基于物聯網的直流屏監(jiān)測系統設計

引 言

隨著物聯網技術的發(fā)展，使物體與物體之間可以像人與人之間進行信息交流和互動已成為人們追求的目標，把物聯網的這種思想運用到傳統的電網中，為物聯網技術在電網技術中的應用和發(fā)展帶來了重要契機。根據現代電網的技術發(fā)展趨勢，采用基于物聯網的直流屏系統監(jiān)測既解決了現在直流電源系統監(jiān)測的不足，又符合現代電網技術的發(fā)展方向?，F有的直流屏監(jiān)測系統的主要特點是監(jiān)測信息經由傳感器檢測，通過數據傳輸通道上傳至數據庫，再由集中監(jiān)測軟件將數據在屏幕上集中顯示，屏幕可以為液晶屏和觸摸屏。整個監(jiān)測系統最大的缺點是數據如果在傳輸過程中丟失，數據庫也就沒有這些數據，它們將無法恢復。物聯網技術具有“讓物說話”的能力，將物聯網技術應用到發(fā)電廠直流屏監(jiān)測，使得單方面監(jiān)控變成互動式協調，可有效提高監(jiān)測的準確性和可靠性。譬如， 直流系統的蓄電池組有自己的“思想”，將會開口說話，除將充電參數、運行參數主動提供給集中監(jiān)控平臺外，在監(jiān)控平臺內甚至在蓄電池上嵌入智能評判系統，實時反映電池的運行狀態(tài) ；同時電池自身保留狀態(tài)數據，可實現現場報警，并可在一定范圍實現自動保護措施等。

1 基于物聯網的直流屏監(jiān)測硬件系統結構 

根據直流屏系統結構，可以把直流系統分為整流裝置、 蓄電池、直流配電和工頻逆變四大環(huán)節(jié)，直流屏的監(jiān)測實際上 就是這四大環(huán)節(jié)的監(jiān)測。其中，整流裝置的監(jiān)測包括交流電源 部分，直流配電監(jiān)測包括直流母線部分。在整流環(huán)節(jié)中，需要對整流器的電壓、電流、參數等進行監(jiān)測，從這些狀態(tài)和參數中判斷整流器的運行狀態(tài)和運行性能。同時，還需要對整流器進行實時調節(jié)，以滿足對蓄電池充電電壓、充電電流以及負載電壓和負載電流的要求。在并聯運行的整流器之間也需要進行協調，以保證均流特性或運行的最佳效率。這就是說，在整流環(huán)節(jié)，既需要整流器的狀態(tài)量向監(jiān)控系統傳輸，又需要控制量向整流器傳輸的雙向傳輸。

蓄電池是整個直流電源系統的關鍵元件。然而，蓄電池的性能和參數具有易變特點，和其它環(huán)節(jié)相比，蓄電池既重要又脆弱。所以，要適時對蓄電池的電壓、電流、電量、溫度等物理量進行監(jiān)測，將監(jiān)測數據或監(jiān)測結果實時傳向監(jiān)控系統。同時，根據監(jiān)測數據和蓄電池模型，推斷蓄電池運行狀態(tài)， 以便對蓄電池進行科學維護。如果是自動維護，需要向蓄電池維護裝置下達指令。

直流配電和工頻逆變的監(jiān)測量也需要向監(jiān)控系統傳輸。這樣，在信息邏輯結構上，完成了直流電源監(jiān)控系統與直流電源四個環(huán)節(jié)間的信息交換。其邏輯結構如圖 1 所示。

直流屏監(jiān)控系統作為發(fā)電站信息系統的一部分，需要向 發(fā)電站信息系統上傳信息，同時需要接受命令，對直流電源系內部進行操作。 

2 基于物聯網的直流屏監(jiān)測硬件系統體系架構 

基于物聯網的直流屏監(jiān)測硬件系統架構如圖 2 所示，該 系統采用智能型 RTU（Remote Terminal Unit 遠動終端）終端 采集直流屏設備的參數及運行數據，并進行簡單的數據處理 與存儲。通過現場總線進行數據傳輸，經總線轉換器將數據 通信協議轉換成串行協議或工業(yè)以太網協議，傳輸至監(jiān)控系 統服務器進行數據處理和數據存儲。通過顯示操作工作站進 行數據與運行狀態(tài)的顯示，并通過其對現場設備進行操作和 對智能型 RTU 終端進行設置。服務器與顯示操作工作站采用 以太網連接，并與發(fā)電站信息系統通信，實現數據共享。 

智能型 RTU 具有雙向數據傳輸能力，既可實現現場設備 參數及運行數據信息的獲取，也可連接現場設備的執(zhí)行環(huán)節(jié)， 實現對現場設備的控制。

3 基于物聯網的直流屏監(jiān)測軟件架構 

基于物聯網的直流屏監(jiān)測軟件是集數據采集、顯示、報警、 報表、通信等功能于一體的開放式、網絡化、組態(tài)化的監(jiān)測 軟件。為了適應當今電力系統使用設備多、縱向橫向聯系緊密、 擴建組建頻繁等特點，軟件從分析、設計到具體編程，全部 采用面向對象的方法，融合最新的計算機編程技術，在滿足 嚴格的可靠性、實時性基礎上，更在系統的可組態(tài)性、可擴 展性、可用性、可維護性等方面實現新的突破，圖 3 所示為直 流電源監(jiān)測軟件結構。 

3.1 通信子系統 

通信子系統采用設備驅動（通信口）和協議解釋（單元） 分層的設計原則，它們之間有標準的軟件接口。通信口負責通 信報文的接收和發(fā)送，是單元與外部設備進行信息交換的軟件 通道 ；單元一方面負責解釋通信口接收的通信報文，更新數 據子系統中與之相關的數據，另一方面負責構造要求通信口發(fā) 送的通信報文。也就是說，通信口負責接收和發(fā)送怎么實現， 單元負責接收和發(fā)送什么內容。

設備驅動和協議解釋分層的設計思想，增強了系統的可 組態(tài)性和可擴展性，因為它們之間的搭配十分靈活。同時，系 統提供各種常用的通信口功能模塊和單元功能模塊，用戶只要 根據實際的網絡連接，建立相應的通信口和單元，即完成了通 信網絡設置。

3.2 數據子系統 

數據子系統管理著整個系統所有的應用信息，包括模擬 量、開關量、整定值和各種類型的事件，其主要功能如下： 

（1）對子系統內的數據、操作及各種運行參數實現有效 管理 ；

（2）接受通信子系統對其數據的刷新 ； 

（3）通過“連接接口”為其它子系統和管理器提供數據、 操作信息 ； 

（4）通過數據庫管理器，完成數據自動保存，為構建統 計報表提供數據源。 

3.3 顯示子系統 

顯示子系統由各種圖片組成，圖片以文件的方式存在于 計算機中，由其他工具軟件進行創(chuàng)建和修改。圖片分為屏幕主 圖、屏幕子圖、屏幕彈出式子圖、統計報表和工程圖紙五種， 以滿足不同應用場合下的功能要求。

 圖片包含圖形元件（圖元）的集合，并提供有效的管理。 圖元是畫面顯示的基本元素，可作為背景靜態(tài)顯示，也可有 數據連接、子圖、備注功能，實現操作人員與系統交互的人機 接口。

顯示子系統同時能嵌入各種可視化人機界面功能模塊， 用于完成標準圖片所無法完成的特殊的人機交互任務，如通信 狀態(tài)監(jiān)測、事件記錄查看、歷史數據分析等，以增強系統的 擴展能力和應用的靈活性。

4 結 語

基于物聯網的直流屏監(jiān)測系統，運用物聯網技術，結合 智能電網的發(fā)展，以及發(fā)電廠智能控制的需要，采用智能型 RTU 終端采集直流屏設備的參數及運行數據，從而實現直流 屏監(jiān)測系統對其它系統開放、透明和與協議無關，做到“物與物” 的無障礙交流和互動，實現了基于物聯網的直流屏監(jiān)測。