現場總線技術及其在電力系統中的應用
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本工業(yè)配電監(jiān)測系統是對大中型企業(yè)的配電間進行監(jiān)測。配電間內設有多個配電屏（本系統中為16個），每個配電屏可對一部分用電地區(qū)進行停、送電控制，用電狀態(tài)可通過安裝在配電屏內的電壓、電流互感器間接測量和評估。配電間管理所要監(jiān)測的主要參數為配電系統的運行狀態(tài)信息（配電系統的母排電壓、電流及功率）以及結構狀態(tài)信息（斷路器、隔離開關和保護繼電器等的合、分狀態(tài)）。根據上述要求，本系統在保證系統可靠工作和降低成本的條件下，考慮到通用性、實時性和可擴展性等方面的因素，采用了主要由上位計算機系統、PLC和ET 200S模塊構成的系統結構。上位計算機系統由通用個人計算機以及接通至通用PC機內部的現場總線通信接口適配卡組成。上位計算機系統負責系統的總體調度，通過PLC向網絡節(jié)點發(fā)送命令，接收節(jié)點數據，并對節(jié)點信息加以分析、存儲、顯示及打印，具體的數據采集和控制由系統中的PLC借助于現場總線接口模塊ET 200S完成，各個模擬量和開關量信號都由ET 200S模塊輸入或輸出。系統的構成如圖1所示。
4 系統軟件設計和數據分析
控制系統在Win98環(huán)境下運行，組態(tài)軟件為Kingview5.0。系統利用組態(tài)軟件Kingview5.0的驅動程序與下位S7-300 PLC進行數據通訊，包括數據采集和發(fā)送數據/指令；下位S7-300 PLC則通過 MPI卡與上位計算機交換數據，每一個驅動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構成一個完整的系統，保證了系統高效率地運行。
系統監(jiān)控操作畫面多達十多屏，包括方便人工操作的監(jiān)控畫面和為軟件工程師提供接口的整定畫面、形象直觀的模擬畫面、易于統計抄表的參數畫面、便于追查事故原因的歷史趨勢畫面、提供技術分析信息的實時曲線畫面等等。
畫面分為操作員畫面和工程師畫面兩大類。操作員畫面向操作人員提供了各種數據、曲線、功能鍵，顯示內容豐富鮮明，操作簡捷可靠。系統中畫面的組態(tài)編制有很多新穎之處，在整個系統的各個控制點均有相應的采集數字顯示，真實的反映了各個控制點的瞬時值，總之，畫面中主體設備位置確切，工作狀態(tài)形象生動，各種參數“就地顯示”，整個系統運行工況集于一屏，一目了然，是為操作員、技術員所喜愛的主畫面之一。
工程師畫面為軟件工程師提供了進行系統整定的良好界面，是工程師在調節(jié)中進行參數修改和設定的重要環(huán)境，也是自控系統的核心。
故障錄波是對信號進行高速采樣，并利用采樣數據繪制信號曲線，以便了解信號的變化情況，預測信號的變化趨勢，是電力系統中監(jiān)測信號的常用辦法。
本系統中要求對零序電流及三相電壓信號進行故障錄波。錄波信號的模/數轉換采用A/D轉換模塊完成，以提高系統可靠性，減小體積。在整個軟件系統中，數據處理模塊負責對網絡節(jié)點數據作快速傅利葉變換（FFT）和數據分析，及繪制電流，電壓的變化曲線。對于離散的時間信號，其FFT正、反變換分別為：
由上式可知，每一個蝶型運算都需要兩個輸入數據，計算結果也是兩個數據，與其它結點數據無關。這樣一次計算后輸入數據就可放棄，減少了對內存的占用，提高了計算速度。
正常的正弦波經FFT正變換為兩個對稱的最大譜線，反變換后可以完全恢復原始信號；而帶干擾的正弦波經FFT正變換后，除兩個對稱的最大譜線外，干擾信號的其它譜線也存在，據此可斷定干擾的存在。反變換后可確定干擾信號的位置，并發(fā)出采取相應措施的指令，啟動執(zhí)行機構或保護裝置。
5 結束語
本系統的最大特點就是采用現場總線技術，系統結構簡潔靈活，可靠性高且安裝調試簡單，根據不同的現場情況與用戶要求，本系統可擴展為不同的模式。除對高壓配電盤上的模擬量和開關量進行監(jiān)測外，也可用于對某些重要的低壓配電和低壓電機等電器設備運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。
現場總線不單單是一種通信技術，也不僅僅是用數字儀表代替模擬儀表，關鍵是用新一代的現場總線控制系統FCS（Field Bus Control System）代替?zhèn)鹘y的集散控制系統DCS（Distributed Control System），實現現場通信網絡與控制系統的集成。其本質即要實現在現場通信網絡、現場設備互連、互操作性、分散功能塊、通信線供電、開放式互連網絡等功能。這也為工廠生產的全面自動化和遠程控制奠定了基礎。西門子Profibus-DP現場總線及ET 200系列分布式I/O的使用降低了系統設計、制造、安裝、維護的成本，易于擴展，可有效提高生產效率和產品質量，是工業(yè)過程自動控制系統的發(fā)展趨勢。尤其是ET 200S及PROFIBUS-DP網的成功使用，引起了越來越多企業(yè)的關注，具有廣闊的應用推廣前景。
參考文獻
1.PROFIBUS AS-Interface STPI.SIEMENS，1999。
2.Micheal Volz.PROFIBUS Technology Manual。
3.陽憲惠.現場總線技術和應用.北京：清華大學出版社，1999。
4.李國厚.現場總線技術與計算機控制.PLCFA，2000.2。
5.廖常初.現場總線概述.電工技術，1999.6。
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