变配电网络监控系统的软硬件组成及FDCS总线在其中的应用介绍

1 引言

我公司某110kw总降压变电站，始建于上世纪80年代中期，装有2台25mva主变，承担着公司铁前生产系统的多个二级厂的供电任务，特别在企业进行了一系列持续性的技改工程后，该总降承担的供电任务更重，所形成的配电网络更加复杂。

2 fdcs总线

现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5－13psi的气动信号标准（PCS，Pneumatic Control System气动控制系统），标志着控制理论初步形成，但此时尚未有控制室的概念；20世纪50年代，随着基于0－10mA或4－20mA的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用，标志了电气自动控制时代的到来，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础，设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今；20世纪70年代，随着数字计算机的介入，产生了“集中控制”的中央控制计算机系统，而信号传输系统大部分是依然沿用4－20mA的模拟信号，不久人们也发现了伴随着“集中控制”，该系统存在着易失控、可靠性低的缺点，并很快将其发展为分布式控制系统（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）；微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高，使分布式控制系统得到了广泛的应用，由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其最主要的特征，而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。随着微处理器的快速发展和广泛的应用，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。由此，导致了现场总线的产生。

fdcs现场总线数据监控系统由长沙奥托自动化技术有限公司自行研制开发，采用现场总线、高速数字通讯、电荷平衡传输、误差自动补偿、网络管理冗余等先进技术，专门用于工厂范围内数据采集与监控的实时专用局域网。

fdcs数据监控系统是总线型数字通讯网络，网络上连接有计算机和前置机等主要设备。前置机安装在生产现场，对各种信号进行测控，信号类型包括电压、电流、热电偶、热电阻、电量等模拟量信号和开关（触点）状态、电平状态、事件、频率等数字量信号。

fdcs数据监控系统具有测量精度高、抗干扰能力强、通讯速度快距离远、智能化程度高、使用简单灵活、安装维护方便、易于扩展等优点。本系统是专为安防领域设计的。它采用了嵌入式处理器和嵌入式操作系统，结合了IT领域各项最新技术，如视音频压缩/解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP网络等技术，代码固化在FLASH中，使得系统运行更稳定。同时具备数字视音频录像机（DVR）和数字视音频服务器（DVS）的特性，既可本地独立工作，也可连网组成一个强大的安全监控网。可应用于银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、仓库、资源、水利设施等各领域、各部门的安全防范

fdcs系统可配置99台测控前置机和32台主机（上位计算机），采用分布式网络总线结构，用一根屏蔽双绞线构成系统的通讯总线，分散在现场的测控设备和计算机均连接在这根通讯总线上。测控前置机可靠近现场的一次仪表和执行器安装。所有上位计算机均可共享系统的资源；可安装在系统的不同地点，完成不同的工作；可互为双机热备份，备用机可自动替代故障机投入运行，具有很高的系统可靠性。

3 变配电网络监控系统

变配电监控系统是针对供配电系统中的变配电环节，利用现代计算机控制技术、通信技术和网络技术等，采用抗干扰能力强的通讯设备及智能电力仪表，经电力监控管理软件组态，实现的系统的监控和管理。采用变配电监控系统进行监测管理，可连接智能电力监控仪表、带有智能接口的低压断路器、中压综合保护继电器、变压器、直流屏等，实现遥控、遥测、遥信功能，对系统各种运行开关量状态和电量参数进行实时采集和显示，可完整地掌握变配电系统的实时运行状态，及时发现故障并做出相应的决策和处理，同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸、躲峰填谷，实现对变配电系统的现代化运行管理。变配电监控系统具有电气参数实时监测、事故异常报警、事件记录和打印、统计报表的整理和打印、电能量成本管理和负荷监控等综合功能，使设备按最佳工况运行，节约能源。采用智能变配电监控管理系统，使供电系统更安全、合理、经济的运行，提高供配电系统可靠性。适用于中低压变电站、工厂、楼宇、小区的变电、配电系统的监控和管理。

该二总降每个高压配电柜有三组信号，电流、分合闸状态、事故跳闸状态；变配电网络监控系统实时监测的各配电柜分合闸状态、电流大小，监测配电柜的事故跳闸信号，发送事故音响信号，如图1所示。

（1） 硬件的组成

该系统由1台研华工业控制计算机、1块fdcs n100网络通讯卡、3台a120模拟量前置机、6台d3208数字量前置机、电流变送器、事故音响喇叭一套组成；

a） 电流变送器：将高压配电柜送出的0-5a交流电流转换为1-5v直流信号并送给fdcs模拟量前置机。

b） fdcs-a120前置机：具有20个采集通道，实时采集变送器送出的1-5v电压信号，再依据高压配电柜的电流互感器的变比计算该配电柜的电流；fdcs-a120前置机具有工程单位变换功能，在前置机内对变送器的输出信号（-5v～+5v）进行变换，直接得到实际的电流等。工程单位变换使用一元一次线性变换，例312柜的电流互感器的变比为500/5，其变送器输出为（1-5v信号）那么变换公式如下：

y（a）=ax（mv）+b

x─测量电压值（1000～5000mv）

y─计算电流值（0～500a）

斜率─a=0.125 截距─b=-125

c） fdcs-d3208前置机：具有20个测量通道和8个输出通道，可实时采集各配电柜的分合闸状态，记录各配电柜分合闸操作的时间，检测各配电柜事故跳闸事件，并发送事故音响报警；

d） fdcs-n100网络通讯卡：该卡插在计算机的pci插槽中，用屏蔽双绞线连接fdcs网络，采集网络中前置机测量的数据，并向前置机发送各种命令。

4 监控软件

变配电监控软件采用vc++6.0编写，它分为数据采集处理、数据显示、系统报警、数据存储与报表、系统维护五个子系统，它具有友好的人机交互操作界面，操作人员和管理人员非常直观和快捷监视现场的运行状况。

（1） 数据采集处理：定时：采集现场的实时数据同时进行计算处理，检测各配电柜的分合闸状态，记录各配电柜分合闸、跳闸时间。

（2） 数据显示：用表盘、表格、曲线和流程图等方式显示各实时数据或历史数据。表盘显示用模拟真实表盘，实时显示各配电柜电流；表格显示以表格的形式显示实时数据；曲线显示以曲线的形式显示各配电柜电流负荷运行变化，根据曲线的变化趋势对各用户负荷情况分析。

（3） 系统监控和报警：系统监控和报警分为电流负荷报警、事故跳闸报警和fdcs测量设备报警，电流负荷报警用于显示各配电柜电流的实时报警情况和报警历史记录、事故跳闸报警处理。当检测到某配电柜的出现事故跳闸时，立即从d3208输出通道输出一个事故音响报警信号。

（4） 数据存储与报表：数据存储可以存储前一年的历史数据，一年以后的新数据将覆盖旧数据，存储的数据包括：各配电柜的电流，各配电柜的分合闸操作记录，各配电柜的事故跳闸记录。

（5） 系统维护：包括测点属性设置、测点表打印、显示分组设置、曲线分组设置功能，用于系统的安装调试及日后的运行维护。

5 结束语

该系统投入运行近2年，系统运行稳定、可靠，工程造价低，实施方便。对正常生产供电基本无影响。该系统的建成，彻底改变了过去该总降运行调度靠人工抄报的落后方式，为应用信息技术改造和提升传统产业进行了一次有益的尝试。

目前，我们正积极将该技术应用于其它总降系统，以构筑1个完整变配电网络监控系统，并最终归入全公司能源监控网络的建设之中。