智能电气远程监测综合仪的开发

随着半导体工业的不断进步, 使得各类集成电路的集成越来越高, 功能越来越强, 微控制器的运算速度越来越快;通信技术的进步使得数据可靠, 快速的传输成为可能;测量技术的进步使得各类传感器的精度越来越高, 这一切为研制体积小, 功能强, 精度高的电力仪表研制提供了诸多有利条件。而计算机软硬件的发展, 使得能够较容易地编制出界面友好、功能强大的监控软件, 从而组建成一套完整的监控系统, 就是在这样的背景下, 我们开始着手于研制一种新型的智能电力仪表, 我们称为IPM, 并利用多台仪表和计算机组成一个分布测量、集中监控的电力监控系统, 它立足于目前先进的计算机软、硬件技术, 从而做到了低成本、高性能、多功能, 而且易于安装、易于使用、易于维护。

IPM智能电力仪表是一种集参数采集、处理、传输、控制、异常事件记录等功能于一身的测控装置, 它通过数值计算, 可以测量出三相电的电压、电流、功率、频率等四十余个电力参数, 并能够通过总线型网络与监控计算机相联, 为组建分布测量、集中监控的电力自动化系统提供了有力工具, 在电力系统、楼宇自动化系统中有着良好的应用前景。

1 开发的必要性和意义

传统的对电力系统监测的方法是在变电站、配电房中安装各式各样的仪表来测量各种电力参数。长期以来, 电力系统中的各种参数:电压、电流、频率、有功功率、功率因数、有功无功电度都有相对应的专用电表, 其主要功能是单参数显示和记录, 尽管人们开发了许多种产品, 使电表从指示式、转盘式、等转化为数字式、磁卡式……, 但仍然脱离不了单一功能单一参数的特征, 所以得用多种电表来测量同一个电力节点的不同参数, 因而使得布线配置过于庞杂, 其运行时的自动化程度低, 出故障时故障查找及维修都比较困难, 而且目前多数电力监测系统中电表所测量出的数据无法共享, 只能由人工抄表得到测量数据, 却无法自动将各种数据综合处理, 这就给管理带来了不便。

在国民经济的发展中, 电力系统的安全运行非常重要, 它是各部门安全生产的基本保障, 电力系统的任何一次故障, 都有可能给人民的生命财产带来不可估量的损失, 所以电力系统的管理人员必须要时刻对整个系统的状况进行全面的监视。于是, 就必须要建立一套可靠的监测系统来监视电力系统的运作状态, 测量出各重要电力节点主要的运行时参数, 并将信息反馈给管理人员, 使管理人员能够综合了解各种信息, 作出科学、准确的判断, 从而采取正确的行动。

2 开发设计的思想

2.1 系统结构

一套完整的系统应该是由仪表、监控计算机、管理计算机构成的, 其结构的整个系统可分为三个层次:测量层、监控层、管理层。

测量层处于最低层, 由一个个IPM电力仪表组成, 它们具有很强的测量功能, 能测量出一个电力节点的大部分参数, 可替代以前的多台不同功能的电力仪表, 以节省成本, 简化布线, 利于维护, 每块表可单独使用, 但更典型的应用是将多台仪表协作使用, 用它们组建成分布式测量网络, 将多台IPM仪表分布放置于一个电力系统的各个节点上, 用以测量、计算各种电力参数, 并将各种数据传递给计算机, 这样, IPM仪表就扮演了一个电力信息采集者的角色。

监控层是由多台监控计算机构成, 它负责收集测量网络中各台IPM仪表所测量的数据, 将这些数据通过友好的界面实时地显示出来, 使管理员能对各台仪表以至整个测量网络的运行状态一目了然;它还能存储这些数据, 并提供查询功能, 在需要时可以将每一块仪表的历史数据以图表的方式显示出来;另外, 它还有一定的控制功能, 可以根据运行状态自动或手动将控制信息发送给控制器, 这样, IPM仪表与监控计算机就组成了一个具有独立功能的监测网络, 同时我们还可利用计算机网络, 将多个监测网络互联, 以实现更高程度的信息共享。

管理层是对整个系统的各种信息进行综合管理, 管理层计算机通过网络从监控计算机获取电力监测系统的主要测量信息或统计信息, 使之成为管理信息系统的一部分, 从而使整个系统达到高度信息化、自动化。根据不同的应用场合, 管理层所实现的具体功能也不相同。

这样的系统可以很容易被应用于实际生产中去, 比如, 在楼宇综合自动化系统中, 可在各楼层的主要电力节点安装IPM仪表用测量各个运行时参数, 然后把所有的IPM仪表同一台监控计算机连结在一起, 就可以组建成大厦的电力监测系统。而智能大厦中还有门禁系统、录像监视系统、火灾报警系统等, 这些子系统都是相对独立的, 为了便于管理, 就有必要引入管理计算机, 将各独立子系统的信息进行综合。这样, 当任何一个子系统出现异常时, 都能够在管理计算机上反映出来, 并可让管理员查看具体是哪个子系统的哪个环节出现异常, 以采取适当的处理措施。

由此可见, 由IPM仪表、监控计算机、管理计算机组成的三层结构自动化程度高, 管理简单, 而且其安装和调试都非常简便, 利于实现, 必将有良好的应用前景。

到目前为止, 我们已经完成了IPM智能电力仪表的研制, 并且通过了由江苏省科委主持的技术鉴定, 认为已经达到了国内领先水平;监控计算机软件的基本功能也已经完成, 本文将主要讲述IPM仪表的研制以及监控软件的实现。

2.2 IPM仪表的功能

IPM是一种多功能智能化的数字式电力仪表, 它在普通数字电表的基础上实现进一步扩展, 为了使之能够很容易地组建电力系统的分布式监控网络, 我们赋予IPM仪表以较强的功能。例如在设计开发时注重实现:测量功能、异常状态记录功能、掉电保护功能、输入输出功能、通讯功能。

在系统中, 监控主机可以查询IPM仪表中的所有电力参数, 然后在屏幕上将信息反馈给系统管理员, 管理员也可以通过监控主机来设置IPM的参数, 或控制仪表输出口的输出状态。

由此可以看出, IPM电表是专门为工业电力系统的分布测量集中监控面设计的, 采用IPM表进行电力系统监控后, 系统管理员只要坐在一台PC前面, 就可以对整个系统的运作情况一目了然, 如将PC机置于上级系统, 则利于无人配电房、无人变电站的实现。使电力自动化管理水平有较大的提高。

2.3 IPM仪表上位功能

将多台IPM仪表连接起来之后, 还需要一台监控计算机来集中处理各块表所测量到的数据, 并对它们实施必要的管理, 才能组成一个监测网络, 所以, 监控计算机必须具备以下功能:参数集中显示功能、数据存储及历史数据查询功能、控制功能、组态功能、网络功能。

笔者从事IPM仪表的研制已经一年多了, 个人在时间和精力上都有较大的投入, 这其中, 解决了大量的实际问题, 使自己在软件、硬件方面都有了较全面锻炼, 知识面有所拓宽, 技能明显增长。总之, IPM智能电力仪表性能优越, 很适应电力系统分布测控的趋势。若将来能尽快实现仪表的产业化, 并加强其监控软件, 必定能够有很广泛的应用前景。

摘要：本文介绍了测控网络监控计算机软件的实现;利用多线程技术实现了数据通信, 利用数据库技术实现了测量数据的管理, 利用组件技术实现了对仪表对象的描述。论文中所述的工作为组建电力系统的智能化测控系统提供了有力支持。

关键词：智能电表,数据通信,监控软件