作者简介:赵燕云(1977-),女,山西新绛人,讲师,主要从事数字信号处理与智能控制的教学与研究.
(College of Electrical and ControlEngineering,Xi'an University of Science andTechnology,Xi'an 710054,China)
备注
作者简介:赵燕云(1977-),女,山西新绛人,讲师,主要从事数字信号处理与智能控制的教学与研究.
随着计算机网络和通信技术在电力系统的广泛应用,如何采用有效而且可靠的手段实现电网设备的远程监控成为必然趋势。文中主要讨论基于单片机底层管理器的软硬件设计和基于VB的本地和远程上位机软件的设计。既可以实现电网设备的本地控制,又可以远程控制,提高了电力系统运行的安全性和可靠性。
With the development of network and communications technology,it is a trend how to effectively implements the remote monitoring of power equipment.Design of the underlying manager based on MSP430F247 and VB-based software of local and remote PC is elaborated.It implements the local and remote control of power equipment to improve the reliability and security of power system.
引言
随着网络技术的发展和市场需求的变化,电网设备的远程监控已经成为一种必然的趋势。借助于远程监控可以将企业内部的信息网(Intranet)与控制网有效的连接起来,将电力设备运行的状态参数实时提供给远程的监控者,实现对生产、运营情况的随时掌握,把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合,从而实现企业的综合自动化[1]。通过远程监控,技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态和各种参数,使受过专业训练的人员“虚拟”地出现在许多监控地点,以维护设备的正常运营[2]。文中主要讨论基于MSP430F247单片机底层管理器的软硬件设计和基于VB的本地和远程上位机软件的设计。
1 电力设备远程监控系统的组成
电力系统远程监控系统的拓扑结构图如图1所示。底层控制单元完成远程电气设备的状态参数的采集,采集后的数据通过串口RS485分类传送到设备端计算机后再通过无线网络传输的主控计算机,并由主控计算机对数据进行分析后发出指令实现电力设备的遥控和遥调。通过无线网络,可以使工作人员不需要到达现场就可以迅速而且准确的发出控制指令,提高了电力系统运行的安全性和可靠性[3]。
2 底层控制单元
底层控制单元主要是进行信号数据采集(如果是非电信号还要通过变送单元把非电信号转换成电信号),采集后的信号是模拟信号,还要通过调理电路,采样保持电路等把模拟信号转变成数字信号,最后由MSP430单片机对数据进行分析和处理后通过串行通信模块将结果送到上位机,另外为了便于现场查看,设备的工作状态还通过显示模块显示。
2.1 底层控制单元的硬件设计底层控制单元的硬件设计包括设备数据(工作电压、电流和易燃气体的浓度等)的采集、单片机与上位机的通信、用于现场显示的显示设备和设备运行状态的控制单元。本系统选用MSP430F247单片机作为底层控制芯片,它由2个16位定时器,8路快速A/D转换器,2个通用串行同步通信/异步通信信号接口和48个I/O引脚等构成。其多路A/D可满足对模拟信号的采集,而低功耗可使应用系统长时间工作在电池供电系统中。相对于51等单片机有较大的优势,MSP430F247单片机最小系统如图2所示。
2.2 底层控制单元的软件设计底层设备管理单元主要用来进行现场测量、显示设备的工作状态参数,方便工作人员进行现场管理,并可接受控制中心的控制信号,完成相应的操作。因此,底层设备管理单元对可靠性、便捷性等提出了较高要求。相应的底层程序也应设计的尽可能便捷、可靠、反应迅速。主程序主要完成对AD,液晶显示、按键扫描、串口通信、系统时钟、设备状态的初始化。
3 上位机软件设计
上位机要实现对设备参数的显示及图形化表现,并能控制设备的工作状态。系统编写了2个上位机程序,即本地计算机上位机程序和控制中心上位机程序。上位机软件的编写使用了VB6.0,用其MSComm控件完成串行通信,Winsock控件完成TCP/IP网络通信。
3.1 本地上位机软件设计本地计算机要实现和底层设备控制单元的通信以及同控制中心的通信,同底层设备控制单元之间使用RS485串口通信,同控制中心之间使用广域网TCP/IP协议通信。上位机软件设计包括串口设置、串口接收子程序、串口发送子程序、本地计算机与远程计算机(控制中心)之间的通信、数据保存及查询和设备状态参数波形显示。本地计算机上位机软件的主界面如图3所示。
串口接收的数据有设备运行与否信息及设备运行的电压电流信号。因此要在接收程序里要对信号进行区分。底层设备控制单元在每一组遥测量(电流、电压及环境可燃气浓度数据)后加一个结束标志,而遥信(设备运行与否)采用遂发方法,即当有状态改变是立即发送,并采用简单的标志表示。因此在接收程序中需要首先辨别这几个标志位,再具体分析。
为了实现工作人员在本地计算机机控制中心实现对电力设备的调度,需要使用串口发送将控制指令发送给底层设备控制单元。
本地计算机与远程计算机(控制中心)之间通过TCP/IP协议进行网络通信,实现数据和控制信息的传递。系统使用了VB6.0中的Winsock控件,实现对网络通信的控制。使用TCP/IP协议通信需要先得到服务器地址和端口号,再进行连接。上位机主界面设置了“登陆”按钮,单击后会出现登录窗口。在登录窗口中可以选择要连接的服务器(控制中心计算机)地址、端口号和登录的名字[4]。当填好连接信息是点“确定”回到主界面,此时在主界面的设备端显示框中就会将刚填的基本信息显示出来,如图3所示,此时点“连接”按钮,即调用网络连接程序,如果网络正常,连接成功后就会显示“连接正常”信息框。
为了分析设备的运行状态是否良好等往往需要对历史数据进行查询,以便分析。因此编写了数据查询部分,在主界面中可以通过点击“数据查询”来实现对以往数据的查询[5]。在系统的主界面代码中设置了数据保存程序,将收到的每个正确数据以文本的方式保存到“串口.txt”中,并编写了MAXC函数,可将每小时和每天的最大值、最小值求出来分别保存到“每小时最大值.txt”、“每小时最小值.txt”、“每天时最大值.txt”、“每天时最小值.txt”中以便在其他程序中调用。这些程序均在有新数据到来的条件下被调用。在数据查询窗口工作人员可以根据需要填入查询方式及查询的时间段点“查询”后即可在右侧窗口中看到需要的数据。
本地上位机软件可以将设备的运行参数以波形的方式显示,以便更直观的观察设备的运行状态。在主界面点击“波形显示”按钮,既可以调出波形显示窗口。在此窗口的上方的菜单中可以选择要显示的参数名称,如1#设备电压。同时设置了一些快捷键可以对波形进行放大缩小,上下左右移动,在窗口中用鼠标点击波形中的某一点就可以以信息框的形式显示此点的时间和幅值如图4所示。
3.2 控制中心上位机软件设计控制中心上位机软件主要实现对电力设备的远程调度,由上已知是通过TCP/IP协议同设备端通信的,因此也用到了Winsock控件[6]。通过winsock控件得到本机的IP,并设定端口号,并在主界面上显示。控制中心上位机软件的主界面如图5所示。
4 结 论
文中主要讨论了电网设备远程监控系统的设计,主要完成了底层管理单元的软硬件设计和控制系统的上位机软件的编写(包括本地上位机软件的编写和控制端上位机软件的编写),能够通过无线网络实现电网设备参数的遥感和遥测,进而实现电网系统的遥控和遥调奠定基础。
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- [6] 胡胜利,胡 彪.基于GPRS无线技术的水资源计量监测系统的设计[J].水利水电技术,2010,41(4):87-90.