电气电子毕业设计30直流电源监控系统

第1章绪论1.1直流电源监控系统简介电力直流电源系统主要用于电力系统中的发电厂、水电站和各类变电站，用于断路器分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护、事故照明和不可断电装置等负载提供工作直流电源。

它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。

电力直流电源系统主要包括降压装置、交流配电、整流器、蓄电池组、直流配电等部分。

其所要实现的功能是：蓄电池电压电流监控、充电机充电方式自动控制、蓄电池-充电机系统的智能化管理、控制回路和动力回路的状态监控、绝缘监控、三相交流电源监测等。

由于电力直流电源系统常常用于重要的场合，要求不能断电，所以直流电源系统可靠与否直接影响到供电配电系统的安全运行,而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命。

随着电力系统自动化、计算机控制和电力电子技术的发展及实际现场运行和维护的需要,对直流电源系统的要求也相应提高,因此在这方面进行研究和开发很有必要。

1.2发展现状及研究意义20世纪90年代初期，由于我国直流电源系统设备陈旧，引发了不少事故，引起了各方面的高度重视。

为此电力部组织研制了先进的、系列化的直流电源成套装置来装备电网，以确保电网的完全可靠运行。

之后，电力部又组织了微机控制电力直流电源系统的研制，用监控装置代替了人对电源系统进行维护和管理，以适应无人值守变电站的需要。

这两项研制任务的完成，促进了我国电力工程直流电源系统的更新换代和直流电源制造行业的技术进步，提高了电网直流电源系统的自动化程度。

进入20世纪90年代末期，电力直流电源系统又掀起了新一轮的技术改造，改造的重点集中在两个方面：一是研制高频开关电源模块替代相控电源；二是研制功能更强的新一代监控装置。

对于电力直流电源系统监控的研究，有两方面的意义：1)阀控密封铅酸蓄电池智能维护的需要铅酸蓄电池自1859年法国人普兰特发明至今已有一百多年的历史,一百多年来铅酸蓄电池有了极大的发展。

20世纪70年代初,产生了阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA: valve regulated lead-acid)，它有密封、免维护、自放电小、性能稳定、经济实用等优点，自出现以来就以优良的性能价格比,安全可靠的使用性能而迅速占领市场,被广泛应用于电力工业和邮电通信。

然而由于电池本身的设计、生产工艺及使用维护等原因,电池早期失效现象常有发生,尤其是国产免维护电池,有的只能用2～3年,远远短于预期寿命,严重影响了系统的安全运行。

因此，对于蓄电池的智能管理成了研究的热点。

然而蓄电池性能受诸多因素影响,其测量也较为困难，阀控密封铅酸蓄电池容量的在线检测一直是个难题，至今没有一个方便的解决方案。

完善的解决方案往往需要专家系统的支持，因此，为了保证作为不间断供电的关键设备的安全运行，有必要对此进行研究。

2)变电站综合自动化技术的发展趋势变电站综合自动化技术取代或更新传统的变电站已成为电力系统的发展趋势。

目前,电力系统推广无人值班变电站,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息。

它不能反映直流系统运行的详细信息,特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况,直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度,此时,事故已经扩大。

所以需要设备维护人员对其进行定期检查。

此外,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。

变电站多,维护人员少,显然无法保证按期按量完成。

在这种情况下,直流监控系统应运而生。

它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心,供其查询,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。

这样,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控,还可以及时发现设备运行的不正常状态,及时处理,而不等其发展演变成事故。

所以,直流监控系统的建立,可以节省人力物力,提高工作效率，而且，还可以利用专家系统对蓄电池组进行智能管理。

基于此，本人参与建立了电力直流电源系统的模拟装置，成功地将现场总线技术应用于该监控系统。

本文将着重介绍该系统的网络和监控部分的内容。

1.3工业现场总线概述随着计算机网络技术的迅速发展，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业自动化控制系统结构发展的必然趋势。

以现场总线为基础的全数字化自动控制系统是当今世界各国在工业自动化领域关注的热点课题。

根据国际电工委员会IEC61158标准定义，现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。

现场总线技术是过程工业最关注的深刻变革之一。

由于现场设备和仪表的智能化程度在不断提高，作为嵌入式应用的微控制器功能也在不断加强，因此现在智能化设备和仪表的功能己不仅仅限于数据采集，还越来越多地加入了远程控制的功能。

使得这类智能化设备和仪表的应用范围越来越广，这种趋势也极大地改变着传统控制系统的结构。

现场总线网、智能化设备仪表的发展影响着DCS的体系结构，现在可以看到的一个明显的趋势是DCS的进一步分散化。

在现场总线这一级，除了智能I/O模块以外，还可以接入各种智能化电子设备和各种智能化仪表，最大限度地利用最新的、最先进的开发成果，而且由于分散度的提高，每个智能单元所涉及的面很少，这与在传统结构中变送器出现故障的情况是一样的，但由于智能单元可以实现全面有效的自诊断功能，出现故障可以及时报警、报告故障类型及故障点，因此给维护带来了极大的方便。

目前市场上正在应用的各种现场总线有数十种，主要归类在两个标准族。

一个为IEC/SC65C的IEC61158标准，另一个为IEC17B的有关低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口的IEC62026标准。

而IEC61158是制订时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。

它的制订时间超过12年，先后经过9次投票表决，两次提交IEC执委会审议，直到2000年1月4日IEC中央办公室公布1999年底最新一轮投票结果才表明该标准已获通过。

并且该标准容纳了八种互不兼容的协议，其中由美国罗克韦尔公司支持的控制网(ControlNet)成为IEC61158标准的类型2。

2000年6月15日各国IEC委员会投票通过IEC62026。

由美国罗克韦尔公司支持的DeviceNet是IEC62026标准之一。

1.4 本文的主要工作本文利用工业现场总线DeviceNet和ControlNet组建了监控网络，成功地将现场总线技术应用于该监控系统，实现了以PLC为核心的实时监控。

所作主要工作有：a)分析、连接DeviceNet网络，并进行组态；b)分析、连接ControlNet网络，并进行组态；c)利用触摸屏人机界面，实现了现场监控；d)利用RSView32及其扩展功能，实现了动态显示和远程监控。

第2章系统概括介绍2.1系统涉及的网络硬件2.1.1罗克韦尔网络体系概述罗克韦尔自动化是一家工业自动化跨国公司，为制造业提供一流的动力、控制和信息技术解决方案。

罗克韦尔自动化公司整合了工业自动化领域的知名品牌，致力于打造全方位自动化解决方案，帮助客户提高生产力。

1 .罗克韦尔的三层网络体系NetLinx是由罗克韦尔公司推出的一种先进的网络体系，是目前世界上最先进的开放式自动控制网络体系。

它将网络服务、通用协议和开放式软件接口有机结合，保证了信息和控制数据高效率和无缝流动。

在同一个网络上实现了控制、配置和采集数据三个功能。

NetLinx体系是ControlNet、DeviceNet和Ethernet/IP三个开放式网络的基础。

其中，ControlNet的通信速率是5Mbs，可以提供介质冗余和本安选择，可以建立热备系统。

NetLinx 已经安装了二百万个节点，得到了广泛应用。

NetLinx的系统结构图如下：图2-1 罗克韦尔工业网络结构图（1）设备层（DeviceNet）：这是面向现场设备的一层,也是整个自动化网络的最低层,它可以将操作信息送到现场设备,也可以将现场设备的情况反馈到操作者。

（2）控制层（ControlNet）：这是操作所在的一层,它将处理器与处理器之间的信息交流、将处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在这一层。

（3）以太网（Ethernet）：这是整个自动化网络的最高层,也是对现场采集到的数据和信息进行处理和管理的一层。

这三种网络均为开放技术，而且都是国际标准，因而使用NetLinx平台的用户可以从多家供货商挑选性能价格最合适的设备，不必拘泥与某一家或几家的产品，从而大大增加了用户选择产品的灵活性。

除此之外，A-B公司还提供其他的网络，可以更加丰富网络的结构体系，方便的连接和通信。

1.DH+工业局域网。

在控制层，除了强大的控制网以外，还有DH+(Data High Plus)网络，它是一种工业局域网，用于支持工厂应用工程的远程编程，也可以通过DH+在可编程序控制器、计算机、人机界面产品等之间的数据传送。

DH+网络的每个链路可以连接64个设备，用户可以组态一个具有99个链路的网络。

一个多链路的网络可以具有更多的节点。

借助于将节点布置在一个适当的含几个节点并与其他节点隔离的链路中，可以提高信息的传输效率。

DH+网的基本传输速率为57.6kb/s，最大的距离是3050m，如果缩短为762.5m，传输速率可达230.4kb/s。

2.通用远程I/O链路通用远程I/O链路(Universal Remote I/O)将SLC和PLC处理器与远程I/O机架和一批智能设备，如操作员界面和交、直流拖动装置连接，I/O 机架和其他设备则可以安装到远离SLC和PLC处理器3048m的地方。

SLC 和PLC处理器对远程I/O链路的存取，是通过处理器内置的扫描端口或通过独立的扫描器模块进行的，I/O产品在链路上与这些扫描器的通信，是通过独立的适配器模块或通过内置的适配器进行。

3.DH-485工业局域网DH-485是一个工业局域网（LAN），主要用于工厂极的应用。

DH-485能够连接的网络设备多达32个，包括SLC 500MicroLogix 1000可编程序控制器、彩色视图系统和个人计算机。

DH-485链路的辅助RS-232-C(DF1协议)链路连接起来形成DH-485网络。

2.各种网络特性的比较表2-1 罗克韦尔网络特性比较DeviceNet 网络ControlNet网络Erhernet/IP网络通用远程I/O链路DH-485网络DH+网络功能不通过I/O模块，直接把底层设备连接到工厂级的处理器上支持PLC和I/O设备直接的实时数据传输集成了工厂管理系统（物资管理）；网络配置；数据采集；控制另一个独立的高速网络；和未预定的实时应用提供PLC和I/O适配器之间的连接提供SLC处理器、人机界面和编程设备之间的连接允许工厂级和车间级的数据共享和远程编程典型的网络设备传感器、马达启动器、变频器、按钮、低端人机界面、条形码阅读器、PLC、气动阀PLC 处理器、I/O机架，人机界面，个人计算机，变频器、机器人大型计算机，PLC控制器，机器人，人机界面，I/O接口和I/O适配器PLC处理器，I/O机架、变频器、操作员介面, 远程开关、操作模块SLC处理器，个人计算机，低端人机界面PLC处理器，个人计算机，高端人机界面数据的再现小的数据报；需要的时候才发送数据中度大小的数据报；数据的传递是确定的、可以重复的大数据报，周期发送中度大小的数据报周期传送小的数据报，通过周期传送或指定传送中度大小的数据报周期传送最大节点数64个逻辑结点（2048个设备）99个无限 1 扫描器和32 适配器32个每条链路64个（网络可以有99个链路）数据传输速率500, 250,或者125kbit/s5M bit/s 10M bit/s100M bit/s230.4,115.2, 或者57.6kbit/s19.2kbit/s57.6kbit/s设备供应商完全开放完全开放完全开放罗克韦尔自动化公司及其合作者应用举例控制、配置、采集数据；传感器和执行机构联网到PLC控制器或个人计算机以减少导线并提供更多的故障诊断信息.控制、配置、采集数据；PLC处理器控制远程I/O机架；和其它处理器进行点对点通讯，并对实时数据采用冗余介质连接使用一台单独的个人计算机对多个PLC处理器控制、配置和采集数据，或者用一台单独的个人计算机在多个PLC控制器之间上载下载非实时数据一个PLC-5处理器控制I/O机架、PanelView操作员介面、1336拖动装置和第三方生产的焊接装置阀门在一个小工厂使用一个编程用的个人计算机连接到一个或者多个SLC处理器上使用一个个人计算机在网络的一端对全工厂的多个PLC处理器编程2.2.2 PLC-5可编程序控制器1. 可编程序控制器概述可编程序控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC，是近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。