隨著社會與科學技術的不斷發(fā)展進步,建筑亦隨之朝著智能化的方向發(fā)展,其中配電系統(tǒng)的自動化更是智能建筑中必不可少的部分,它使得人們能夠更有效地管理電能的消耗,減少故障,降低成本。而將現(xiàn)場總線技術應用在配電自動化中,更使其朝向自動化的主流方向發(fā)展。
目前已有多個現(xiàn)場總線應用于智能建筑配電中的自動化,例如ModBus、LonWorks、CANBus及ProfiBus等。在眾多協(xié)議中,ModBus總線的結構比較簡單實用,并在我國現(xiàn)有各總線協(xié)議中應用較早,范圍較廣,為眾多用戶及工程技術人員所熟悉。它由主機、從機和通訊通道構成,并由ModBus總線協(xié)議貫穿起來,形成有機的整體(如圖1所示)。主機為具有智能化軟件的裝置,如計算機、可編程控制器(PLC)、單片機或單板機,它載有以ModBus通訊協(xié)議為基礎的軟件,向從機發(fā)送命令,接受從機返回的數(shù)據(jù),并將其處理存儲,以便用戶使用;通訊通道為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿襟w介質(zhì)及路徑,現(xiàn)在已有多種數(shù)據(jù)傳輸方式應用于現(xiàn)場總線中,例如通訊電纜、光纖、元線傳輸?shù)?用戶可根據(jù)實際情況選擇經(jīng)濟高效的通訊方式;從機為現(xiàn)場中的各個監(jiān)控設備,以串行或并行的方式連接起來,接受主機的命令,并響應其命令。每一從機均有唯一的地址,從機間由此地址區(qū)分。每一個ModBus主機所能夠連接的最大子機數(shù)n<2550。
現(xiàn)以施耐德電氣公司的PowerLogic系統(tǒng)為例,說明ModBus現(xiàn)場總線在中低壓配電系統(tǒng)中的應用。
施耐德電氣公司在世界范圍內(nèi)的配電及自動化領域中居領先地位,尤其在中低壓配電自動化方面,施耐德電氣公司將其優(yōu)秀的配電產(chǎn)品與領先的自動化技術結合起來,推出了配電自動化系統(tǒng)PowerLogic,使電力的潛能盡數(shù)發(fā)揮。
PowerIogic系統(tǒng)是以ModBus現(xiàn)場總線協(xié)議及RS-485串行通訊方式實現(xiàn)計算機與帶有通訊功能的配電設備的通訊連接及數(shù)據(jù)交換。PowerLogic系統(tǒng)集成了電網(wǎng)中全部智能元件的功能,以便于用戶管理電能成本及供電質(zhì)量。其基本結構如圖2所示。整個系統(tǒng)由軟件、通訊及設備三部分組成。
軟件為電能管理軟件(SMS),適用于Windows NT或Windows95、98,它具有強大和靈活的軟件選擇,包括表格、模擬表盤、柱形圖、趨勢圖及電能質(zhì)量分析等選項,并具有強大的圖形界面,可創(chuàng)建單線圖、設備圖、照片等。用戶可完全設置并操作(見圖3)。它與計算機一起構成了系統(tǒng)的主機部分。SMS軟件包括SMS-3000客戶/服務器版、SMS-1000客戶端版和SMS-1500單機版,用戶可選擇SMS-3000/SMS-1000客戶/服務器方式實現(xiàn)多用戶管理,亦可選擇SMS-1500實現(xiàn)單臺計算機管理。各版本SMS均可插入GFX-1000圖形界面軟件進行監(jiān)控界面設計。
通訊可由用戶選擇為RS-232至R告-485的串口通訊,以太網(wǎng)關或通過調(diào)制解調(diào)器進行遠方連接等。使用串口通訊,用戶可方便地將RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器接于計算機串行口與通訊設備之間,方便簡單;使用以太網(wǎng)關,用戶可將整個系統(tǒng)并人以太網(wǎng)絡,使用標準的TCP/IP協(xié)議可將系統(tǒng)擴展為局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)及互連網(wǎng)(Internet/Intrnet);使用調(diào)制解調(diào)器,用戶可通過電話線或光纖撥號進行遠距離通訊監(jiān)控(見圖4)。
裝置為具有通訊功能的配電自動化的監(jiān)控設備,它由電網(wǎng)監(jiān)視裝置、中壓保護及控制裝置、低壓斷路器及其他兼容設備組成。
(1)電網(wǎng)監(jiān)視裝置為電力參數(shù)計量儀表(CM及PM儀表),它可計量中壓及低壓電網(wǎng)的基本參數(shù)(如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率及電度等),并可進行諧波及電壓擾動監(jiān)視,儲存數(shù)據(jù)及事件。通過ModBus通訊總線將數(shù)據(jù)傳送至計算機,進行存儲及處理。
(2)中壓保護及控制通過數(shù)字式綜合保護繼電器(Sepam)可對中壓側(cè)各級斷路器實時監(jiān)視及控制,它將斷路器的開、合狀態(tài),脫扣原因及故障診斷等參數(shù)通過通訊傳輸至計算機,并可接受遠程通訊的控制命令,對斷路器進行遙控。
(3)對于低壓斷路器,亦可通過特定網(wǎng)關(DC150)接人網(wǎng)絡(如圖5所示),適用于低壓各級開關,可監(jiān)視斷路器狀態(tài)(開、合、脫扣),診斷故障原因,并通過通訊進行遠程控制(開、合)。
在上圖中,DC150將低壓各級開關的數(shù)據(jù)集中起來,并將其通訊的內(nèi)部BBUS總線協(xié)議轉(zhuǎn)換成為ModBus協(xié)議向上傳送。SC150控制與指示接口將Masterpact或Gmpact NS開關的狀態(tài)傳遞至DC150,并可接受上位機傳遞的命令對斷路器進行控制。對于Mu1ti9系列斷路器和接觸器可通過ATB接口模塊接入DC150,進行參數(shù)傳遞。PM150功率表可將電網(wǎng)上的電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)傳送至DC150。
(4)可將其他兼容于ModBus協(xié)議的設備接人系統(tǒng)中,包括莫迪康及其他可編程控制器,并可由可編程控制器將驅(qū)動裝置、接觸器及其他監(jiān)控裝置接入系統(tǒng)中,從而擴展成為范圍更廣的系統(tǒng)。
如此,PowerLogic系統(tǒng)以ModBus現(xiàn)場總線協(xié)議將建筑配電中的各個保護監(jiān)控裝置連接起來,構成總線結構型的自動化系統(tǒng)。
在實際中,PowerLogic系統(tǒng)已成功地應用在中央電視臺、北京西格瑪中心、上海金茂大廈、上海信息港、蘇州超微(AMD)半導體公司、深圳IBM半導體公司、廣東中山市電信大樓、廣東南海市供電大樓、廣州港務局及宜賓五糧液酒廠等國家及地區(qū)重點項目的新建及改造變電站中。 現(xiàn)以上海信息港和蘇州超微(AMD)半導體公司為例說明PowerLogic系統(tǒng)在中低壓變電站中的應用。
上海信息港為2000年上海市第一重點項目工程,其配電系統(tǒng)中采用PowerLogic作為低壓變電站監(jiān)控和管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要結構如圖6所示。
圖6中計算機與以太網(wǎng)關通過集線器(Hub)結成以太網(wǎng)絡,以TCP/AP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。以太網(wǎng)關將ModBus協(xié)議轉(zhuǎn)換成為TCP/AP協(xié)議,并有兩個RS一485通訊連接口,其中一個通訊口以串行的方式連接10塊PM300功率表,用于測量并傳輸?shù)蛪壕€路中的電氣參數(shù);另一通訊口也以串行的方式接七塊配150數(shù)據(jù)集中器,將全部Masterpact及Compact NS斷路器的狀態(tài)信息集中起來,傳送至上位計算機,并接受上位計算機的命令控制斷路器。SMS-1500為SMS軟件族中的單機版,可將所有開關和功率表的數(shù)據(jù)儲存管理并可打印輸出,用戶可以以系統(tǒng)單線圖的方式對整個變電站進行實時監(jiān)控,并可通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)和開放式數(shù)據(jù)連接(0DBC)方式向樓宇自控系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)。
蘇州超微(AMD)半導體公司為美國超微(AMD)半導體公司在華投資的大型半導體芯片生產(chǎn)廠,工廠中低壓變電站的監(jiān)控系統(tǒng)采用PowerLogic系統(tǒng),并在軟件中采用客戶/服務器的方式,其系統(tǒng)結構如圖7所示。
圖7中裝有SMS-3000/GFX-1000軟件的服務器與裝有SMS-1000/GFX-1000軟件的工作站以及便攜計算機組成客戶/服務器方式。服務器、工作站、網(wǎng)絡打印機和以太網(wǎng)關經(jīng)由集線器(Hub)接入AMD)公司內(nèi)部以太網(wǎng),便攜計算機可通過調(diào)制解調(diào)器(Modem)經(jīng)由國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Internet)遠程登錄服務器,實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理。以太網(wǎng)關中的一個通訊口以ModBus協(xié)議RS-485方式串行連接六塊PM600功率表和四塊CM2350電路監(jiān)控儀,用于對中低壓電路中的電氣參數(shù)進行采集并上傳至計算機;另一通訊口也以ModBus協(xié)議RS一485方式串行連接了兩臺直流屏充電器、三臺變壓器溫度保護器、四臺Sepam2000和八臺Sepam1000+數(shù)字綜合保護繼電器,對直流屏運行狀況、變壓器溫度、中壓電路及開關狀態(tài)進行采集上傳至計算機,并可接受并執(zhí)行計算機的遙控命令。
由上述兩例可見,采用ModBus總線的PowerLogic系統(tǒng)使得ModBus現(xiàn)場總線技術在智能建筑配電自動化系統(tǒng)中廣泛應用,并極大地提高了電能管理的效率。
圖1
圖2
圖3
圖4
圖5
圖6
圖7
摘自《電工技術雜志》
