智能测控系统

智能测控系统（精选十篇）

智能测控系统 篇1

1 监控系统总体结构

1.1 硬件系统设计

监控系统由上位机监控系统及现场终端两部分组成,其中现场终端由中央处理器ATmega16[4,5]、三相电压/电流信号检测与调理模块、A/D转换模块、数据存储模块、GPRS/GSM无线/RS-485通信接口模块、电气隔离模块、键盘扫描模块、LCD液晶显示模块、电源监控与复位电路、电容器组驱动模块等组成。该装置总体结构如图1所示。

其中,上位机监控系统负责轮询各电能参数测控终端(现场终端)的电压、电流、有功功率、无功功率、电量、谐波等,用于系统分析和统计,便于管理层了解和掌握各终端在一定时间范围内三相电压、电流最大、最小值及其出现时间[6],电压超上限、超下限的累计时间,有功功率、无功功率、功率因数最大、最小值及出现时间等信息,据此判断电网的运行情况及电网的质量。被测线路的Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic6路信号由现场电压互感器(TV)、电流互感器(TA)输出后接入现场终端[7,8],经高精度二次TV、TA变换后按三表法输入至信号调理电路,由A/D高速转换后的离散电压、电流序列经复序列DFT,即可精确测量出三相线路的各种电量及三相电压、电流、谐波分量(3、5、7、9、11、13次),现场终端即依据公式计算出有功功率、无功功率、功率因数、电量等参数,用于系统无功控制策略,实现智能无功补偿[9,10]。前向通道A/D转换器采用内置采样保持器、分辨率为12位的ADS7864,它包含2个可同时工作的12位A/D转换器,通过3个保持信号(HOLDA、HOLDB、HOLDC)选择输入多路开关并且启动A/D转换,若3个保持信号同时有效,则6路输入在同一时刻被采样保持并依次实现转换。CPU采用中断方式依次读取ADS7864的6路转换值,其总的转换时间仅12μs,转换精度为0.05%,确保了测量的准确性,简化了硬件设计。此外,现场终端提供了GPRS无线远程通信接口及RS-485接口与上位机交互,用来上传终端实时数据、接收总控远程指令。

1.2 软件系统设计

软件系统采用结构化软件设计方法,按功能将程序划分成初始化、默认参数设置、中断处理、A/D转换、数据处理、电容补偿、数据显示、键盘扫描、通信等模块。系统总流程图如图2所示。

2 电力参数测量算法

2.1 电压、电流频谱

在信号周期T内等间隔同步采样N点形成电压序列{u(n)}和电流序列{i(n)}(n=0,ΔT,2ΔT,…,(N-1)ΔT),ΔT=T/N。则构造如下复序列:

由{x(n)}复序列DFT[11]可得:

由式(1)可知:

对式(3)(4)两边进行DFT且考虑复共轭性质DFT[x*(n)]=X(N*-k),则电压、电流的频谱为

2.2 电参数计算

设u(t)是第k次谐波的正弦电压信号,用式(7)或式(8)相量表示。

在一个信号周期内对uk(t)进行N点等间隔采样(由香农定理可知N>2k),则得:

因为k为正整数,所以1≤k≤N/2-1,且易证电压频谱U(k)为

其相量表示为

由式(8)(11)可得电压与电流相量(同电压推导)与其频谱间的关系为

由式(5)(6)(12)可以推导出各次谐波(1≤k≤N/2-1)电压和电流的有效值、功率。

其中,XR、XI分别为X的实部和虚部,藉此即可获得电压和电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数如下:

3 无功补偿算法

为了保持线路稳定、克服投切振荡,实现良好的补偿效果,本系统基于安全判定与无功功率控制[12,13]相结合的原理设计了无功补偿算法,其单相无功计算和控制逻辑如图3所示(图中K为当前投入的电容器开关组号,THDU为三相电压谐波率)。

3.1 安全判定

以电网三相相电压作为电容器运行投切的辅助控制依据,当电网电压过高或过低异常,发生系统电压波动、配电变压器高低压断相、短路、失压或谐波过大时,使电容器退出运行或限制其投入。

3.2 无功功率控制

系统根据实时采样的三相电压、三相电流的幅值以及计算得到的系统无功功率Q,首先判断系统中各相运行系数是否正常,若各相运行系数不正常,则Qstatus置3(表示需快速切除电容器);如果正常,则与用户设置的投切设定阈值相比较,当Q大于投入设定阈值时(一般以单相无功最小补偿容量的1.25倍计算,以确保单个投入时不会因为负荷的小幅度震荡而造成过补),投切标志Qstatus置1(表示需要补偿无功);当Q小于切除设定阈值时,则Qstatus置2(表示无功过补)。除了在运行参数越限的情况下,考虑到频繁投切既造成电流冲击又损害驱动模块及电容器组,系统设置了投入和切除时间阈值,确保电容器有足够的投入和空闲时间。若运行状态与上次相同,则投切计时器TQtime计时,当计时器TQtime的值超过投入时限/切除时限/快速切除时限,且存在尚未投入/切除的电容器组时,则使K组输出驱动信号置“1”/“0”,控制固态继电器动作,从而使电容器投入运行或切除,直到Q逼近设定值。

4 GPRS/GSM通信

为了实现现场终端与上位机系统间的通信,以实施电力参数的测量与控制,本系统选用BENQ M23作为GPRS通信模块,利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控(SCADA)。该模块提供了波特率(300~115 200 bit/s)自动检测功能,以及Text和PDU(Protocol Description Unit)2种SMS短信发送和接收模式。由于GPRS模块对外提供串口与之交互,且I/O逻辑电平与TTL逻辑电平兼容,因此GPRS模块的TXD、RXD可直接与微处理器的RXD、TXD相连。

GPRS通信程序涉及GPRS模块初始化(网络参数设置、SIM卡是否有效及是否搜寻到网络等)、短信服务中心地址设置、短消息格式设置、控制帧/应答帧信息的装配与解析、短信收发等[14,15],考虑到数据交互的正确性和安全性,自定义了相关的通信协议,它由通信地址、引导符、编码地址、命令代码、长度、参数、校验码等组成,通过嵌入AT命令(AT指令是一套用于对GPRS模块控制的命令,通常以“AT”开头,以ASCII码13,即回车符结束。实现数据交互及命令的传递,具体如表1所示。

相关的GPRS模块的控制步骤如下:

a.模块唤醒为AT回车符;

b.短消息信息格式设置为AT+CMGF=1回车符;

c.短信服务中心的地址设置为AT+CSCA=+8613800517500,149回车符;

d.短消息发送为AT+CMGS=“13811223344”回车符,紧随其后发送信息:“@@091”以及校验码和ASCII码26结束,即主控机向拥有13811223344地址的9号终端发送上报整点测量值命令信息;

e.如果终端正确接收到主控机读取测量值信息并执行成功即向主控机发送如下消息:AT+CMGS=“13800112233”回车符,紧随其后发送信息:“@@093”以及长度、按约定的测量值排列顺序、校验码和ASCII码26,如果拥有13800112233地址的主控机正确接收即发送应答信息“@@096”以及校验码和ASCII码26,反之,重发查询信息。

5 结语

测控系统故障诊断 篇2

测控系统故障诊断

给出用于测控系统的`故障诊断的方法,其中包括用卡尔曼滤波和残差加权平方和方法诊断测控系统中传感器的软/硬故障,用绕回检测技术检测测控系统中的量测通道的故障.仿真和实验结果表明,该方法具有灵敏度高、准确和简单可靠等优点.

作 者：杨育武 马静 YANG Yu-wu MA Jing 作者单位：西北工业大学,七院,陕西,西安,710072刊 名：测控技术 ISTIC PKU英文刊名：MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY年，卷(期)：200524(7)分类号：V233.3关键词：测控系统 故障诊断 卡尔曼滤波 残差 绕回检测

农村配电网智能测控管理系统方案 篇3

关键词：配电网智能；测控管理；系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0116-02

我局农村电网覆盖地域较广、用户众多、供区半径较大、用电负荷季节性、时段性强。尤其是台区低压电网，更是点多面广，情况复杂，现有的技术手段和人员数量无法及时准确地掌握配电网的运行状况，随着农村经济社会快速发展，近年农村售电量持续高位增长，居民对供电质量、供电可靠性的要求也越来越高，部分地区农村电网的运行维护水平与人民群众的要求已不相适应，农村配电网的运行维护水平已经不能满足当地经济和社会发展的需要。

1 农村配网主要存的问题

①运行维护人员的数量不足与运行维护的工作量较大的矛盾较为突出。如我局的XX供电所配网组5人要负责71 km10 kV线路，266 km低压线路，68台配电变压器的运行维护工作，工作量可想而知，加之现有的自动化系统与实际结合较差，也增加了工作难度。

②供电可靠性低，供电安全性较差。线路柱上开关和台区总路漏电保护器跳闸后，由于不能远方监控其状态，运维人员不知道用户失电，往往是用户打电话才清楚情况，增加了故障查找时间，降低了供电可靠性。由于10 kV柱上开关不能实现远方操作，在10 kV线路发生接地故障时，确知某处10 kV线路接地的情况下，也需要拉开变电站的总路开关来切断故障，而且在变电站开关无法断开时，需抢修人员到现场断开柱上开关，即降低了供电可靠性，又增加了安全运行的风险。另外，由于台区总路漏保无法在远方监视其运行状态和定值设置，部分运维人员为了减少麻烦，而人为的将定值设置得较大，也增加了安全运行的风险。

③自动化程度低，数据收集原始、落后，不便于有效开展运行分析。由于10 kV柱上开关、总路漏电保护器未实现远方监控，其一定时期内的跳闸信息、运行参数无法有效收集，不便于开展进行分析，直接影响了农网工程的规划和建设。

因此，为了在有效利用现有人员的基础上进一步拓展农村供电所的业务，提高劳动生产率，通过信息技术手段，整合、完善，建设一套能采集配电网管理所需数据的智能系统，真正能够为农村电网实际管理需要提供所需数据，减少运行维护的工作量，进而提高农村电网精细化管理水平就成了当务之急。

2 解决问题的思路和方法

农村配电网智能系统基本需求为实现对10 kV线路柱上开关站、配电变压器、总路漏电保护器和用户在内的集中监视，优化运行控制与管理，达到提高可靠性、提高供电质量、降低线损、减少经营风险、减少运行维护工作量、降低供电成本和为客户提供优质服务的目的。

①为降低建设难度、建设成本，提高实用化水平，根据简阳供电局农网的现状，提出三个点改进需求。

②分步实施。鉴于农网自动化系统涉及面广，资金需求量大，简阳供电局提出分步实施的需求。系统应建成一个开放的、结构化的模式，首先建设系统框架，以后逐步在框架内建设不同的应用。首期工程的主要目标是系统框架建设和改进需求的实现。

③集成现有资源。涉及农配网的信息系统已建成两套，为降低建设成本，提高实用化水平，简阳供电局提出集成现有资源的需求。

调度自动化系统已建成并应用，变电站（含开关站）10 kV馈线、开关站已能实现“四遥”功能，配网自动化系统应能实现与调度自动化系统的数据共享和信息交换。

电能信息采集系统（负荷控制终端）已建成并应用，公用配电变压器、客户专用变压器电量、电压、电流等信息已实现上传，配网自动化系统应能实现与电能信息采集系统进行数据共享，实现对公用配电变压器、客户专用变压器的监视。

④强化对10 kV柱上开关、配电变压器、台区总路漏电保护器的监控。一是通过新装负荷控制终端对10 kV柱上开关进行运行监视，实现遥控、遥信和遥测功能；二是通过台区负荷控制终端对总路漏电保护器的运行状态实现远方监控；三是在实现远方监控的基础上实现开关、漏保跳闸自动报警和变压器过负荷报警功能。

3 解决问题的实践过程描述

①《农村配电网智能测控管理系统》采用“10 kV线路开关状态监测终端”、“10 kV线路故障定位终端”、“智能配变监控终端”实时采集监测点的各种参数，通过GPRS无线网络把采集的数据、信息通过移动公司专线接入的省电力公司前置机服务器上，然后主站服务器快速进行数据分析生成监测统计数据、示意图等。整个系统包括“10kV线路开关状态监测终端”、“10 kV线路故障定位终端”、“智能配变监控终端”、数据专线、前置机服务器、主站服务器、应用服务器几部分组成。同时根据实际应用业务需求，主站系统提供大量分析报表及排序功能。

②整个《农村配电网智能测控管理系统》的主站建设是在农电企业运营功能规范的统一规划下，遵循SG186的统一编码规范的基础上进行建设；主站系统登录可由农电企业门户网站进行统一登录；系统提供接口服务，可与SG186《农电生产管理系统》进行接口，进行数据共享；系统主站，可与现有农村电网电压合格率系统无缝集成，数据共享，统一进行应用分析；系统的基础内容，如线路、台区信息可以与SG186《农电生产管理系统》进行接口，自动调取基本信息，保证系统资料的准确性，同时减少系统操作人员重复录入资料的工作量。

4 主站系统选用条件

主站系统如能满足以下几点要求，可以考虑选用：主站系统的建设必须是在农电企业运营功能规范的统一规划下，遵循SG186的统一编码规范的基础上进行建设；主站系统必须能够与SG186中的《农电生产管理系统》进行接口，进行数据共享；主站系统能够与现有农村电网电压合格率系统进行数据共享，统一进行应用分析；主站系统的基础内容，可以从SG186《农电生产管理系统》调取基本信息。

5 终端选用条件

终端作为实时采集监测点参数的重要设备，在选用终端时，要充分考虑终端的采集容量和传输功能。同时，根据我局农村电网特点，需要的终端必须具有以下功能：可以根据10 kV线路停电情况及线路开关状态统计分析农村中压用户供电可率；能够反应线路故障定位信息，方便及时查找隔离故障，恢复非故障区域供电，最大限度减少供电损失，提高供电可靠率；可以根据采集到的10 kV线路关口及台区总表电能量数据，进行10 kV线损计算和分析，为降低线损提供数据依据；具有自动投切配变负荷开关功能，能够根据台区变压器负荷率、负荷峰值及持续时间、工作温度及时进行操作；能够根据台区功率因数及无功需求，合理自动进行无功补偿；能监测到防盗传感器数据，发出配变防盗警示信息。

6 网络选用条件

考虑到信息安全问题，后台软件的网络连接采用公司内网连接。现场监测设备和后台软件之间的连接可以采用多种方式连接，如GPRS专线连接，短信连接等。

参考文献：

[1] 余贻鑫，栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，（1）.

智能测控系统 篇4

现代化的养鸡场,为了扩大规模,提高生产效率,最大可能地在有限的空间里饲养尽可能多的鸡。而这种高密度饲养的关键因素之一是温度调节。传统的有线测控系统存在布线复杂、抗干扰性差和维护困难的缺点,制约了其推广应用[1]。从1990年开始,欧美一些科学家开始对无线测控系统进行研究,将低功耗、高可靠性的Zigbee技术应用于测控系统中,取得了一些试验性的成果[2,3,4]。但是,由于环境因素的复杂性、无线传感器网络标准不完备以及安全性等问题,基于Zigbee的无线测控系统的开发和应用还有很多亟待解决的问题[5,6]。本文设计了一种基于Zigbee的鸡舍智能测控系统,它以射频芯片CC2430为核心,结合温度传感器和执行结构,能够有效地完成对温度的无线检测和控制。

1 系统组成原理和总体方案

1.1 Zigbee技术的工作原理

Zigbee技术是一种具有低速率、近距离、低功耗、低复杂度、低成本、通信可靠和网络容量大等特点的无线通信技术[7,8]。ZigBee协议的PHY层和MAC层采用IEEE802.15.4协议标准,网络层由ZigBee联盟制定,应用层则允许根据用户的应用需求进行开发。ZigBee的工作频段分为868MHz,915MHz和2.4GHz共3个频段。其2.4GHz频段分为16个信道,为全球通用且免付费、免申请频段,该频段的数据传输速率为250kbps。在通信上,采用免冲突多载波信道接入方式,有效避免了无线电载波间的冲突;采用密钥长度为128位的加密算法对数据进行加密,确保了通信数据的安全保密性。另外,Zigbee设备能耗极低,发射输出为0~3.6dBm[9]。

1.2 系统的总体方案

为了保证系统的可靠运行,必须选择合适的网络拓扑结构。Zigbee标准支持3种主要的自组织无线网络类型,即星型结构、网状结构和簇状结构。其中,星型拓扑结构只存在一个FFD节点,各个RfD节点共享信道,一定时间内只由1个RFD节点和FFD节点通信。其可连接的最大即RFD节点数目虽不多,但是由于鸡舍测控系统中RFD节点的功能简单,各个节点不需要路由功能,其通信覆盖范围能够满足鸡舍测控系统的需要。综合考虑网络的覆盖能力、节点功耗和稳定性,选择星形拓扑结构。

根据测控系统的特点和要求,设计了具有1个中心控制节点和3个传感器节点的无线测控系统。测控系统由上位PC机、基于CC2430的中心控制节点和传感器节点以及传感器模块和执行机构组成,如图1所示。

上位PC机通过RS232串口与网络中心节点连接,接收Zigbee网络传来的数据和发送控制指令,监控鸡舍运行状况,实时显示温度、湿度等各种环境信息,并且可以完成数据管理、历史资料统计分析等功能。中心控制节点是无线网络的中心,负责网络的建立和管理。无线数据采集模块用于接收传感器传来的数据并将其转发给中央控制节点,同时接收通过中央控制节点转发来的上位机对执行机构的控制命令。

2 系统硬件设计

2.1 中心控制节点硬件设计

CC2430是ChipconAs公司的最新推出的符合2.4GIEEE802.15.4标准的射频收发器。它延用了CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了Zigbee射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2430拥有1个8位8051MCU,8kB的RAM,32kB,64kB或128kB的Flash,还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES128协处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程的I/O引脚。

CC2430只需少量外围元器件配合就能实现信号的收发功能。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3个部分。图2为中心控制节点电路图。

2.2 传感器节点硬件设计

无线传感器网络的节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。而CC2430芯片集成了微处理器和无线通信模块,大大简化了射频电路的设计。传感器模块采用铜测温电阻,执行机构采用变频调速器驱动电动机的换气扇调节温度。节点的硬件原理框图如图3所示。

由于鸡舍温度一般不超过-20~+50℃范围,而铜测温热电阻在这个范围内,有较好的稳定性和测量精度,而且价格低廉。所以,选用铜测温热电阻作温度传感器,图4为测温电路。

系统的执行机构是由变频调试器控制的电动机驱动的换气扇。换气扇是在长期连续的状态下工作,属于连续恒定负载,正常情况下,不会出现过载。基于以上两点,选择泵、风机专用型的交流变频调速器。

3 模糊控制器的设计

由于鸡舍温度受外界环境干扰大,各个物理量的分布不均匀,是一个时变非线性系统,很难建立精确的数学模型,经典的PID控制难以达到满意的效果。而模糊控制不需要建立被控对象的数学模型,具有鲁棒性好的特点,很适合用在这样的大惯性非线性系统中。因此,采用模糊控制算法对鸡舍系统进行控制。

3.1 模糊控制算法设计

鸡舍控制系统中要控制的因子很多,这些因子包括光照、温度、湿度等,而温度对作物来说是最重要的,因此选温度作为模糊控制的主控因子,以温差以及温差变化率作为输入,通过模糊化、模糊推理、反模糊化得到一个输出量,对加热炉或换气风机进行控制,从而达到控制鸡舍环境的目的。模糊控制器结构框图如图5所示。

3.2 模糊控制的软件实现

由离线方式计算出的模糊控制总表,直接以矩阵的形式写入单片机内部程序存贮器。工作时,不用进行复杂的运算,采用查表的方法,进行即时控制。

采样n时刻A/D转换输出值,与系统设定值和上次采样值比较得n时刻偏差E(n)和偏差变化率Ec(n);选择合适的量化因子Ke和Kc,由相应的模糊控制规则得到模糊值E(n)和Ec(n);然后根据E(n)和Ec(n)的值直接查程序存贮器内的模糊控制总表得到模糊控制增量U。最后采用加权平均的方法将U进行反模糊化,得到精确量U,然后将该值通过CAN总线传给其它智能节点,从而控制现场设备或送给上位机做进一步处理以协调整个系统各控制单元的正常、有效的运行。软件流程图如图6所示。

4 系统软件设计

4.1 传感器节点程序设计

传感器节点主要负责采集传感器数据并将这些数据传送给中心控制节点,同时接收来自中心控制节点的数据并根据这些数据进行相关操作。为此,在IAR Embedded Workbench for MCS-51 Evaluation环境下,采用C语言开发了传感器节点的软件,进行了程序的编辑、编译、连接、调试。图7为传感器节点主程序流程图。

4.2 上位机软件设计

上位机软件的主要功能是与位于监控室中的中心控制节点通过RS-232串行口进行通信,从而接收传感器节点的信息。另外,上位机软件还要实现人机交互、网络管理、传感器信息接收、数据处理与分析和数据库管理等功能。

由于提供通讯控件Mscomn控件,本应用系统的上位机软件采用Visual C++ 6.0进行开发。Visual C++ 6.0的通信控件Mscomn能够提供串行通信的全部功能,可以实现从串口读入数据或写数据到串口上,程序编写、调试简单方便,开发速度快。该控件封装了通信过程中的底层操作程序,用户只需设置和监控控件的属性和事件,可以方便地实现用户和应用程序之间的异步串行通信。Mscomn控件通过串行端口为应用系统提供了发送和接收数据的功能,应用十分简便,控制命令、数据和信息的转发等功能。而且,可以实现了良好的人机界面,满足无线传感器网络的基本需求。图8为上位机软件结构框图。

5 结论

为了克服有线测控系统接线复杂和抗干扰性差的缺点,开发了基于Zigbee的大型鸡舍测控系统。运行试验表明:基于Zigbee无线传感器网络的测控系 统,具有可靠性高、抗干扰性好、功耗小和成本低的特 点,能够满足大型鸡舍测控系统的需要。

摘要：为了克服有线测控系统接线复杂和抗干扰性差的缺点,开发了一种基于Zigbee无线传感器网络的鸡舍测控系统。该系统由上位PC机、基于CC2430的中心控制节点、传感器节点、传感器模块和执行机构组成。系统采用模糊控制算法实现温度的精确控制;用C语言在IAR Embedded Workbench for MCS-51 Evaluation环境下开发无线传感器节点程序;基于Visual C++6.0平台开发了上位机控制系统软件。运行实验表明,控制系统工作稳定可靠,满足了鸡舍控制的功能要求。

关键词：Zigbee,鸡舍,无线传感器网络,CC2430

参考文献

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[3]杜尚丰,李迎霞,马承伟,等.中国温室环境控制硬件系统研究进展[J].农业工程学报,2004,20(1):7-12.

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[8]彭燕,何东健.基于Zigbee技术的果园生态环境检测系统[J].农机化研究,2009,31(4):164-167.

智能测控系统 篇5

随着我国航天事业的高速发展,对海上测控系统提出了越来越高的要求.测量船执行任务时涉及飞行器、船栽设备、测量船工况等任务要素.本文根据任务要素的主要层次关系及它们之间的.约束关系,构建了海上航天测控系统领域本体TTC_Onto,其实现和应用可以有效地提高任务分析的灵活性和准确性.并给出了TTC_On-to的构建过程及其评价机制.

作 者：黄凯 张忠华 倪晓秋 HUANG Kai ZHANG Zhong-hua NI Xiao-qiu 作者单位：黄凯,HUANG Kai(西安交通大学电信学院,陕西西安,710049;中国卫星海上测控部,江苏江阴,214431)

张忠华,倪晓秋,ZHANG Zhong-hua,NI Xiao-qiu(中国卫星海上测控部,江苏江阴,214431)

智能测控系统 篇6

在整个水文测验工作中，智能水文主要是通过网络计算机的优势，对水文某一时间内发生的状况进行资料收集、整理，以便为今后河流的治理提供直接资料。在整个智能水文系统中，主要包括缆道流量、泥沙测定系统应用计算机测控技术、无线通讯技术、变频技术等几个重要部分。通过智能水文系统，能够对河流变化中河沙的多少、河水的速度进行准确的测量，同时能够将误差降到最小。在整个智能水文系统中，主要包括自动和手动两种测验方式。在自动模式中，系统可以对同一区域内所有的河流进行水文数据收集，并通过对数据的分析整理，自动绘制成图形，为工作人员的查阅提供方便。与此同时，针对洪水复杂的规律，在条件允许的状况下，可以使用手动系统进行数据收集。如此，则能从根本上提高系统的灵活性，以此保障水文测验数据的准确性。

2 系统硬件设计

系统主要由硬件系统与软件系统两部分组成。在整个硬件系统中，基于河流的特性，主要由水下部分与岸上部分組成。在系统硬件设计的过程中，具体分析如下：

2.1水下硬件部分

在水下硬件部分设计中，主要是通过微电脑对整个系统进行控制，在微电脑的控制下，能够对各个传感器的信号进行控制、收集，避免各个传感器之间因传达信号而造成的时序错乱。与此同时，针对各个信号的干扰性，微电脑也能够通过软件编码这一程序，来提高信号的抗干扰性。在传统的信号传播中，一般通过短波通讯来传达信息。而在智能测控技术中，微电脑的使用，能够对各个传感器收集的数据进行编码，通过可以利用高频发射电路将收集的数据传送至主控机房。在提高数据传播速度的同时，还能避免数据遗失的情况发生。

2.2 岸上硬件部分

在整个智能测控系统中，其岸上硬件部分主要由计算机测控、电动动力、数模通讯转换以及数据接收解码等多个单位组成。岸上硬件设计的特点主要包括以下几个方面：首先，在整个岸上硬件设计中，其核心在于模块化设计。不同的单元为不同的模块，这样的系统模式具备简单、明了的特点，出现问题时能及时找到问题的根源。其次，在整个岸上硬件系统运行的过程中，通过计算机的控制，能够进一步促进系统的升级。再次，岸上硬件在运行的同时，除了具备稳定性能外，还在很大程度上具备防雷及抗干扰的性能，在提高系统运行速度的同时，还能优化整个系统程序。最后，在岸上硬件系统运行的过程中，系统能够凭借各个单元提供的信号，对河流中的泥沙、河水速度进行及时的记录、分析，同时能够对出现的意外情况进行分析、判断，在完成数据处理的同时，还能保障数据的完整性。

3 系统软件设计

在智能测控技术应用的过程中，系统软件设计是极为关键的一个环节，直接关系到智能测控技术的应用效果。在系统软件设计方面，主要包括硬件控制程序和报表程序设计两个方面，下文中将对此进行详细论述：

3.1硬件控制程序的设计

硬件控制程序采用VB编程，能够确保界面友好、便于操作，使图形显示功能得到充分利用，从而直观形象的反映系统的实时运行状态。硬件控制程序的主要功能菜单包括系统参数、系统校正、运行参数、数据分析、实时监控等内容。硬件控制程序的设计，应充分考虑一线操作人员的系统操作习惯，便于操作人员的实际使用。因此，硬件控制程序应采用手动模式和自动模式两种模式，断面图应根据实际断面以一定比例绘制，能够动态、准确的显示仪表位置。另外，还需要设置信号指示灯，针对水面信号、流速信号以及河底信号设置相应的信号指示灯，当接收到信号时点亮与之相对应的信号指示灯，以便于操作人员及时掌握信号接收情况。硬件控制程序的设计，应尽量提高自动化水平。操作人员使用鼠标进行简单的点击，便可以使整个系统按照既定的参数进行一次完整的测量过程，而不需要操作人员进行繁琐的操作。同时，系统在测量过程中应能够自动判断信号是否出现故障，并能够去除信号颤抖，以保障测量结果的准确性。

3.2报表程序的设计

报表程序的设计需要严格遵循行业规范的各项要求，需要考虑便于手工计算与计算机报表的特点，保障报表的精度和可操作性。报表程序应具备历次测量数据查询、水深横向分布图与流速横向分布图的输出、流量测验计算表与成果表的打印等功能。

4 总结

综上所述，智能测控技术在水文测验中的应用能够解决水文作业的安全问题，显著提高水文测验精度，全面提高水文测验工作的水平，使水文测报工作迈进崭新的篇章。智能测控技术在水文测验中的应用，需要做好智能水文系统硬件设施与软件设施的设计工作，只有保障硬件与软件设计的合理性，才能确保系统功能符合实际需要，保证系统运行的稳定性、实用性、可操作性和测量结果的精度，提高水文测验的经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]安志远.Microsoft Visual Basic程序设计[M].北京:水利水电出版社,2004

[2]范逸之.Visual Basic与分布式监控系统[M].北京:清华大学出版社,2002

作者简介：

温室温湿度智能测控系统的设计 篇7

关键词：温室温湿度,智能,测控系统

0 引言

随着社会的发展与进步, 温室已经成为现代化农业设施的重要组成部分。农作物的生长需要一个适宜的环境, 在温室智能测控环境下, 可以不分地区、不分季节地种植所需要的农作物。随着温室大棚技术的普及, 温室大棚数量的不断增多, 温室大棚的温、湿度控制成为一个难题。温室自动化是设施农业发展的高级阶段, 其主要体现在对温室内环境的监控上, 因此对温室环境进行自动检测, 进而实行自动控制是非常必要的。

在国外, 温室内部环境的测控系统已经发展到比较完备的程度, 并形成了一定的标准, 而国内有关温室环境测控方面的研究起步较晚。目前, 在智能化程度和控制策略方面, 国内的温室测控系统, 还不能和发达国家相比, 且进口的测控设备不能完全适应我国农业生产的要求, 因为其能耗大、价格高。因此, 设计适合我国国情的温室温湿度智能测控系统, 可以有效地提高我国温室产品的质量, 促进农业资源的科学开发和合理利用以及农业生产现代化水平的发展。

1 测控系统方案设计

农作物在生长过程中受周围环境中温度、湿度等因素的影响, 若环境中昼夜温差大、湿度变化大, 对农作物生长尤为不利。因此, 本系统利用价格低廉的简单元器件来设计一个操作简便、性价比高, 测量精度高的温室测控系统。该系统运用单片机对温度、湿度等参数进行巡回测量, 并对测量结果进行优化补偿, 实时调控;此外主控制器还可以同时完成数据存储、参数测量等, 硬件总体设计结构如图1所示。

本系统在上电初始化以后, AT89C52单片机采用查询的方式接收温度和湿度信号, 然后加以处理, 通过数码管显示电路把处理后的信号显示出来, 温度和湿度每隔1 min交替显示一次。按键主要是用来设置温湿度的上下限用的, 当有按键按下时单片机以中断的方式来响应。当单片机采集的温度或湿度信号不在设定的范围内时, 则系统开始报警, 同时单片机也检测出温度或湿度是高于设定的上限还是低于设定的下限, 并同时置位相应的指示灯, 告诉观测者。当报警以后单片机执行什么样的动作视具体情况而定。

2 硬件系统设计

整个系统采用模块化设计, 硬件结构由单片机、传感器、控制装置组成, 单片机将数据通过485总线送给上位机, 上位机有显示功能, 根据预先设置的参数确定要采取的措施, 并将信息传给下位机, 由下位机控制喷灌和通风装置。传感器将物理量转换为电压并完成信号的调整, 再送入模数转换器ADC0809, 由下位机AT89C52读取。控制装置设置了独立的显示和控制等功能, 并设置了RS-232和RS-485通讯接口, 便于和上位机通信, 实现集散控制。现对主要部分简要介绍如下:

2.1 单片机AT89C52

我们选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C52, 它是一种低功耗、高性能的8位单片机, 片内带有一个4K字节的FLASH可编程可擦除只读存储器 (EPROM) , 它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器 (NURAM) 技术, 而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。AT89C52是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机, 它可方便地应用在各种控制领域。

2.2 传感器

2.2.1 温度传感器

选用的温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件, 属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比, 它能够直接读出被测温度, 并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数值读数方式。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口, 测量温度范围为-55~125℃, 在-10~85℃范围内, 精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输, 用符号扩展的16位数字量方式串行输出, 大大提高了系统的抗干扰性。

2.2.2 湿度传感器

湿度传感器选用集成湿度传感器HIH3610, 该传感器采用聚脂、热固电容式传感头, 其内部具有信号处理功能电路, 因此该传感器可将相对湿度值转换为线性电压输出。

2.3 单片机控制系统和微机控制系统

它主要由单片机AT89C52、ADC0809数模转换、伺服电机、继电器等部分组成。本系统采用片选法, 配备了所需的各种芯片, 其抗干扰能力较强。

2.3.1 A/D转换

该设计采用ADC0809芯片, 将各被检测电压信号转换为数字信号送至主控制器, 其优点为测量精度高、线性度高、抗干扰能力强, 可通过软件程序设计直接实现温度等参数的转换。

2.3.2 系统控制器

该设计主控器选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C52, 该系统由单片机对温湿度等参数进行巡回检测, 对检测结果进行调控、优化补偿, 且主控制器还可同时完成各参数检测、数据存储以及与上位机通信等功能。主控器主要有调温、调湿及室外保温等控制功能。温室内温度通过AT89C52控制风机和加热炉完成升温, 通过风机和排气扇完成降温。土壤湿度主要通过施肥、浇水来自动调节, 或采用辅助报警由人工调节。室外保温主要采用自动或半自动的外部设备完成。

3 软件系统设计

温室温湿度测控系统软件设计由单片机程序设计和微机程序设计组成。

3.1 单片机控制系统

其主要功能模块包括:采集模块、控制模块、通讯模块。

3.1.1 采集模块

采集模块主要实现对ADC0809通道的转换和控制结果的读取, 并将结果暂存于数据区。

3.1.2 控制模块

控制模块包括温度控制、空气湿度控制、光照强度控制、土壤湿度控制。根据不同的控制要求, 发出不同的控制信号, 通过电机、继电器、行程开关控制开关窗、遮阳网、滴灌、屋顶喷淋, 实现系统的实时控制。

3.1.3 通信模块

通信模块可将采集的各参数信号传到上位机, 并接收上位机发来的控制信号, 实现单片机与上位机之间的通信, 便于远程管理。单片机将采集的信号和控制装置当前的状态信息通过RS-485送到上位机, 实现信息的上传。

3.2 微机控制系统

其主要设计包括动态显示模块、控制模块、数据库模块、通信模块四部分。动态显示模块可及时测控各环境参数;控制模块可对整个系统进行测控, 如开关窗、滴灌等控制;数据库模块是为农作物生长环境的设定而累积数据;通信模块实现单片机和上位机之间的通信, 上位机将控制信号通过RS-485传送到单片机, 将信息下传。

3.3 程序模块

3.3.1 主程序

系统上电时, 初始化程序将P3口置零, 内存单元70H、71H、72H清零。开始上电时, 系统默认参数值状态为位循环显示3个通道。当完成一次测量时, 会显示每一通道的A/D转换值, 每个通道的数据显示时间为1 s左右。主程序在调用A/D转换子程序、显示子程序和判断按键之间循环进行。

3.3.2 转换子程序

模/数转换测量子程序用来控制对ADC0809三路模拟输入电压的A/D转换, 并将对应的数值移入70H、71H和72H内存单元。

3.3.3 显示子程序

显示子程序运用动态扫描法完成4位数码管的数值显示。测得的A/D转换值存放在内存单元70H、71H和72H中, 测量值需要转换为BCD码存放在73H、74H和75H单元中来显示, 76H单元存放通道标志数。寄存器R0用于显示数据地址指针, R3用于3路循环控制。因为显示器采用段码显示, 不能将各参数的单位显示出来, 但各个通道的单位是一定的。

4 结语

温度和湿度是影响农作物生长不可缺少的因素, 而今我国大多数温室对温度和湿度的测控都是通过人工操作完成的, 这就不可避免的存在着劳动强度大、测控精度低及测控不及时等弊端, 从而造成了相应的损失, 浪费了人力资源, 增加了成本, 而且达不到预期的效果。因此, 科学合理地调节温室内的温度和湿度, 有利于改善温室内农作物的生长环境, 提高农业产出和经济效益。本文就是根据我国的实际情况, 设计了一种性价比高、操作简便、自动化程度高、扩展性好的多因子温室温湿度智能测控系统, 以满足我国不同类型温室经营者的需求, 创造出适合农作物生长的温湿度环境, 从而有效地改善农业生产条件, 提高劳动生产率和社会经济效益。

参考文献

[1]马万征, 马万敏.智能温室环境控制的研究现状及发展趋势[J].北方园艺, 2011 (23) :179-180.

[2]杨枢, 葛继忠, 赵世付.棚室环境智能控制系统的研究[J].安徽农业科学, 2002, 30 (1) :7-10.

[3]杨帆, 孟翔飞, 孙建红.数据融合技术在温室环境监控系统中的应用[J].农机化研究, 2012 (4) .

基于移动智能终端的粮情测控系统 篇8

关键词：粮情测控,移动终端,Android系统

1引言 (Introduction)

据统计粮食在仓储过程中损耗量很大, 联合国粮农组织的调查显示, 世界上平均每年仓储粮的损耗占到年产量总量的10%左右, 可谓是损耗量惊人, 在一些欠发达的国家和地区, 这一损耗甚至高达30%, 究其原因主要是缺乏先进的储粮技术, 再加上管理的缺位, 造成储粮生虫、霉变、变质[1]。因此提高储粮技术, 加强储粮管理, 减少粮食损耗至关重要, 而加强粮仓内储粮信息的监测管理水平有利于提高储粮质量, 减少粮食损耗。

目前, 对粮仓内储粮信息的监测主要是桌面应用系统, 成本高。随着科技的发展, 移动终端所传递的速率越来越快, 应用也越来越广泛。但是目前移动终端的应用大多在民用和娱乐层面, 很少涉及工业生产领域, 如将其应用到粮食仓储的监控中势必推动粮情监测的技术进步和仓储效率。为此, 本文结合移动智能终端系统平台的优势和特点, 探索并实现一种基于移动智能终端的粮情测控系统。

2移动终端特点及应用开发模式 (The characteristics and application model of mobile terminal)

2.1移动终端设备特点及优势

从移动终端的运算处理能力来看, 其CPU一般是基于ARM的微处理器, 工作频率较低, 数据处理能力和计算能力不强。针对移动终端运算能力比较弱的特点, 移动终端设备应定位为显示终端, 在这里移动终端仅仅作为一种接收和显示的终端设备, 大量的计算, 数据处理, 存储都应放在云端, 结合云计算技术按需从云端更新和获取数据。此外移动终端具有强大的I/O能力, 通过I/O可以扩展移动终端的应用范围, 根据这一特点, 可以连接嵌入式设备, 将嵌入式开发和移动终端应用开发结合起来。一般来讲嵌入式系统能够与大量的电子元器件连接并对其进行控制。但是, 它有一个缺点, 即缺乏一个良好的人机交互界面, 并且无线连接能力也很差。而从另外一个方面来说, 移动终端设备则拥有一个良好的人机交互界面 (一个超大的触摸屏) 以及强大的无线通信能力, 但是, 它却严重缺乏读取和控制各种电子元器件的能力。那么将移动设备和嵌入式设备相连接, 能够克服彼此的不足, 扩展移动设备的应用[2]。另外移动设备最大的特点在于移动性和便携性以及强大的通信能力, 可以使应用程序突破空间时间的限制。这些特点使得移动终端非常适合应用于粮情测控系统。

2.2移动终端应用软件开发模式

根据移动终端的特点, 在粮情测控系统中, 移动终端应用软件的开发应遵循以下几种模式:首先移动终端设备应定位于显示终端, 它仅仅是对数据进行展示, 各种运算和处理应放到云端来进行, 这符合移动终端应用软件的开发特点; 其次移动终端设备具有移动性、便携性, 硬件方面具有可扩展性, 对于应用开发来讲, 要充分考虑这些特点, 将其融入到物联网环境中, 开发相应的外设;再者在应用软件的开发过程中要尽量使用已有的开发资源, 一些大的应用程序供应商能够提供一些封装好的功能模块, 像是物理引擎、游戏引擎等, 有效利用这些资源可以提高开发的效率, 降低开发的难度;最后应用软件的开发要注重人机的交互, 对于移动设备操作应该方便、便捷, 具有人性化, 应当具备良好的人机交互界面, 使之成为用户和系统之间有效沟通的桥梁, 实现良好的软件应用体验。

3粮情测控系统总体方案 (General design of grain monitoring system)

粮情测控系统通过对粮仓内温度、湿度等各种信息的监测, 评估出储粮的储藏状况, 进而进行粮情预警, 确保粮食质量安全[3]。

3.1粮情测控系统方案

本系统通过在粮仓内的传感器网络获取粮情的状态参数, 并存储到云端服务器中, 然后通过中继器将数据传送到移动终端, 移动终端接收到粮情监测数据后, 将对监测到的数据进行全面展示和分析, 随时监控粮食的储藏状况, 并能做出预警, 保证储粮质量。系统物理结构框图如图1所示。

3.2粮情测控系统组成

本文提出的粮情测控系统主要有三个部分组成:智能传感网络、云端服务器和中继传输、移动智能终端。

3.2.1智能传感器网络

为了监测粮仓内的粮食信息, 在粮仓的内部, 布置了众多的传感器, 有温度传感器、湿度传感器等, 通过这些传感器可以实时感知储粮的各种状态信息。传统的传感器只能监测感受到的信息, 并不能对信息进行处理和传输, 而智能传感单元结合了微处理器、传感器模块、接口电路、数据存储模块、无线通信模块、电源模块等部分, 具有智能感知、智能信息处理与传输的功能, 为此本系统采用智能传感单元来监测粮仓内的各种信息。在粮仓内部, 各个智能传感单元有机结合构成一个智能传感网络, 通过这个网络采集储粮的各种状态信息, 并自动将数据上传到云端服务器, 实现储粮信息的实时采集与监测。

3.2.2云端服务器与传输中继

云端服务器主要负责接收智能传感器网络上传的数据, 存储并对数据进行运算和预处理, 生成移动终端所需的数据格式 (图像、文字、表格等) , 然后通过传输中继传送到移动终端进行展示。云端服务器采用云计算和云存储技术, 大量数据的存储和处理放在云端, 减轻了移动终端设备的数据处理压力和存储容量限制。

传输中继主要负责云端服务器和移动智能终端之间的数据传输, 移动智能终端通过传输中继向云端服务器请求数据信息, 传输中继接收到云端服务器的数据信息后, 再将数据按一定格式通过Wi-Fi发送给移动终端。

3.2.3移动智能终端

本系统移动终端设备采用基于Android操作系统平台的移动终端, 主要负责与传输中继进行通信, 从云端服务器获取粮情数据, 移动终端获取数据存储并在触摸屏上展示, 并通过数据分析和处理, 对粮仓内的储粮状态进行监控和预警。

4粮情测控终端应用开发与实现 (Development and realization of grain monitoring terminal application)

本文粮情测控系统的终端设备采用Android系统平台的移动智能终端。粮情测控应用程序运行在智能终端设备上, 其主要作用是无线下载数据、本机存储数据、解析数据、分析和处理数据。

4.1Android平台移动终端开发环境

本文的粮情测控终端应用程序设计在Windows XP操作系统环境下进行, 移动终端采用Android系统平台的设备。搭建开发环境需要安装和配置以下开发工具[4]:JDK、java开发工具包;Eclipse, java语言开发环境;ADT、Eclipse专用的Android开发插件;Android SDK、Android专属软件开发包。

4.2粮情测控终端应用程序功能结构

粮情测控终端应用程序实现三大系统功能:数据采集系统, 数据显示系统, 粮情预警系统。详细的功能结构框图如图2所示。

4.3粮情测控终端应用详细设计

4.3.1终端应用用户界面

应用程序的用户界面是人机交互的主要途径, 良好的界面设计可以提高用户的操作体验, 充分体现应用软件的特点。Android应用开发产生界面有三种方式:XML配置生成;用户界面接口生成;代码生成。本系统应用的设计采用MVC框架模式, 将界面的设计和程序逻辑设计相分离, 界面设计通过在XML中定义完成。

系统运行时首先进入欢迎界面, 之后进入功能选择主界面。界面的布局通过在android资源res/layout目录中定义的“xml”文件来进行设置。功能选择界面真机运行效果如图3所示。

4.3.2数据采集系统

数据采集系统主要负责获取云端服务器的粮情数据并对数据进行解析和分类, 并存储在移动终端的SD卡中实现本地化存储, 以便数据显示系统能够正确识别和显示。数据采集系统主要实现以下两种功能:

(1) 数据下载与存储

Android应用开发支持HTTP (超文本传输协议) , 提供了两种通信接口:①标准java接口 (java.net) , 实现基于URL的请求响应。②Apache接口 (org.apache.http) , Apache提供一套接口, 功能强大和复杂。本系统采用标准java接口作为通信接口, 通过HttpURLConnection类接收来自云端服务器的网络数据。HttpURLConnection类继承自URLConnection类, 属于抽象类, 通过get请求获取数据流, 并将数据流写到SD卡的相应文件中, 完成数据的下载与存储任务[5]。

(2) 数据解析和分类

对于服务器端返回的数据, 移动客户端需要能够解析出具体的含义, 这就需要服务器端和客户端具有统一的数据格式。本系统采用XML作为实际开发中所用的数据格式。XML (可扩展标记语言) 是一种可以用来创建自己专属的标记语言, 侧重于结构化的描述信息。XML文件存储了数据信息, 通过数据解析, 客户端可以知道数据的具体含义。本系统的XML文件解析采用API SAX (Simple API for XML) 接口, 使用SAX解析器进行分类解析[4]。

4.3.3数据显示系统

(1) 粮情基本信息显示

粮情基本信息模块主要负责识别监测到的各个粮仓的粮情信息并以一定的数据格式在终端设备界面显示出来。显示的基本信息主要包括粮仓号、仓容、仓形、储粮种类、储粮等级、粮仓通风方式、仓内外温度、湿度、仓库管理员等信 息, 如图4所示。

(2) 粮情图表信息显示

AChartEngine[7]是Android平台的图形库, 是一款图形数据引擎, 支持常用的各种图表, 像是柱状图、曲线图、饼图等。使用图形数据引擎能够快速开发出各种图表, 缩短开发周期, 提高开发效率。

本系统的图表信息显示采用AChartEngine引擎进行开发, 对于监控数据或者统计数据, 图表显示最为直观、清晰, 而AChartEngine图形引擎能够方便实现高效、美观、多样化的图表。

图表信息显示模块能够将粮情信息以各种专题图的方式展示出来, 更加直观, 便于用户掌控粮仓内环境信息的变化。显示的专题图包括:温度曲线图, 湿度曲线图, 温度曲线对比图, 柱状统计图, 饼状图, 组合图等。下图展示的是一段时间内粮仓内外温湿度变化的曲线图, 如图5所示。

(3) 粮堆温度云图显示

粮仓内部存储了大量的粮食, 在粮堆的内部温度分布并不均匀, 通过在粮堆内部层层布置传感器节点可以监控粮堆内部的温度情况。

本系统用三维立体图形模拟粮堆的形态, 并能对粮堆按层、行、列进行划分, 并显示所对应层、行、列的温度云图。温度云图是温度传感器节点的温度值按照颜色深浅 (温度从低到高对应颜色从蓝到红) 构成的温度分布图。粮堆是用三维立体进行模拟, 技术上是采用Android应用开发的OpenGL ES2.0三维图形API来进行3D场景渲染[6], 如图6所示。图中左侧显示的是三维模拟粮堆, 按层分为四层, 触控某一层次, 在屏幕右边即显示出当前层的温度云图。

4.3.4粮情预警系统

本文的粮情测控系统主要用于监测粮仓内储粮的存储状况, 及时对储粮状态做分析和判断。因此, 预警系统就是通过分析接收到的粮情监测数据, 对储粮状态进行评定, 进而指导用户根据预警信息调整粮仓内的环境状态, 保障储粮质量。粮情预警系统主要实现下面三个功能:

(1) 综合评判和处理

系统获取粮情的监测数据后, 依据预先设定好的评判标准和范围, 将对数据进行对比、分析和处理, 通过一定算法得出评判和处理结果。

(2) 粮情预警提示

粮情的预警主要监控粮仓内部和粮堆内部的温度、湿度, 以及粮仓的通风状况。预警系统通过检测到的温度、湿度等粮情信息, 对当前粮仓内的环境信息进行综合评判和处理, 做出预警提示。

(3) 粮食储藏状态显示

通过对粮情监测数据的综合评判和处理, 根据预先规定的评价标准, 可将储粮状态分为:储藏品质优良、储藏良好、储粮品质受损、储粮变质四个等级, 应用程序分析处理得出结论后, 将当前的储粮状态显示到用户界面上, 做出预警提示。

5结论 (Conclusion)

本文总结了移动智能终端应用的开发模式, 实现了基于Android系统移动终端的粮情测控系统应用, 开发结果表明, 移动终端设备应用于粮情测控是可行的, 有利于推动粮食仓储的信息化管理。

参考文献

[1]王若兰.粮油储藏学[M].北京:中国轻工业出版社, 2012.8:5-20.

[2]Simon Monk[美], 著, 唐乐, 译.Arduino+android互动智作[M].北京:科学出版社, 2012:8-15.

[3]国家粮食局粮食行政管理司.储粮新技术教程[M].北京:中国商业出版社, 2001:39-108.

[4]李兴华.Android开发实战经典[M].北京:清华大学出版社, 2012:12-27, 257-282.

[5]段弘, 唐雪飞.Android系统结构及应用编程[M].北京:清华大学出版社, 2013:189-198.

[6]吴亚峰.Android 3D游戏开发技术宝典:OpenGL ES 2.0[M].北京:人民邮电出版社, 2012:77-104.

[7]http://code.google.com/p/achartengine.

智能测控系统 篇9

智能电网的发展[1,2,3,4]给配电网(本文指中低压配电网)的保护与控制(简称保护控制)带来了新的挑战。具体体现在如下几方面。

1)亟待解决分布式电源(DG)大量接入的保护控制问题。DG的大量接入使配电网变成一个正常运行功率与故障电流双向流动的有源网络,给配电网的保护控制带来了新问题。受保护控制性能等因素的限制,现有导则均对DG的接入容量作出了严格限制,而这不利于充分发挥其作用。

2)用户对供电质量要求的提高给配电网保护控制技术提出了新要求。对于高科技数字化设备,即使秒级的短时停电也会带来严重的经济损失与社会影响。据报道,美国每年的停电损失超过1 500亿美元;根据国内目前的供电可靠性状况,每年的停电损失也达到数千亿元人民币[5]。中国电力可靠性管理中心2010年的停电统计数据表明,90%以上的停电是由配电网引起的[6]。保护性能不完善是配电网停电较多的一个重要原因。

3)需要解决运行效率低的问题。目前,在电力系统整体损耗中,配电网的损耗接近一半;配电网的设备利用率较低,年平均载荷率不足40%。提高配电自动化与控制水平是解决这一问题的重要措施。

传统的配电网保护控制技术可分为仅利用装置安装处信息的就地控制方式(如电流保护、电压无功控制等)和基于主站的集中控制方式。就地控制方式易于实现、动作速度快,但利用的信息有限,控制性能不完善。集中控制方式利用全局信息,能够优化控制性能,但涉及的环节多、响应速度慢。而采用基于终端之间对等交换实时数据的分布式智能(distributed intelligence,DI)控制技术,既能利用多个站点的测量信息提高保护控制性能,又能避免主站集中控制带来的通信与数据处理延时长的问题,是配电网保护控制技术的发展方向。国内外已有应用基于IP网络的DI控制实现配电网保护、馈线自动化(FA)的研究报道[7,8,9,10],但多停留在一个具体应用系统的开发上,缺乏对通信组网方式、数据与信息交换模型、实时数据快速对等交换技术、控制机理与算法方面的深入研究,未能形成系统的技术体系。

另一方面,目前配电网的保护、电压无功控制、配电自动化等二次设备都是分别布置、单独建设的,各种设备之间互操作性能差、难以做到即插即用,存在重复投资、管理维护工作量大的问题。解决问题的途径是为配电网构建统一的测控系统,除支持常规的集中控制应用外,其中的现场终端还能够支持各种就地控制与DI控制应用,实现软硬件资源的高度共享;同时,系统应具有高度的开放性,支持自动化设备与应用软件的即插即用。目前,国内外对配电网统一测控系统的研究还比较缺乏。为解决自动化设备的即插即用问题,国际电工委员会第57技术委员会(IEC TC57)已将IEC 61850标准在配电网中的应用列入工作计划,并已制定出DG监控数据模型,但工作总体还在起步阶段[11]。

由山东理工大学、山东大学、昆明理工大学、中国石油大学(华东)、福建电力公司、山东科汇公司等单位组成的项目组,对智能配电网新型量测、保护控制技术进行了研究探讨[12],提出了基于对等通信网络的广域测控系统(WAMCS),为配电网监测与保护控制应用提供了开放性的统一支撑平台,在此基础上实现了DG并网控制、广域保护、快速故障隔离和恢复供电、小电流接地故障自愈等新型保护控制技术。

1 WAMCS及其保护控制应用技术框架

配电网WAMCS由智能终端单元(STU)、对等通信网络与主站组成。与常规的配电自动化系统主要区别如下:(1)STU能够支持基于本站点测量信息的就地控制和基于STU之间对等交换实时数据的DI控制应用;(2)具有高度的开放性,支持主站、STU及其应用软件的即插即用。

WAMCS及以其为支撑平台的保护控制应用技术框架如图1所示。主要技术内容可分为开放式通信体系、支撑平台、高级应用3部分。

开放式通信体系包括IP通信网络、配电网公共信息模型与信息交换模型、数据传输协议、通信服务映射等,为WAMCS提供基础的数据传输服务,是保证系统中设备即插即用的关键。

支撑平台包括STU平台、主站(SCADA)平台、DI控制技术。STU平台为就地与DI控制应用提供支撑;主站平台为集中控制应用提供支撑;DI控制技术主要研究控制机理与方法,为基于DI的高级应用奠定理论基础。

高级应用包含基于主站SCADA平台的集中控制应用(配电自动化高级应用)、基于STU平台的就地控制与DI控制应用。作为常规的控制方式,集中控制与就地控制技术已较为成熟,本文主要介绍DI控制应用,包括DG并网控制、广域保护、故障快速隔离和恢复供电、小电流接地故障自愈控制等技术。

配电网的保护控制应用一般都是把一个独立的供电区域(以变电站中压母线为边界,一个互相有联络关系的线路所覆盖的区域)作为一个完整的保护控制对象。由于一个供电区域覆盖的范围较小,可以将其所有的站点设计在同一个以太网内,以保证各个站点STU之间数据交换的实时性(传输延迟不大于10ms),能够使基于DI的保护控制操作在100ms内完成,完全满足配电网保护控制对动作速度的要求。因此,基于WAMCS的DI控制特别适用于配电网,将给配电网保护控制的原理、系统构成及其性能带来革命性的变化。

2 开放式通信体系

2.1 通信网络

WAMCS要能够支持STU之间进行实时对等数据交换,因此采用IP通信网络是一种较好的选择。根据通信性能指标的要求,综合考虑使用光纤通信、无线通信、电力载波等通信技术,制定合理的通信组网方案及评价机制。通信网络应由主干通信网和分支通信网组成,主干通信网采用光纤同步数字体系(SDH)技术,分支通信网采用光纤或无线以太网,主干网与分支网之间通过网络交换机接口。

为保证DI控制命令的传输速度,应把DI控制关联站点设计在一个以太网内。DI控制关联站点是指一次DI控制操作所涉及站点的集合,都包含在一个供电区域内。一个供电区域所包含的站点数量并不是很多(数十个),因此设计在一个以太网内完全可行。

2.2 IEC 61850的应用

就其发挥的作用与通信特点而言,WAMCS中的STU相当于变电站自动化系统的间隔层智能电子设备(IED),而其主站与变电站自动化系统的站控层主站类似,因此,完全可以将IEC 61850标准应用于WAMCS,实现自动化设备的互通互联、即插即用[11]。IEC TC57已经启动了将IEC 61850扩展到智能配电网领域的工作。

目前,还没有建立起完整的面向配电网监测与保护控制应用的数据模型。研究结果表明,大部分WAMCS应用可以直接使用IEC 61850现有的数据模型,如XSWI(开关)、CSWI(断路器)、MMXU(测量)等;一小部分应用,如短路故障指示,则需要重新定义。

信息模型和通信服务的映射是应用IEC 61850的关键技术之一。WAMCS可以借鉴变电站自动化系统中的做法,采用映射到制造报文规范(MMS)上的实现方式。MMS能够支持所有的IEC 61850信息模型和通信服务的映射,但实现起来较复杂、代码量大,对通信网络及STU软硬件资源要求高,而将IEC 61850映射到IEC 60870-5-101/104协议上的方式,则可以较好地解决这些问题。IEC 60870-5-101/104协议的不足之处是不支持一些通信服务的映射,如Server的GetServerDirectory、Logical Device的GetLogicalDeviceDirectory等偏重于信息模型自描述的部分内容。对于这些不能映射的服务内容,可以采用WebService、文件传输,或通过对IEC 60870-5-101/104协议进行扩展、添加相关的应用来实现。

2.3 实时数据快速交换技术

为保证响应速度,DI控制关联站点STU之间的实时数据传输时间应小于10ms。

使用通用面向对象变电站事件(GOOSE)命令可以解决DI控制数据的快速传输问题,但需要为此设计专用的GOOSE命令通道,投资较大。如果把GOOSE命令与普通的测控数据混合传输,实现起来较为复杂。初步研究结果表明,采用无连接的传输层用户数据报协议(UDP)传输DI控制数据,在适当的网络流量下(如100 Mbit/s带宽的网络中的流量小于20 Mbit/s),其实际的传输延迟不会超过10ms。而对于UDP可能出现的数据丢失问题,则可以通过在应用程序中采用相应的措施予以处理。

3 广域测控支撑平台技术

3.1 智能终端技术

STU由硬件、支撑软件、应用软件3部分组成,其主要功能为:采集处理被监控站点运行数据,与主站以及有DI控制关联关系的STU交换数据;运行就地控制与DI控制应用软件,实现保护控制功能的集成。

STU的硬件设计应用高性能数字信号处理器(DSP)、RISC微处理器(MCU)、大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)等,具有强大的数据处理与存储能力。接口电路模块化、标准化,可根据工程需要灵活选配。设计高输入阻抗、弱模拟信号输入接口电路与数字采样值输入接口电路,实现电压电流传感器、数字互感器的接入。利用超级电容提供备用电源,解决蓄电池储能带来的维护与寿命问题。

软件设计采用如图2所示层次化、模块化的结构,使用开放式实时多任务操作系统(如μcLinux)与实时数据库(如SQLite)。应用程序通过应用程序访问接口(API)访问底层资源和数据,实现数据与应用的分离。支持动态加载、卸载应用程序,可方便地扩展新的应用功能与通信协议。

3.2 主站技术

主站设计采用软总线,将应用进行模块化处理,保证系统的一致性与可扩展性,并可方便地与其他系统接口,进而打通信息孤岛,实现信息的无缝集成。引入现代并行计算技术进行海量数据的实时分析与信息挖掘,从而确保智能配电网中信息处理与控制决策的实时性。

系统建模基于IEC 61968/61970标准,解决IEC 61850模型与公共信息模型间的映射转换与融合问题,实现设备与应用软件的即插即用。

3.3 DI控制技术

需要解决STU自适应、自组织与扩展技术以及相互之间的协调、合作、冲突消解、调度、管理技术。

拟采用2种方式实现DI控制。(1)协同控制。STU处理当地测量数据以及相关STU送来的测量与控制数据,进行决策,实现对当地设备的控制。(2)区域代理控制。与常规配电自动化系统的配电子站控制方式类似,选择一个合适的STU为代理,实时获取控制关联站点的测量数据,进行控制决策,并向相关STU发送控制命令。前者用于涉及站点较少、控制速度要求高的场合,后者主要用于涉及站点多、控制较为复杂的场合。

4 基于WAMCS的保护控制技术

4.1 DG并网控制技术

4.1.1 孤岛保护技术

仅利用DG并网点电压与频率测量信息的孤岛保护,难以在保护的灵敏度与可靠性之间取得平衡,原理上总是存在保护误动或拒动的情况[13]。而利用WAMCS的DI控制,则可以解决这一问题。

在图3所示系统中,将DG并网处的STU设置为孤岛保护代理,它实时测量并通过与其他STU通信获取当地以及变电站母线和线路分段(分支)开关的电压、电流相量与开关状态信息,对这些信息进行综合处理,如比较电压相量差、检测开关状态变化等,从而判断是否出现孤岛运行状态,提高孤岛保护的灵敏度和可靠性。

4.1.2 电压无功控制

DG并网运行会影响馈线的电压分布,为保证电压质量,现有的并网导则对并网DG的容量有严格的限制且不允许其参与电压调整。

在WAMCS中,STU可应用DI控制综合处理母线与DG并网点等相关站点的电压、电流测量信息,对DG、无功补偿电容装置等进行协调控制,可在保证电压质量的前提下,充分发挥DG的作用,实现无功功率的最优分布,以减小损耗。

4.1.3 计划孤岛供电无缝转换控制

在大电网供电中断时,由DG计划孤岛(或微电网)供电可以保证重要负荷的正常供电,提高供电可靠性。

一般来说,计划孤岛在并网时会从主网吸收一部分有功和无功功率,称为网供功率。在孤岛脱离主网后,网供功率即为计划孤岛的不平衡功率。不平衡功率过大,会影响计划孤岛的频率与电压稳定。利用基于WAMCS的DI控制,可对计划孤岛内的负荷、DG与无功补偿装置进行快速投切控制,使计划孤岛在脱网后尽快实现其内部功率的基本平衡,实现计划孤岛供电的无缝转换。

以图4所示系统为例,假设整条馈线具备计划孤岛供电的条件,选择变电站断路器处的STU为计划孤岛转换功率平衡控制代理(简称功率控制代理)。在计划孤岛正常并网运行时,该代理实时测量网供功率并收集其他STU送上来的计划孤岛内可控负荷的功率。在主网失电时,功率控制代理跳开断路器,计划孤岛转为孤岛运行。假设主网失电前网供功率为有功功率ΔP,功率控制代理将按照预定的优先级向下游STU发出控制命令,切除数量大致为ΔP的有功负荷,实现计划孤岛功率的基本平衡。整个控制操作可在计划孤岛脱网后100 ms内完成,以保证计划孤岛快速进入稳定运行状态。

4.2 广域保护技术

利用基于WAMCS的DI控制,可以实现利用多个站点测量信息的广域保护(又称区域保护),提高配电网保护性能。例如:通过获取相邻站点的故障测量信息与保护动作信号,提高保护动作的选择性与动作速度;根据采集到的配电网实时运行结构和运行参数,调整保护的配置与整定值,实现自适应保护。

下文介绍2个具体的应用实例,以说明广域保护的工作原理及其优越性。

4.2.1 闭锁式广域电流保护

常规的配电网电流保护一般通过时间配合来保证动作的选择性。当保护级数过多时(如3级),将导致最后一级(变电站出口断路器)保护动作时间过长(大于1s),持续存在的短路电流以及由此引发的电压骤降,将威胁到配电网设备安全以及电压质量敏感负荷的正常运行。利用WAMCS的DI控制,能够解决上下级保护配合问题,提高保护的动作速度。

以图5所示馈线为例,假设在第1区段上F1点处发生故障,CB1处STU1检测到短路电流后,向CB2处的STU2请求短路电流检测结果,STU2向STU1返回没有检测到短路电流的信号(非闭锁信号),因此,STU1判断出故障在其相邻的下游区段上,发出跳闸命令。如果在第2区段上的F2点发生故障,STU1和STU2检测到短路电流,而CB3处的STU3则没有。STU1将收到STU2的闭锁信号,而STU2则收到STU3没有检测到短路电流的信号,因此,STU2动作发出跳闸命令。同理,在第3区段F3点处发生故障时,STU3检测到短路电流后立即发出跳闸命令,而STU1和STU2将分别收到来自STU2和STU3的闭锁信号而不动作。闭锁信号在STU之间的传输延时在10ms以内,完全能够保证在100ms以内发出跳闸命令。

4.2.2 闭环环网广域电流差动保护

在一些对供电质量特别敏感的场合,可采用闭环运行(闭式)的电缆环网供电。在线路上出线故障时,保护系统迅速切除故障线路,不会造成任何用户的供电中断,实现故障的无缝自愈。

闭式环网可采用常规的导引线或光纤电流差动保护,但需要为每一个区段建设专用保护通道,存在成本高、管理维护工作量大的问题。而应用基于DI控制的广域电流差动保护,则可以解决这些问题。

如图6所示闭式环网,环网柜进线开关采用可遮断短路电流的断路器。当电缆线路上F点发生故障时,所有环网柜处的STU均检测到短路电流,每一个STU与两侧或一侧相邻的STU之间交换故障电流测量信息,通过比较本地与相邻STU测量到的短路电流相量差,可判断出故障是否发生在其相邻区段上。由于只有F点两侧开关Q12和Q21的故障电流相位相反,据此可确定故障发生在Q12与Q21的区段上。故障区段两侧STU给本地断路器发出跳闸命令,切除故障区段。

故障电流相量的测量需要解决STU的时间同步问题。为避免安装专用的接收卫星信号的同步时钟,可利用故障电流信号同步,即把检测到故障电流的时刻作为电流相量测量的起始点。理论分析与测试结果表明,如果STU的采样频率足够高(大于每周期64点),可以保证时间同步误差在10°以内,完全满足电流差动保护的要求。

对于闭式架空环网来说,馈线上的负荷、DG会影响故障电流相量测量结果,可通过比较电流故障分量相量差并采用自适应判据,保证保护动作的可靠性。

以上介绍的广域电流差动保护,也适用于DG高度渗透的有源辐射型网络的保护。

4.3 快速故障隔离与恢复供电

对于开环运行(开式)的环网,应用基于WAMCS的DI控制,可以不依赖主站,实现故障定位、隔离与恢复供电(FA)控制,使供电恢复时间缩短到几秒之内。

如图7所示的开式电缆环网,环网柜进线开关采用负荷开关,开关Q31为联络开关。当F点发生故障时,变电站出口断路器动作跳闸,检测到短路电流的STU启动,并与相邻STU交换短路电流检测结果。STU2检测到短路电流,而STU3则没有,因此,STU2与STU3分别判断出故障在它们之间的区段上,控制Q12和Q21跳闸隔离故障,然后发出启动供电恢复命令,STU1与STU4控制CB1与Q31合闸,恢复非故障区段供电。

对于一个结构复杂的架空线混合网络来说,根据开关所处的位置与作用将其分为电源开关、中间开关与末端开关,STU根据被监控开关的类型,比较本地与相邻开关的故障测量信息,即可完成故障定位、区分干线与支路出线故障,进而进行故障隔离与恢复供电操作。这样,每一个STU只需要知道相邻开关的信息,整定配置简单,能够很好地适应配电网拓扑变化,可以克服现有基于DI控制的FA算法多针对具体网络的设计,通用性较差的问题。

4.4 小电流接地故障自愈控制技术

中性点采用非有效接地方式能够大幅减少故障引起的停电。小电流接地故障自愈控制技术包括基础的接地故障暂态分析、接地故障选线与定位、电力电子设备(用于注入补偿电流)与控制技术,实现故障无缝自愈(预防故障发生与促使接地电弧自熄灭)的绝缘在线监测与接地电流自动跟踪补偿技术,降低接地故障影响的自适应保护、过电压抑制技术等,如图8所示。下面重点介绍其中应用WAMCS的DI控制的小电流接地故障选线定位与接地电流跟踪补偿控制技术。

4.4.1 故障选线定位与自适应保护

近年来,对小电流接地故障选线定位技术的研究取得重大进展,分别提出了注入信号、投入中电阻等措施增加故障电流的方法,以及利用故障暂态信号的方法,其中暂态法无需增加或操作一次设备,无电流注入系统,具有投资小、安全性高的特点[14,15]。

暂态法测量变电站各出线断路器处的暂态零序(模)电流,通过检测暂态零序电流方向或比较其幅值、极性,实现瞬时与永久性故障的选线。测量并比较故障线路上分段开关处暂态零序电流的方向或比较其波形之间的相似性,可实现故障区段的定位。

在WAMCS中,可选择安装在变电站的STU作为故障选线定位代理,集中采集并处理各条出线的暂态零序电流以及故障线路分段开关处STU送来的暂态零序电流,进行故障选线与定位。另外一种做法是,由故障线路分段开关STU通过处理当地测量到的暂态零序电流以及由相邻STU获取的暂态零序电流,判断故障是否发生在其相邻的区段上。由于对故障定位的速度要求不是太高,也可由WAMCS主站集中采集处理STU送上来的暂态零序电流,实现故障定位。

对于永久接地故障,可根据故障时过电压水平及其发展趋势,结合故障线路绝缘状态(变化趋势、变化速率)估计信息,自适应地决定是否跳闸和隔离故障,并选择跳闸和隔离的最佳时机。

根据现场数据初步统计,约有30%的故障在绝缘永久破坏前会发生瞬时性击穿。通过不同线路绝缘的击穿—恢复机理研究,结合瞬时故障信息与永久故障、线路绝缘变化的统计关系,实现线路绝缘的在线监测,以及时安排检修,消除故障隐患,避免永久性故障的发生。

4.4.2 接地电流跟踪补偿控制

目前的接地电流补偿技术仅能补偿其中的稳态电容电流分量,然而接地电流含有大量的谐波和阻性电流分量,其比例可达到接地电流的10%以上。若这些谐波和阻性电流分量得不到补偿,则不利于电弧的熄灭。

采用有源接地技术,利用电力电子设备注入任意波形的补偿电流,可最大限度地减少接地点残余电流,进一步增加电弧自熄灭的概率,提高小电流接地故障自愈水平[16,17]。在故障点熄弧后,可控制故障点电压恢复过程,减小电弧重燃概率,并抑制由此引起的过电压。

在进行接地电流跟踪补偿控制时,需要根据接地点的实际电流确定中性点注入的补偿电流,而接地电流可由接地点两侧相邻馈线开关的零序电流近似求出。在WAMCS中,将变电站的STU设置为接地电流测量代理,在发生小电流接地故障后,通过通信获取馈线开关STU测量到的零序电流,近似计算接地电流。

5 应用案例

采用本文介绍的WAMCS技术,开发了基于DI控制的FA原型系统,在厦门思明分局某电缆环网线路(见图9)上投入试运行。该线路有5个分段,装有4个环网柜。湖西污水环网柜的右侧进线开关(902)为联络开关,正常运行时处于分闸状态。左、右2个端部环网柜(湖西立交与滨南污水)的变电站侧进线开关(端部开关)采用断路器。每个环网柜内装有STU(见附录A图A1),将其通过交换机接入环形光纤工业以太网。这些STU与主站通信,完成SCADA测控功能,并在线路故障切除后实现基于DI的FA控制;此外,端部环网柜的STU还具有针对端部开关的电流速断保护功能。在2个端部环网柜之间的线路故障时,故障点上游端部断路器跳闸切除,之后,STU应用DI控制实现故障区段的隔离与恢复供电;而端部环网柜与变电站之间的线路故障时,由变电站出线定时限电流保护动作切除,之后,湖西污水环网柜处STU检测到故障侧线路失压,控制联络开关合闸恢复失电环网柜的供电。

原型系统投入运行后运行情况良好,能够正常上报运行测量数据并接受主站遥控命令。在湖西立交与湖西海湾环网柜之间线路上2次人工模拟单相接地短路故障(系统中性点小电阻接地),STU均正确动作,在1.5s内完成保护和故障隔离与恢复供电。

6 结语

WAMCS除完成主站集中监视与控制功能外,还支持基于STU的就地控制与DI控制应用,能够最大限度地优化系统构成,避免重复建设。DI控制克服了集中与就地控制方式的缺点,既拥有完善的控制功能,又具有较快的响应速度,可以很好地满足智能配电网对保护控制的要求。

基于DI控制的DG并网控制、广域保护、快速故障隔离与恢复供电、小电流接地故障自愈等保护控制技术,对于解决DG大量接入问题,提高供电质量与运行效率具有十分重要的意义。

目前,对WAMCS以及基于WAMCS保护控制应用技术的研究才刚刚起步,随着研究的深入与技术的不断完善,将形成完整的技术体系,为智能配电网建设提供可靠的二次技术支撑。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

智能测控系统 篇10

关键词：智能测控,装置,低压,配电系统,应用

0前言

下面介绍一种智能测控装置 (FBCU) , 他的应用可以大量减少PLC系统至低压配电柜的电缆数量, 简化控制系统, 由于其采用模块化设计, 更加便于维护、维修, 同时减少成本投入。

该智能测控装置集测量、控制、显示和信息交换于一体, 仅一台FBCU就可取代传统配电柜内的综合保护器、功率检测、电量计量、漏电保护、远程监控、现场显示以及远程通讯等模块、单元。

一台FBCU装置可以完成四个动力回路的控制、保护、测量以及信息交换功能, 并能够通过PROFIBUS-DP总线, 构成现场总线型低压配电系统。

1 FBCU装置功能

1.1现场总线

FBCU测控装置具有PROFIBUS-DP总线接口, 安装在低压配电柜内, 一般安装在仪表箱内, 配电柜集成FBCU测控装置后作为现场总线系统的一个分站, 内部完成测控等功能, 与外部通过DP网络进行信息交换及远程调控等功能。

1.2控制功能

每台FBCU含24输入/16输出开关量接点, 通过DP网络连接上层PLC主站和上位机, 根据程序设计完成控制功能。

1.3保护功能

(1) FBCU测控装置具有四个回路的过欠压保护、断相保护、短路保护、过载保护等常规保护, 可以完全取代热继电器, 电机综合保护器。

(2) 选择性漏电保护功能。FBCU测控装置具有四个回路的“选择性”漏电保护, 系统接地时能够选择出接地回路, 通过高精度矢量电流互感器和矢量零序电流互感器对零序电压和电流的幅值大小及相位差检测, 实时判断回路漏电状况。

1.4功率因数测控功能

FBCU测控装置具对应每个回路有功、无功、功率因数的测量, 并可根据设定的功率因数对补偿装置进行投切。

1.5电量测量功能

对应每个回路消耗的有功、无功电力进行计量, 计量精度0.2%, 并具有累加, 记录功能。

1.6参数显示功能

FBCU测控装置外置7寸彩色触摸屏, 取代传统配电柜的电压表、电流表、电度表和运行指示灯。

触摸屏图形可以自由组态, 界面友好、工艺清晰, 状态直观等特点, 具有更好的交互性。

1.7远程操控功能

FBCU测控装置具有通讯单元, 具备开放编程功能, 有良好的操作性和信息交换功用。

1.8存储功能

FBCU测控装置能够按年、月、日、时、分、秒的格式, 完成所控回路的“故障记忆”, 同时还可有每回路的“运行时间”统计。

2 FBCU装置技术参数

(1) I/O点:40, 220V, 10A;2) 电流输入:4路, 交流1V; (3) 电压输入:1路, 交流220V-660V; (4) 漏电保护:4路, 30Mas; (5) 电量计量:4路, 0.2%; (6) 功率测量:4路, 0.2%; (7) 过载保护:0-10倍; (8) 参数显示:4路, 7”触屏; (9) 通讯接口:485, PROFIBUS。

3 FBCU优点:

(1) 电能管理该装置的电量计量功能精度高, 计量区段灵活, 采用电能管理软件, 可以对生产系统用电进行电能计量、控制、监督和能源科学管理, 优化配电系统电能分配, 科学、合理、有效地指导利用电能。

(2) 节省硬件投资。装配FBCU的配电柜, 能直接完成计算、逻辑以及控制等功能, 大大减少了控制系统的PLC模块数量, 减少大量的变送器及调节器、计算单元等, 也不再需要DCS系统的信号传输处理单元及其大量复杂的硬线连接, 节省了大量的IO模块和电缆的硬件投资。

(3) 节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单, 一条通信总线上可挂接十几个甚至上百个设备, 节省安装附件, 安装工作量大大减少, 设计及接线校对的工作量也大大减少。资料显示, 与DCS相比, 现场总线系统的安装费用可节省60%以上。

(4) 减少维护费用。由于现场控制设备具有自诊断及一定的故障处理能力, 并通过数字通信将相关信息送往控制室, 用户可实时监测及查询所有设备的运行, 及时了解维护信息, 以便早期分析与排除故障, 缩短维护停工时间。同时, 由于系统结构简化、接线简单, 减少了维护工作量。

(5) 系统集成更简单、灵活。用户可选择不同制造商的产品来集成系统, 避免或减少系统集成中因不兼容的协议和接口带来的麻烦。

(6) 功能齐全, 满足多种保护、检测、控制和信息交换需要。

(7) 模块式结构, 具有输入输出设备控制接口、电动机保护、电量计量、接地保护、功率因数测量及总线接口等模块, 扩展简单, 维修方便。

4结束语