變電站網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、變電站網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)吳二宅，任建文（華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北保定071003）摘要：介紹了一種基于CAN總線和單總線的網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)由防誤主機(jī)、CAN接口卡、控制器和智能電磁鎖組成?？刂破魍ㄟ^CAN總線與防誤主機(jī)相連，并通過單總線網(wǎng)絡(luò)對(duì)智能電磁鎖進(jìn)行控制和管理，組成分散式控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的防誤閉鎖。關(guān)鍵詞：CAN總線；單總線網(wǎng)絡(luò)；控制器；智能電磁鎖；防誤閉鎖建筑物限制，不是較好的組網(wǎng)方式。網(wǎng)絡(luò)防誤系統(tǒng)還需進(jìn)一步改進(jìn)。1基于CAN總線和單總線網(wǎng)絡(luò)的防誤系統(tǒng)1.1系統(tǒng)整體組成和工作原理圖1為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件原理框圖，整個(gè)系統(tǒng)是由防誤主機(jī)、CAN接口卡、控制器和智

2、能電磁鎖組成的一個(gè)實(shí)時(shí)在線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。0引言大多數(shù)情況下，錯(cuò)誤的電氣操作會(huì)危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和操作人員的生命，因此防止電氣誤操作一直受電力生產(chǎn)部門和工程技術(shù)人員重視。隨著電力制造技術(shù)的發(fā)展，電力設(shè)備的可靠性越來越高，由設(shè)備原因造成的事故越來越少。由于自動(dòng)化水平的提高，運(yùn)行人員總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)越來越少，1導(dǎo)致人為因素的事故出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。防誤操作系統(tǒng)可以有效的防止電氣誤操作。閉鎖方式經(jīng)歷了機(jī)械連鎖、電氣連鎖和微機(jī)防誤閉鎖等形式，發(fā)展到今天的網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖。目前應(yīng)用較廣的微機(jī)防誤操作系統(tǒng)能夠最大程度的防止誤操2作的發(fā)生，同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)：操作票專家系統(tǒng)未與防誤閉鎖裝置很好的結(jié)合。自動(dòng)化程度不高，操

3、作過程繁瑣，加重了操作人員的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)了操作任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。設(shè)備信息不能實(shí)現(xiàn)交互，從而影響防誤的有效性，未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)位。防誤鎖具需由技術(shù)人員定期檢查，增加了技術(shù)人員的工作量，由于檢查周期的原因，出現(xiàn)問題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著集控站、綜合自動(dòng)化變電站不斷增多，微機(jī)閉鎖系統(tǒng)已不能滿足需要，需要新的控制模式與之相適應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)防誤系統(tǒng)能夠解決微機(jī)防誤系統(tǒng)的弊端，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)防誤主要包括基于可編程控制器、基于藍(lán)牙通訊和基于紅外通訊等?？删幊炭刂破髋c每把電磁鎖連接需要七、八條控制線，接線數(shù)量較多；藍(lán)牙通訊距離短，設(shè)備成本高；紅外通訊受方向和充分考慮抗腐蝕和防雨等特性的改進(jìn)。為了防止“走空程”的發(fā)生，電磁鎖要能夠

4、檢測(cè)被控設(shè)備的狀態(tài)，并將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)傳回主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。每個(gè)操作設(shè)備都需要配備一把電磁鎖，整個(gè)變電站將需要幾百把電磁鎖，這就需要大量的通訊和供電線纜，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮通訊和供電線路的簡(jiǎn)化。電磁鎖本身的故障將影響操作的執(zhí)行和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的采集，所以電磁鎖要能夠?qū)崿F(xiàn)自身狀態(tài)的檢測(cè)，出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除。本文設(shè)計(jì)的智能電磁鎖主體為DALLAS公司生產(chǎn)的單總線芯片DS2408。單總線芯片采用特殊的接口協(xié)議，通過單條連接線解決了控制、通信和供電，降低了系統(tǒng)成本并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。DS2408是一款8通道的可編程I/O單總線器件，該器件的PIO引腳為漏級(jí)開路輸出，可靠的PIO訪問通道通信協(xié)議保證萬無一失的PIO通道

5、設(shè)置，3其特性如下：獨(dú)特的單總線接口方式，僅需一條數(shù)據(jù)線即可完成電磁鎖與控制器的雙向通訊。多個(gè)DS2408可以掛接在一條單總線上，可以實(shí)現(xiàn)控制器通過較少的連線就能控制多把電磁鎖。DS2408內(nèi)含寄生電源，既可以由單總線供電，也可以由外部供電。每個(gè)DS2408都具有不可更改的64位ROM注冊(cè)碼，該注冊(cè)碼保證唯一的身份，并用于多節(jié)點(diǎn)單總線網(wǎng)絡(luò)中的器件尋址。芯片工作溫度范圍為-40至+85，可以滿足變電站的運(yùn)行環(huán)境溫度要求。圖2為基于DS2408的智能電磁鎖的硬件原理4圖。該電磁鎖內(nèi)部功能包括3路開關(guān)量輸入和2路驅(qū)動(dòng)輸出。電磁鐵和鎖栓的狀態(tài)通過兩個(gè)觸點(diǎn)開關(guān)檢測(cè)，該部分電路可以由單總線網(wǎng)絡(luò)提供，無需外

6、部電源；操作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)通過霍爾開關(guān)檢測(cè)。一路輸出通過繼電器接通電磁鐵回路，來實(shí)現(xiàn)解閉鎖操作；另一路輸出點(diǎn)亮發(fā)光二極管來引導(dǎo)操作人員執(zhí)行正確的操作。圖2智能電磁鎖硬件原理圖電磁鎖與控制器連接只需兩根通訊和兩根電源共四根連線，并且四根連線可以接多把電磁鎖，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；單總線采用數(shù)字信號(hào)通訊，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，通信可靠。1.3控制器硬件結(jié)構(gòu)和功能采用單總線器件設(shè)計(jì)的電磁鎖，可以直接通過5單總線網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)通訊，但是存在以下問題：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，通訊距離遠(yuǎn)，受到的干擾增多，可靠性降低。所有的設(shè)備由主機(jī)集中控制，若主機(jī)出現(xiàn)故障，則防誤系統(tǒng)將失去作用，采用分散控制較好。基于以上原因，在防誤主機(jī)和電磁鎖

7、之間加裝控制器，組成分散控制系統(tǒng)。每個(gè)控制器負(fù)責(zé)一個(gè)電氣間隔的閉鎖，每個(gè)間隔安裝有七、八把電磁鎖?？刂破髋c主機(jī)通信出現(xiàn)問題的情況下可獨(dú)立承擔(dān)間隔內(nèi)的閉鎖?？刂破髦饕?fù)責(zé)接收防誤主機(jī)下達(dá)的操作命令，并將命令轉(zhuǎn)化成單總線信令傳達(dá)給智能電磁鎖完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的解閉鎖動(dòng)作，還要在主機(jī)故障時(shí)對(duì)間隔內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)閉鎖。圖3為控制器的硬件框圖。DS2482為單總線網(wǎng)絡(luò)主控器，與單片機(jī)采用2I2C通訊，實(shí)現(xiàn)IC主機(jī)和單總線從機(jī)之間的雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換。為優(yōu)化單總線波形生成，DS2482在信令6的上升為單總線網(wǎng)絡(luò)提供更高的可靠性。語音芯片采用ISD1820P，對(duì)誤操作進(jìn)行語音警示。實(shí)時(shí)鐘芯片為DS2417,為系統(tǒng)提供時(shí)間

8、標(biāo)和下降邊沿進(jìn)行擺率控制，并提供附加的可編程功能，以便使單總線驅(qū)動(dòng)特性與具體的從機(jī)環(huán)境相匹配，準(zhǔn)，控制器據(jù)此可以定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，并且記錄電磁鎖發(fā)生故障的時(shí)間。3結(jié)論本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)防誤系統(tǒng)有效的解決了微機(jī)防誤系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，與其他現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)防誤系統(tǒng)相比較，又具有以下特點(diǎn)：控制器只需兩條單總線和兩條電源線就可以控制多把電磁鎖，接線簡(jiǎn)單，設(shè)備擴(kuò)充非常方便。與現(xiàn)有的每把電磁鎖七、八條接線相比，具有優(yōu)越性。電磁鎖采用單總線芯片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而采用紅外通信的電磁鎖需要單片機(jī)控制，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.1防誤主機(jī)軟件設(shè)計(jì)防誤主機(jī)的功能主要包括系統(tǒng)管理、操作票的預(yù)演和執(zhí)行等。防誤主機(jī)是整個(gè)裝置的核心

9、設(shè)備，主機(jī)中的斷路器、隔離開關(guān)和接地刀閘等的位置通過直接在線或與監(jiān)控系統(tǒng)通訊的方式與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)保持一致。防誤系統(tǒng)從操作票專家系統(tǒng)接收到操作票后，首先進(jìn)行預(yù)演。主機(jī)根據(jù)操作規(guī)則對(duì)每項(xiàng)操作進(jìn)行判斷，對(duì)錯(cuò)誤的操作進(jìn)行報(bào)警，直到所有的操作正確為止。預(yù)演結(jié)束后按順序執(zhí)行操作票，并將操作結(jié)束時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)采集到主機(jī)進(jìn)行更新。圖47為防誤系統(tǒng)通訊功能圖，圖5為系統(tǒng)軟件流程圖。圖4防誤系統(tǒng)通訊圖當(dāng)系統(tǒng)需要增加新的閉鎖設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)要對(duì)新設(shè)備分配鎖號(hào)，并加入新設(shè)備的操作規(guī)則。2.2控制器軟件設(shè)計(jì)控制器軟件包括執(zhí)行主機(jī)下達(dá)的操作命令、管理單總線網(wǎng)絡(luò)、當(dāng)?shù)匚宸赖裙δ??？刂破鹘邮盏街鳈C(jī)下達(dá)的操作任務(wù)后，首先對(duì)任務(wù)

10、進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為單總線命令控制電磁鎖完成動(dòng)作，并采集操作結(jié)束時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)反饋回主機(jī)。當(dāng)?shù)匚宸拦δ苁侵冈谥鳈C(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由控制器來實(shí)現(xiàn)防誤邏輯判斷?？刂破魍ㄟ^CAN總線相連，每個(gè)間隔層控制器都可以通過CAN總線獲得其他間隔的設(shè)備狀態(tài)，從而進(jìn)行正確的邏輯判斷。3圖5防誤主機(jī)軟件流程圖致謝本設(shè)計(jì)是在任建文老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在軟硬件設(shè)計(jì)和論文的撰寫上任老師都給以深入的指導(dǎo)，在此對(duì)任老師表示感謝，并對(duì)給予幫助的同實(shí)驗(yàn)室人員表示感謝。參考文獻(xiàn)1楊明，羅海云。開關(guān)場(chǎng)設(shè)備操作連鎖方案比較。電力自動(dòng)化設(shè)備，2王少榮，程時(shí)杰等?；诳梢暬W(wǎng)絡(luò)的防誤操作系統(tǒng)。繼電器，1999.3。3張廣明，司棟森。一種新型單

11、總線數(shù)字溫度傳感器的特性與應(yīng)用。計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2003.11。4DallasSemiconductorCorp.。DS24081-Wire8通道可尋址開關(guān)。2005.11。5DallasSemiconductorCorp.。1-Wire網(wǎng)絡(luò)可靠設(shè)計(jì)指南。2001.11。6DallasSemiconductorCorp.。DS2482-100單通道1-Wire主控制器。2005.11。7肖永立，張瑜等。集控站遙控操作時(shí)防誤閉鎖措施的實(shí)現(xiàn)。電力系8DallasSemiconductorCorp.。絕對(duì)可靠的1-Wire通信。2002.2。圖6控制器軟件流程圖復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用CAN網(wǎng)絡(luò)和單總線組網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能可靠。CAN總線是比較成熟的工業(yè)總線技術(shù)，具有很高的可靠性；單總線采用數(shù)字信號(hào)通訊，通訊軟件采用冗余設(shè)計(jì)，能夠保證通8訊的絕對(duì)可靠。變電站防誤閉鎖系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，不同的設(shè)備可能要采取不同的閉鎖方式。本設(shè)計(jì)的防誤功能主要是針對(duì)網(wǎng)門和手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的閉