规模而定的，一般在30～200台左右，集中控制室和电气设备的安装位置两地距离一般在几十米至几百米，则系统所需电缆的导线对数，将乘以电气设备台数，长度乘以距离，此项成本占工程造价约占15～20％。
第二种形式是借用于高压输配电系统的电气自动化监控系统，应用于0.4kv电压等级的低压配电系统。这类系统相比第一种形式虽然自动化程度有所提高，但系统组成相对低压系统的要求显得过于复杂、成本高、体积庞大，部分场合仍采用由各种电量变送器、数目可观的连接电缆、现场管理机柜、总站管理系统组成，不仅系统成本巨大，实时维护、故障处理复杂，体积庞大，并且对管理人员的技术素质要求很高，这也是长期以来仅在高中压输变电系统应用的主要原因。
上述二种形式的系统中的继电保护功能，仅有常规的电流、电压保护，而对于电气设备危害极大的电弧光发电，只能在已对电气设备造成较大的实质损坏后，才能采用相应的保护措施，而无法将事故切除在萌芽状态。据统计对于电弧光放电，常规的保护动作时间为100ms～500ms。
以下为国外的资料介绍的各种燃弧时间下对设备造成的损坏程度：
-35ms：没有显著的损坏，一般可以在检验绝缘电阻后投入使用。
-100ms：损坏较小，在再次投运以前需要进行清洁或某些小的修理。
-500ms：设备损坏很严重，在现场的人员也受到严重的伤害，必须更换部分设备更换才可以再投入运行。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有低压电气自动化监控系统的缺陷，提供一种成本低、功能全、自动化程度高，操控维护方便的低压电气自动化监控系统。
为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是，低压电气自动化监控系统由间隔层、通讯处理层和监控管理层三部分组成，其特征在于，间隔层设有多个智能监控管理装置，各智能监控管理装置与通讯处理层中的串口服务器之间由现场总线连接，串口服务器与网络交换机连接，网络交换机由以太网线分别与监控管理层中的监控主站、数据库服务器和工程师站连接。
所述的低压电气自动化监控系统中的智能监控管理装置，由数字采集信号处理器和可编程逻辑器件构成。
本实用新型系统的优点是：由于其各层之间的信息数据交流，应用Profibus现场总线技术和以太网通讯技术，支持常用的多种通信规约，从而构建分散、分布型的通讯网络，使网络具有强大的网络互连能力，因而，仅通过一根通讯电缆即可实现各层之间的信息数据交流、控制信号的传递；同时，由于监控系统软件融合了新型的四元交集结构智能控制原理，即人工智能(ArtificialIntelligence)；自动控制(Automatic Cybernetics)、运筹学(Operation Research)、信息论(Information Theory，Informatics)，因而，最终形成智能控制，实现了高性价比的低压监控系统。由此可见，本低压监控系统对0.4kv电压等级的电气设备具有自动化、信息化、系统化管理，实现对电气设备的继电保护、远程操作和程序控制、电能监测和管理等多项功能，全面实现遥测、遥信、遥控、遥调、数字保护、综合显示及网络通讯一体化功能，并以其低价格、小体积、高精度、高可靠性、全面化、高兼容性、高灵活性的特点，使得电气自动化监控技术的全面普及应用成为可能。
附图说明
图1为本实用新型系统连接示意图。
具体实施方式
系统连接关系见附图1，本实用新型低压电气自动化监控系统是分层分布式，由间隔层1、通讯处理层2和监控管理层3三部分组成。间隔层1中设有多个智能监控管理装置4。智能监控管理装置由数字采集信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(CPLD)构成。该间隔层还可以设置多个其他的监控装置5。智能监控管理装置4通过PROFIBUS现场总线6分别连接后，与通讯处理层2的串口服务器8相连，其他监控装5也可以通过MODBUS现场总线7，与通讯处理层2中的串口服务器8相连。串口服务器与通讯处理层2中的网络交换机9相连，网络交换机通过以太网线10与监控管理层3相连。监控管理层3包括工程师站11，监控主站和数据库服务器12，。
其中间隔层1中安装的智能监控管理装置，在横向按电气控制设备进行一一配置，将能够反映电气设备运行状态的电流电压等模拟量和控制开关状态信号接入智能监控管理装置，并将监控管理层3能够对电气设备进行控制的信号输出到电气控制设备上。这样，智能监控管理装置，就能够采集各电气设备的各种信号，并能够执行各项控制命令和参数调整命令，控制电气设备的正常运行，实现保护、监控功能。
对于电弧光保护则由弧光传感器和智能监控管理装置实现，弧光传感器可放置在电气控制设备的相应位置(一般安装在母线室内，以检测母线故障)，通过光纤连接到智能监控管理装置，电弧光保护使用光纤监测电弧光信号，智能监控管理装置中的检测模块对光灵敏度是可调的，调整范围从10klux至50klux。根据故障产生时的两个判断条件：弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出保护命令，从而使事故在对电气设备造成实质损坏前消除故障或使故障无法扩大。从而进一步保证电弧光保护的安全性，有效地切除故障，对电气设备实现高可靠性、快速的全面保护。
通讯处理层2含有串口服务器和网络交换机。对间隔层它应用PROFIBUS通讯接口方式，规约采用IEC870-5-103国际标准的继电保护配套规约；对于监控管理层3采用以太网络通信，集成多种标准的通信接口规约，实现搜集转发各个智能监控管理装置以及其他设备的上传信息，并接收下达控制命令及调整参数命令，是系统控制信息流动的转接点。
监控管理层3，配置工程师站、监控主站和数据服务器。监控层内部以及对通讯层的网络交换机采用以太网线连接，建立人机交换界面，在系统自动监控运行的同时，有条件的接受人工操作指令。监控层软件以主流操作系统Windows NT为平台，按照国际上先进的Client/server架构，自行设计高效、强大的实时数据库，采用SQL Server 2000作为历史数据库。
低压电气自动化监控系统软件融合了新型的四元交集结构智能控制原理，即人工智能(Artificial Intelligence)；自动控制(Automatic Cybernetics)、运筹学(Operation Research)、信息论(Information Theory，Informatics)，最终形成智能控制，实现高性价比的低压监控系统。
低压电气自动化监控系统，其各层之间的信息数据交流，应用Profibus现场总线技术和以太网通讯技术，支持常用的多种通信规约，从而构建分散、分布型的通讯网络，使网络具有强大的网络互连能力，仅通过一根通讯电缆实现各层之间的信息数据交流、控制信号的传递。
其工作过程如下：
间隔层1的智能监控管理装置通过对电气设备的运行电流、电压、相位以及电气控制设备的各种开关状态包括来自弧光传感器的信号，分别进行检测，其中将一部分数据用于功率、功率因数、电度方面的计算；一部分数据进行保护功能方面运算。装置按照系统软件设计要求，根据所计算的数据，调节电气设备的运行状态，判断电气设备是否处于故障状态或存在故障隐患，从而进行控制输出或出口(分断电气控制开关或音响告警)。
装置还接受电气负荷设备的各种开关量输入并通过PROFIBUS现场总线上传，为监控管理层控制命令的正确发出提供判断依据。同时还接受并执行上级控制命令的能力，可以直接分断/闭合电气控制开关，其控制功能满足要求。
通讯层2中的串口服务器8面向间隔层通过PROFIBUS现场总线接受或发各种数据、控制命令，同时还对其他的监控装置的其他通讯方式进行转换，再通过网络交换机9，扩展通讯接点数，接受/发送数据至监控管理层3。通讯层2完成将间隔层上传的各项实测数据和计算数据、各类事件报告和事故报告，转换成符合以太网通讯格式的形式，上传到监控管理层。同时，通讯层2又将监控管理层下达的针对间隔层某台装置的各种控制命令、参数修改等，转换成符合PROFIBUS现场总线通讯格式，下达到间隔层，完成上传下达的任务。
监控管理层3的监控主机12工作是接受通讯层转接的、来自间隔层1的全部信息并实时存入数据库服务器，并通过友好的人机界面和数据处理能力实现电气负荷设备的监视，按系统监控程序，通过通讯层2的转接，发出各种控制命令和调节参数命令。
监控管理层3的控制过程是在收集了上传的相关的信息后，完成对电气控制设备的各种状态的识别以及电气联锁逻辑关系的判别，按照系统监控软件设计要求，发布各项控制命令和参数调整命令，并将各种实时数据存入数据库，便于今后的各类文档报表的处理。
本实用新型低压电气自动化监控系统，对0.4kv电压等级的电气设备能够全面实现遥测、遥信、遥控、遥调、数字保护、综合显示及网络通讯一体化功能，以其低价格、小体积、高精度、高可靠性、全面化、高兼容性、高灵活性的特点，使得电气自动化监控技术的全面普及应用成为可能。

Claims (3)

1、一种低压电气自动化监控系统，由间隔层、通讯处理层和监控管理层三部分组成，其特征在于，间隔层(1)设有多个智能监控管理装置(4)，各智能监控管理装置与通讯处理层(2)中的串口服务器(8)之间由现场总线(6)连接，串口服务器与网络交换机(9)连接，网络交换机由以太网线(10)分别与监控管理层(3)中的监控主站和数据库服务器(12)、工程师站(11)连接。
2、根据权利要求1所述的低压电气自动化监控系统，其特征在于，所述的间隔层(1)中的智能监控管理装置(4)由数字采集信号处理器和可编程逻辑器件构成。
3、根据权利要求1或2所述的低压电气自动化监控系统，其特征在于，所述的间隔层(1)还设置多个其他的监控装置(5)，由现场总线(7)，与通讯处理层(2)中的串口服务器(8)相连。
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