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1、1关于 Web SCADA 系统在高速公路中压电力监控系统应用的探讨一、概述高速公路具有“快捷、安全”的特点和优势，越来越得到人们的认可，也渐渐成为人们日常出行不可缺少的交通方式。高速公路除了拥有高标准的基建工程，更离不开现代化智能交通机电系统，用以实现“精准、高效、安全”的高速公路运营管理。机电系统要稳定运行，就需要供配电系统的支撑，因此对供配电系统的监管具有十分重要的意义。福建高速特别是闽北高速，多为山区高速，除了收费所站，还有为数众多的隧道也需要优质、稳定的电源提供，高速公路路线长，决定了各所站、隧道的用电大部分都是就近原则，然而各取电点电网的供电质量参差不齐，这就需要在日常使用中要加强
2、对供电的监管。本文就是以福建高速浦南段中压系统为蓝本，从运营管理的角度出发，结合区域管理的理念，探讨基于 Web SCADA 系统架构，在高速公路中压电力监控的应用。二、SCADA 系统简介1、SCADA 系统概念SCADA 是 Supervisory Control And Data Acquisition 的简称，翻译成中文是监控与数据采集，该系统是一类功能强大的计算机远程监督控制和数据采集系统，综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集，本地或远程的自动控制，以及生产过程的全面实时监控，并未安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和
3、完整的数据和技术支持。2、SCADA 系统组成SCADA 系统是计算机软硬件所组成对生产过程和事务管理的一套自动化系统，一般包含三个部分：一是分布式数据采集系统，也就是通常所说的下位机；二是过程监控与管理系统，即上位机 HMI（Human Machine Interface）系统，为管理人员提供一个良好的人机界面；三是数据通信网络，包括上位机网络系统、下位机网络系统和上、下位机系统联接的通信网络。典型的 SCADA 系统结构图详见如下：2图一 SCADA 系统图2.1 下位机系统下位机通常是各类智能节，有各自独立的系统软件和由用户开发的应用软件。该节点不仅完成数据采集功能，而且还能完成设备或过
4、程的直接控制。这些智能采集设备与生产过程各种检测和控制设备相结合，实时感知设备各种参数的状态，并将这些采集信号转换成数字信号，并通过各种通信方式将下位机获取到的信息传递到上位机（HMI）平台；同时能够实现上位机的远程控制功能，如遥调、遥控、遥信、遥测等指令。常见的下位机有 RTU（远程终端单元）、FTU（馈线自动化终端）、PLC（可编程逻辑控制器）、PAC（可编程自动化控制器）以及各类智能仪表等。2.2 上位机系统上位机 HMI 系统通常包含服务器、工作站、Web 服务器等，通过友好的人3机界面主要实现如下功能：一是数据采集和状态显示，为管理人员提供各类现场设备的状态参量，并根据需要保存到数据
5、库中；二是远程监控，通过上位机系统向现场发送给类控制指令；三是报警和报警处理，上位机系统对现场设备的状态参量进行考量，对超过系统的预定状态进行报警及提供一系列的处置方案；四是故障排查及性能分析，通过存储在数据库中，由下位机上传的一系列数据参数，能够对现场发生的故障进行技术还原和理论分析；五是与其他应用系统结合，通过现代通信网络技术，纳入整个企业管理系统之中。2.3 通信网络通信网络是 SCADA 系统的重要组成。随着技术发展，大量智能设备的应用，许多行业根据地理分散的特点，建设的无人职守机房数量越来越多，对通信网络的需求也越来越高，除了常规的有线通信方式外，还有微波通信、卫星通信、GPRS 通
6、信等无线通信模式作为补充。三、中压电力监控系统设计1、高速公路中压供配电系统特点福建高速的供配电采用中压供电技术，所有收费站点、外场无人职守机房及隧道就进接入所在辖区内的 10Kv 中压电网或者使用中压集中供电，来解决用电问题。由于高速公路点多面广，里程不断增加，各个分中心辖区内监管的站点数量也在不断增加，而且伴随着区域中心的建立，高速公路中压供配电系统监管的机制也将随着管理架构的改变而做出相应的调整。高速公路中压供配电系统还有一个特点就是建设的时间跨度比较大，是随着高速公路的建设而同步进行的，在此期间，中压供配电产品不断升级换代，硬件环境的改变可能导致系统无法兼容。有鉴于此，在高速公路中压电
7、力监控系统的设计初期就要充分考虑福建今后 6000 多公里，省中心-区域中心-分中心三层架构下的一个分布与集中相结合的管理体系。各分中心，各区域中心相对分散，各分中心要做好对各自辖区内中压供配电系统的监管，属于最基层管理单位，当区域中心要对各分中心的中压供配电系统管理情况进行监管，甚至省中心要对各区域中心进行考评时，就4需要全省中压供配电系统的数据都能被调用。因此该系统首先要网络化，要将各分中心的电力监控系统置于即将完成的交换网络中，具有统一的 IP 规划及数据传输机制；其次，该系统的软件部分要有良好的扩容性与可移植性，随着现代电子技术的快速发展，硬件更新换代的速度很快，今后就有可能会出现当要
8、增加新的监控站点或监控对象时，软件系统无法扩容，或是使用的硬件已停产，要使用替代产品，导致软件系统无法使用，这些情况都只能通过重新开发，耗时耗力同时成本也相应增加；最后就是要考虑该系统要能够方便区域甚至省中心的监管，这就要求系统的客户端要能够应对区域内甚至全省范围内各个分中心不同类型的电力监控系统，系统架构具有良好的兼容性。2、硬件系统2.1、现场设备高速公路负荷所需电压一般为 380V 或 220V。所用电源从附近地区的 10KV高压电网引到配电房中，经主变压器变压供给 380V 电压，然后再由低压配电柜及输配电线路送到相关用电设备。 为保证在外部农业或民用电因故中断后，高速公路管理系统的重
9、要设备能够正常工作，高速公路的供配电系统需采用双电源供电。一般采用柴油发电机组发电作为市电的备用电源，能够在停电后的1015 秒内自动运转柴油发电机组启动发电并经双电源开关自动切换，确保向重要负荷供电。配电房根据设备的功能分布，大致分为变压器室、配电柜间、发电机房，在高速公路中压电力监控系统中，主要的监控对象有中压综合继保装置、主变压器、UPS、柴油发电机、多功能电表等。2.1.1、中压综合继保装置施耐德 Sepam 微机综合保护是核心部件。集测量、保护、诊断、控制和监视于一身，保护变电站的电源进线和出线，防止相间和相地短路。在 10KV 中压供配电系统各配电方案中能够实现遥信、遥测、遥控、遥
10、调的功能。其中进线柜配置的 Sepam 40 还能够进行全电量（电流、电压、频率、功率、电度）测量及过流、接地、电压、频率、母线短路保护和电压监测, 全面的电网诊断辅助功能，采用 MODBUS-RTU 通讯协议。2.1.2、柴油发电机控制器柴油发电机是采用科迈（COMAP）系列数码智能并网 IG-NT-GC 控制器（可5设置输入负载的大小），是全自动并网系统的主控制元件，机组的参数都在这里汇总并显示，所有通过程序运算的结果和命令也都是由 COMAP 控制器通过相应控制输出端口向各执行机构发出。具有对机组输出电压、电压相位、有功功率和无功功率的控制功能，所有发电机组的运行状态、通信状态、故障状态
11、和运行参数的设定都可以通过该控制器进行监测和调整，采用 MODBUS-RTU 通讯协议。2.1.3、三特 UPS三特 UPS 为中压开关在正常运行和事故状态下的分合闸、继电保护、自动控制等提供直流电源，具有输出过压、输出过流、短路保护、模块并联保护、过温保护、过流保护等功能，采用 RS232 总线与上位机通讯。2.1.4、干式变压器温控仪干式变压器风机控制器 LD-B10 系列智能型巡回检测控制仪是专为干式变压器安全运行设计的一种智能控制器。仪表采用单片机技术，利用预埋在干式变压器三相绕组中的三只铂热电阻来检测及显示变压器绕组的温升，并具有相应的报警及控制功能，能够自动启停冷却风机对绕组进行强
12、迫风冷，以保证变压器运行在安全状态。该仪表具有超温报警和跳闸功能，并具有 RS485 通讯功能，能够采用上位机软件进行管理，采用 MODBUS-RTU 通讯协议。2.1.5、多功能电度表多功能电度表，采用交流采样技术，可直接测量三相电网中的电流和电压、功率、电能等参数，既可用于本地显示、又能与工控设备连接，组成测控系统。该仪表具有 RS485 通讯功能，采用 MODBUS-RTU 通讯协议。2.2、数据采集系统随着现代计算机技术的发展，数据采集系统的运算处理功能越来越强大，从早期的单片机、DSP、FPGA 到 MCU、MPU 及各类工控单板机的使用，数据采集系统在适应分布式智能控制与现场总线控
13、制应用的过程中，朝着功能更强大、性能更优越、应用更宽广、更具智能化的方向不断发展。本项目考虑到今后系统软、硬件升级改造，使该项目具有良好的移植性，能适应由于现代工控技术的快速发展，而导致的硬件更新速度快的趋势，拟采用工控单板机作为现场数据采集系统的硬件平台。在该平台上运行多任务的操作系统，能够提高系统的整体响应速度及并发处理能力，配合系统自带的通信6模块，使得该系统能更好地支持数据采集、处理、存储及传输，可以根据项目需求，配合软件，开发出更具智能化的现场数据采集系统。作为高性能的工业计算机具备如下优势： 多 LAN 口设计，便于组网； 多 RS232/485/422 口设计，应用灵活，能较好适
14、应现场设备通信； 采用无风扇设计的主动散热方式，能较好降低硬件故障率； 低功耗设计，节能的同时更少散热，利于系统稳定； 支持多种操作平台（WES、Windows XP Embedded、Windows 2000、Windows CE 5.0、Linux 等），提供多任务平台，便于软件功能开发。2.3、通信系统高速公路点多面广的特点，决定了中压供配电的监管必须采用分布式的管理模式，参照 SCADA 系统架构，分为现场本地通信、现场与分中心通信、分中心与区域中心通信甚至今后区域中心与省中心通信。现场设备多采用 RS485 或RS232 总线通信，使用的协议多为 RTU Modbus 协议；现场与分
15、中心、分中心与区域中心、区域中心与省中心间通信可以利用高速公路完善的内部通信系统（SDH 本地环网和 SDH 干线网）及即将建成的监控交换网络来提供数据传输平台，利用组态软件提供的系统平台来实现数据采集、传输、分析、存储和共享。7图二 现场通信图三 现场与分中心通信8图四 分中心与区域中心通信图五 区域中心与省中心通信3、软件平台架构介绍传统工业控制软件多采用 VC+、VB、Delphi 等高级语言进行应用开发，面对现场大量采集对象及控制对象，广泛使用的方案是采用基于驱动程序的 C/S9模型，来解决控制系统与现场设备数据交换和上端平台与控制系统之间的实时数据通信。这种用源代码开发的工业控制软件
16、，结构复杂，系统好坏、效率高低、稳定与否与参与软件开发人员的能力有直接关系，开发周期长；在系统开发过程中除了必要的软硬件调试外，由于是专属软件，系统整体的稳定与否在短期测试中是无法定性的，需要在应用中进一步考证，使得系统测试周期延长；在应用中，采集对象或被控对象有所改变，要重新修改源代码，同时要做相应的测试，不利于后期扩容与移植；倘若原有编程人员有所变动，用源代码开发的软件维护将变得十分困难，增加后期维护难度。如今伴随着计算机、软件和控制技术的发展，组态软件具有封装性高、通用性强、人机界面友好、接口趋向标准化的特点，极大地提高自动化工程的开发效率和软件的可靠性，逐渐成为 SCADA 系统开发人机界面和监控应用最主要的应用软件，在众多领域中得到应用。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的 HMI 的软件工具或开发环境，
