智能供配電技術- 課件 項目6、7 智能供配電系統(tǒng)二次設計、智能供配電系統(tǒng)單體通信集成

智能供配電技術項目6：智能供配電系統(tǒng)二次設計本項目主要內(nèi)容任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計項目導入

隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，對供配電系統(tǒng)的可靠性越來越高。新的數(shù)字化、智能化技術正不斷融入供配電系統(tǒng)，尤其是承擔著供配電系統(tǒng)控制、保護、調節(jié)、測量和監(jiān)視一次回路中系統(tǒng)運行參數(shù)和各設備工作狀況的二次回路，正在不斷融入物聯(lián)網(wǎng)、云服務等技術。本項目將從二次回路原理接線圖設計、二次回路展開接線圖設計、二次回路安裝接線圖、通信網(wǎng)絡構架圖設計方面展開，學習繼電保護裝置、框架斷路器、塑殼斷路器、電量儀表等智能供配電設備的二次回路設計，并完成典型智能低壓配電出線柜抽屜二次回路設計。項目目標知識目標1.了解二次回來操作電源種類與應用；2.掌握二次回路設計基本原則；3.掌握二次回路標號。技能目標1.能根據(jù)一次圖與設備說明書完成多功能電力儀表、智能斷路器、繼電保護裝置等智能供配電設備的二次回路圖設計；2.能根據(jù)項目要求完成智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計。項目知識（課前）知識6-1二次回路的操作電源知識6-2二次回路圖紙設計知識6-3二次回路的標號項目準備本項目實施需要的設備和軟件如下：1、1臺安裝CAD軟件的計算機；2、1套某機場智能供配電系統(tǒng)一次回路圖紙及設計說明。在完成本項目二次回路操作電源、二次回路圖紙設計要求以及回路標號等知識點學習的基礎上，以某機場智能供配電項目為案例，根據(jù)設計院的一次圖紙與設計說明等資料，完成如下4個項目實訓任務：任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計；任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計；任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計；任務6-4機場智能供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡構架圖設計。項目實訓任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計；任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計；任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計；任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計。任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計如學習情景一項目2中所述，多功能電力儀表為一種具有可編程測量、顯示、數(shù)字通信和電能脈沖變送輸出等多功能的智能儀表，其可測量一次回路電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等電量參數(shù)。本任務以智能低壓進線柜所配置的M1M系列儀表為例，了解常見多功能電力儀表監(jiān)測主回路電量監(jiān)測的二次回路設計。1、M1M系列儀表端子接線圖M1M系列儀表的背面共有三排接線端子，端子示意圖如M1M系列儀表端子示意圖所示，端子的定義見M1M系列儀表端子定義表。M1M系列儀表端子示意圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計M1M系列儀表端子定義表任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計1、M1M系列儀表端子接線圖根據(jù)多功能電力儀表應用的場合不一樣，其控制原理圖可分為三相四線制3TA、三相四線制1TA、三相三線制3TA、三相三線制2TA、三相三線制1TA等，在此介紹常用的三相四線制3TA應用，其電氣接線如三相四線制3CT電氣接線圖所示。一次回路電壓經(jīng)過熔斷器后接入儀表L1、L2、L3號端子，實現(xiàn)主回路電壓信號采集，A相TA接入I1S1、I1S2號端子，B相CT接入I2S1、I2S2號端子，C相TA接入I3S1、I3S2號端子（在實際設計中，I1S2、I2S2、I3S2號端子可能會短接，且TA電流匯總線必須接地，避免電流互感器二次回路開路后產(chǎn)生的高壓傷及人身），RS485A、B號端子為通信端子接至邊緣控制器。三相四線制3CT電氣接線圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計智能低壓進線柜一次圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計2、智能低壓進線柜一次回路電量測量圖在智能低壓進線柜一次圖中我們可以看到，在一次回路上采用3個CT如圖框中所示，它將一次回路中的大電流變送為0~5A小電流，并輸送到多功能電力儀表電流采樣端，智能供配電系統(tǒng)通過多功能電力儀表M1M，實現(xiàn)電壓、電流等信號的采集。任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計3、進線柜電量監(jiān)測二次回路設計我們根據(jù)進線柜一次回路圖，設計進線柜電量監(jiān)測二次回路。首先根據(jù)控制與監(jiān)測邏輯完成控制原理圖設計。在本任務中，由于所配置的框架斷路器自帶通信接口，不需多功能電力儀表采集斷路器分/合閘與故障信號，M1M多功能電力儀表僅需實現(xiàn)包括電流、電壓、功率、有功功率、無功功能等電量的采集與顯示，并且通過通信接口送至邊緣控制器。而功率、有功功率、無功功能等電量可以通過采集電流、電壓與間接計算獲得，因此多功能電力儀表僅需采集如進線柜電量監(jiān)測電氣控制原理圖中TA1-3、U1-U3內(nèi)容所示的一次回路電壓與電流信號。引至一次回路的L、N電源為多功能電力儀表提供操作電源。進線柜電量監(jiān)測電氣控制原理圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計3、進線柜電量監(jiān)測二次回路設計在完成進線柜多功能電力儀表控制原理圖設計后，開展進線柜多功能電力儀表、電流互感器與熔斷器的端子接線圖設計。在控制原理圖中，電壓信號U1-U3，L1-3相直接經(jīng)熔斷器FU1-FU3接入M1M的L1、L2、L3號端子，N相接至X20端子排13號端子，因此在端子接線圖中設計如進線柜多功能電力儀表端子接線圖、熔斷器端子接線圖中U1-U3內(nèi)容所示。電流信號3個TA的S1端分別經(jīng)X10端子排1、2、3號端子接至多功能電力儀表I1S1、I2S1、I3S1號端子，3個TA的S2端并聯(lián)接至X10端子排4號端子與X10端子排5號端子短接接至保護地，因此電流信號回路監(jiān)測端子接線如進線柜多功能電力儀表端子接線圖、CT端子接線圖中TA1-TA3內(nèi)容所示。進線柜多功能電力儀表端子接線圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計熔斷器端子接線圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計CT端子接線圖任務6-1低壓智能進線柜電量監(jiān)測回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計斷路器為一種能接通、承載以及分斷正常電路條件下的電流,也能在所規(guī)定的非正常電路(例如短路)下接通、承載一定時間和分斷電流的一種機械開關電器。在低壓配電系統(tǒng)中一般在電流≥630A時采用框架斷路器，反之則采用塑殼斷路器。本任務以智能低壓進線柜所配置的E2系列框架斷路器為例，學習常見框架斷路器的二次回路設計。1、智能低壓進線柜一次系統(tǒng)介紹該智能低壓進線柜一次系統(tǒng)如智能低壓進線柜一次系統(tǒng)圖所示，從圖中可以看到，一次回路采用一臺E1.2N630框架斷路器來實現(xiàn)主回路接通與分斷，并且配置1個220VAC分合閘線圈（YO/YC）、1個Modbus通信附件以及1個云服務模塊。系統(tǒng)采用電纜下進線的方式，線路中的浪涌保護器（抑制器）能有效的防止雷擊過電壓和操作過電壓。智能低壓進線柜一次系統(tǒng)圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計2、E2框架斷路器接線端子介紹E2框架斷路器控制單元為電子脫扣器，其電氣接線圖如E2框架斷路器脫扣器端子圖所示。框架斷路器分為固定式和抽出式兩種，接線端子都位于斷路器頂部，大致分：輔助電源（工作電源或控制電源）、合閘彈簧儲能操作機構（儲能電機工作電源）、觸頭信號（脫扣信號觸頭/彈簧儲能操作機構的位置觸頭/合閘準備就緒觸頭/斷路器分合閘輔助觸頭等）、各類控制線圈（YR電氣復位線圈/分閘線圈/合閘線圈/第二分閘線圈或欠壓脫扣器等）、TripUnitI/O（脫扣器I/O單元區(qū)）以及其他模塊組成。端子采用快速插拔端子片，提高接線效率和故障維修更換速率。接線端子下方清晰的標注著各端子號及斷路器內(nèi)部元件文字符號，方便快速識別。E2框架斷路器脫扣器端子圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計電氣回路工作原理介紹：（1）框架斷路器S51/S33/M/YR接線端子該組接線端子內(nèi)部電氣回路工作原理如E2框架斷路器S51/S33/M/YR端子圖所示，主要包括S51脫扣信號觸點回路、S33彈簧儲能操作機構就緒位置信號觸點回路、M彈簧儲能電機回路和YR脫扣復位線圈回路，具體介紹如下。E2框架斷路器S51/S33/M/YR端子圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計（1）框架斷路器S51/S33/M/YR接線端子1）S51脫扣信號觸點回路接線端子號，分別是95#、96#、98#。95#為公共端、96#為常閉信號、98#為常開信號，當主回路中發(fā)生電氣故障框架斷路器跳閘，S51觸點被斷路器內(nèi)部機械機構觸發(fā)動作，96#常閉信號變常開、98#為常開信號變常閉，該觸點信號可接入控制回路作為故障保護用，或控制指示燈作為信號指示使用。2）S33彈簧儲能操作機構就緒位置信號觸點回路接線端子號，分別是35#、36#、38#。35#為公共端、36#為常閉信號、38#為常開信號，該位置觸點開關安裝在斷路器彈簧儲能機構處，當斷路器彈簧儲能是觸發(fā)S33觸點開關，36#常閉信號變常開、38#為常開信號變常閉，該觸點信號通常用于控制指示燈作為信號指示使用。3）M彈簧儲能電機回路接線端子號，分別是U1#、U2#。在U1#、U2#端子上加220V-250V控制電壓，儲能電機M啟動，當彈簧完成儲能后，帶動一個與其機械聯(lián)動的儲能限位開關S33M/1動作，使常閉接點斷開，電機的儲能回路切斷，電機儲能結束。當合閘動作后，儲能限位開關S1自復位，若U1#、U2#端子上控制電壓仍存在，新的一次儲能開始；注意儲能時間：從開始儲能至儲能完成指示牌動作，期間電源消失，停止儲能，再次得電在原來儲能基礎上繼續(xù)儲能，直到完成。任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計（1）框架斷路器S51/S33/M/YR接線端子4）YR脫扣復位線圈回路接線端子號，分別是R1#、R2#。當主回路中發(fā)生電氣故障框架斷路器跳閘，斷路器本體上的“T.U.Reset”彈出，未復位之前框架斷路器無法再次進行合閘操作。沒有安裝脫扣復位線圈的斷路器，需操作人員現(xiàn)場對齊進行復位操作，配置YR脫扣復位線圈后，在R1#、R2#端子上加控制電壓，即可實現(xiàn)復位操作，配合智能供配電控制系統(tǒng)達到遠程復位操作功能。（2）框架斷路器TripUnitI/O接線端子該組接線端子主要包括：EkipMeasuring模塊的電壓插口（V3#、V2#、V1#、Vn#）、Rc剩余電流保護用傳感器輸入（Rct#、Rca#、Ge-#、Ge+#）、變壓器星形中心點的傳感器輸入（Ge-#、Ge+#）、區(qū)域選擇性保護接口（Szi#、Szo#、Gzi#、Gzo#），該組接線端子個別存在多種用途，端子具體功能取決于配置的附件以及外部配合元件的功能，TripUnitI/O接線端子本項目不作要求，想了解具體內(nèi)容可查閱E2框架斷路器說明手冊。任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計（3）框架斷路器EkipSupply接線端子該組接線端子內(nèi)部電氣回路工作原理如E2框架斷路器EKIPSupply端子圖所示，EkipSupply即框架斷路器的電源模塊，將外部輸入的110~220VAC/DC電壓轉換為24V~48VDC電壓為電子脫扣器提供工作電源，K1#、K2#為外部輸入端，W3#、W4#為本地總線。E2框架斷路器EKIPSupply端子圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計（4）框架斷路器合分閘線圈接線端子合分閘線圈接線端子內(nèi)部電氣回路工作原理如E2框架斷路器合分閘線圈端子圖所示，具體介紹如下。1）YC合閘線圈回路接線端子號，分別是C1#、C2#。用于控制框架斷路器，只有當操作機構的合閘彈簧已儲能且框架斷路器已做好合閘準備時，才能合閘。在C1#、C2#端子加上220V~240VAC控制電壓，合閘線圈得電，框架斷路器合閘。配有通信模塊的斷路器，加裝Ekipcom驅動模塊并在C3#端子上提供控制電壓，可實現(xiàn)以通信的方式遠程控制框架斷路器合閘。2）YO分閘線圈回路接線端子號，分別是C11#、C12#。用于控制框架斷路器，框架斷路器合閘后，在C11#、C12#端子加上220V~240VAC控制電壓，分閘線圈得電，框架斷路器分閘。配有通信模塊的框架斷路器，加裝Ekipcom驅動模塊并C13#端子上提供控制電壓，可實現(xiàn)以通信的方式遠程控制框架斷路器分閘。E2框架斷路器合分閘線圈端子圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計根據(jù)一次系統(tǒng)圖和框架斷路器接線端子描述，設計進線柜框架斷路器控制回路圖。在本任務所設計的框架斷路器需實現(xiàn)電氣合/分閘、遠程通信合/分閘兩種不同的控制模式；框架斷路器合分閘后儲能電機能自動為彈簧進行儲能；配置儲能指示燈、合/分閘指示燈；控制電源采用220VAC。根據(jù)任務要求分析框架斷路器控制原理圖設計思維，以搭積木的方式將控制電氣回路拆分為控制電源、合閘回路、分閘回路、儲能回路、狀態(tài)信號指示回路和脫扣器供電回路，一步步完成最終圖紙設計。任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計（1）合閘回路通過合閘按鈕，實現(xiàn)手動電氣控制框架斷路器合閘功能，需要注意的是合閘線圈不能長時間通電。實現(xiàn)方法：通過合閘回路工作原理，將控制電源、合閘按鈕、C1#、C2#端子之間的電氣回路串聯(lián)，考慮到合閘線圈不能長時間通電，還需在控制回路中串接常閉輔助觸點，斷路器合閘后，切斷合閘回路電源。為C3#端子接入電源實現(xiàn)遠程合閘功能。原理圖設計方法：以合閘回路額定電壓為AC220V為例，注意：從檢修安全角度，開關控制火線或電源正極，位于被控對象之前。合閘控制原理圖接線設計過程如合閘回路原理圖設計步驟圖所示。第1步：排列元件圖形符號，圖中的控制電源、控制開關、合閘按鈕、合閘單元；第2步：標注電氣符號即代號以及各元件接線端子號；第3步：從電源L端開始連線，到電源N端結束；第4步：添加回路編號，檢查是否有遺漏部分，最終完成回路圖紙設計。合閘回路原理圖設計步驟圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計合閘回路原理圖設計步驟圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計（2）分閘回路通過分閘按鈕，實現(xiàn)手動電氣控制框架斷路器分閘功能，需要注意的是與合閘線圈一樣，分閘線圈不能長時間通電。實現(xiàn)方法：通過分閘回路工作原理，將控制電源、分閘按鈕串聯(lián)，C11#、C12#端子之間的電氣回路串聯(lián)，考慮到合閘線圈不能長時間通電，還需在控制回路中串接常開輔助觸點，斷路器分閘后，切斷分閘回路電源。為C13#端子接入電源實現(xiàn)遠程合閘功能。原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。（3）儲能回路儲能回路采用自動儲能的方式，當彈簧儲能后完成一次合分閘動作后，儲能電機自動運轉帶動彈簧完成儲能。實現(xiàn)方法：通過儲能回路工作原理，把控制電源接入儲能回路U1#、U2#端子即可。原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計（4）信號指示回路儲能指示：采用白色指示燈代表斷路器儲能狀態(tài)，白色指示燈點亮表示斷路器已儲能，白色指示燈熄滅表示斷路器未儲能；實現(xiàn)方法：通過控制電源、黃色指示燈、儲能常開觸點35#、38#，組成儲能指示回路；原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。合閘指示：采用紅色指示燈代表斷路器合閘狀態(tài)，通過紅色指示燈的亮滅指示合閘狀態(tài)；實現(xiàn)方法：通過控制電源、紅色指示燈、斷路器的輔助常開觸點31#、34#，組成合閘指示回路；原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。分閘指示：采用綠色指示燈代表斷路器分閘狀態(tài)，通過綠色指示燈的亮滅指示分閘狀態(tài)；實現(xiàn)方法：通過控制電源、綠色指示燈、斷路器的輔助常閉觸點41#、42#，組成分閘指示回路；原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計（5）脫扣器供電回路脫扣器供電采用專用的供電模塊，輸入電壓要求110-240VAC。實現(xiàn)方法：通過脫扣器供電回路工作原理，把控制電源接入K1#、K2#端子即可。原理圖設計方法：參考分閘回路的設計方法。（6）整合以上各回路原理，并設置相應的端子方便接線，將端子號標記在圖紙中，框架斷路器控制二次原理圖如框架斷路器控制二次原理圖所示。框架斷路器控制二次原理圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計3、進線柜框架斷路器控制回路設計（7）根據(jù)框架斷路器控制二次原理圖，接線圖與端子圖的繪制如安裝接線圖、接線端子圖所示。安裝接線圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計接線端子圖任務6-2低壓智能進線柜斷路器控制回路設計任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計正如學習情境二智能供配電設備中所述，高壓真空斷路器是一種應用在10-40.5KV能夠接通、承載和分斷正常運行電路中的電流，也能通過保護配合在非正常運行的電路中（過載、短路）按規(guī)定的條件接通、承載一定時間和分斷電流的開關電器。本任務以機場智能高壓配電系統(tǒng)出線柜為例，開展其所配置的中空斷路器二次回路設計學習，鑒于在任務1-2中已較為詳細介紹如何設計二次回路，因此在本任務僅做簡要說明，重點在于介紹真空斷路器與繼電保護裝置電氣控制原理。1、真空斷路器端子接線圖真空斷路器通過二次控制回路進行控制，斷路器具備儲能、合閘、分閘，欠壓分閘，合閘閉鎖功能，真空斷路器與繼電保護配合，實現(xiàn)高壓線路供電保護，如高壓真空斷路器控制原理圖為高壓真空斷路器控制原理圖。高壓真空斷路器控制原理圖任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計斷路器二次接線原理說明符號說明，按照二次原理圖順序-QB=斷路器主開關。-MS=端子號25、35。合閘彈簧儲能電機，儲能彈簧儲能后方可合閘。-MC=端子號4、14。并聯(lián)合閘脫扣器。-RL1=端子號10、20、49。閉鎖電磁鐵,當失電時閉鎖斷路器不能合閘。-MU=端子號43、44欠電壓脫扣器，電壓低于正常值時，斷路器跳閘。-MO1=端子號30、31、41、第一并聯(lián)分閘脫扣器，即斷路器分閘線圈。-RL2=端子號45、46。閉鎖電磁鐵,失電時機械閉鎖斷路器手車不能搖進搖出。-MO2=端子號2、3、13、第二并聯(lián)分閘脫扣器，即第二個斷路器分閘線圈。-MO3=端子號32、42過電流脫扣器，由在斷路器外的特殊繼電器觸發(fā)。（選裝）-MT=端子號32、42斷路器手車驅動電機，斷路器電動搖進搖出。（選裝）-BS2=端子號24、34。26、36合閘彈簧儲能/未儲能信號觸點。-BB0=端子號參照原理圖BB0開閉點。斷路器合分閘輔助開關。-BT2=端子號參照原理圖BT2開閉點。斷路器隔離位置信號觸點。-BT1=端子號參照原理圖BT1開閉點。斷路器運行位置信號觸點。任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計端子號1、40為斷路器接地線連接端子。高壓斷路器在實際使用過程中，按照技術要求和二次控制原理圖進行配置及選裝。1）斷路器僅裝配有標準附件。在任何情況下，考慮到斷路器的不同配置和斷路器本身的發(fā)展和更新，斷路器的實際二次控制電氣原理圖有可能隨根據(jù)要求更新。2）欠電壓脫扣器可由斷路器的供電側或獨立的電源供電。只有當?shù)蛪好摽燮骷与姾髷嗦菲鞑趴赡鼙缓祥l（其對斷路器合閘的閉鎖是機械式的）如果斷路器的低壓脫扣器,合閘脫扣器和自動重合閘裝置共用同一個二次控制電源,則應當保證在低壓脫扣器上電50ms后再發(fā)出合閘命令。3）確認控制回路的電源是否可以供應數(shù)個儲能電機同時啟動。為避免過大的啟動電流，當整個二次回路上電前請手動將所有斷路器儲滿能量。4）標準配置的斷路器-BB0輔助開關為5NC-5NO，當選擇配置-MO2時，輔助開關為5NC-4NO；如需要擴展輔助觸點數(shù)，可增加至7NC-7NO。任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計2、高壓真空斷路器二次控制回路在線路中的應用斷路器的控制方式可分為遠方控制和就地控制。遠方控制就是操作人員在主控室或單元控制室內(nèi)對斷路器進行分、合閘控制。就地控制就是在高壓配電柜操作面板上對斷路器進行分合閘控制。斷路器控制回路就是控制(操作)斷路器分、合閘的回路。斷路器控制回路的直接控制對象為斷路器的操動(作)機構。操動機構主要有執(zhí)行機構（MC）、彈簧儲能機構(MS)、分閘操動機構(MO)。操作電源可用直流或交流兩用，一般采用直流屏供電操作電源，真空斷路器與繼電保護裝置控制原理圖為真空斷路器與繼電保護裝置在高壓配電柜中的控制原理。真空斷路器與繼電保護裝置控制原理圖任務6-3高壓出線柜真空斷路器控制回路設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計智能供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡構架的設計，對于智能供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性、靈活性、安全性、擴展性來說尤為關鍵，在設計網(wǎng)絡構架時需充分考慮系統(tǒng)響應速度、設備層網(wǎng)絡負荷、CPU負荷、系統(tǒng)IO容量、多個站點、系統(tǒng)供電、通信布線等各方面因素，主要的影響因素與系統(tǒng)構架設計注意事項如影響因素與系統(tǒng)構架設計注意事項表所示。在設計過程中需嚴格遵循使用單位與設計院所出具的一次圖紙與設計要求，本任務以某機場的智能供配電系統(tǒng)展開需求分析、清單整理與網(wǎng)絡構架圖紙設計學習。影響因素與系統(tǒng)構架設計注意事項任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計1、系統(tǒng)需求分析首先，了解本項目的實施范圍與功能需求，尤其需要注意的是接入的異構系統(tǒng)（重點關注通信協(xié)議），本項目在設計院所出具的設計說明里，系統(tǒng)實施范圍與功能需求如系統(tǒng)實施范圍與系統(tǒng)配置要求表、系統(tǒng)功能需求與系統(tǒng)配置要求表左側所示。通過對實施范圍和功能需求重點條款逐一分析，我們可以初步確定系統(tǒng)需滿足的配置要求，如系統(tǒng)實施范圍與系統(tǒng)配置要求表、系統(tǒng)功能需求與系統(tǒng)配置要求表右側所示。系統(tǒng)實施范圍與系統(tǒng)配置要求任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計系統(tǒng)功能需求與系統(tǒng)配置要求任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計通過以上項目實施范圍與功能需求分析，可以在本項目智能供配電系統(tǒng)設備層、通信層、智能供配電軟件（監(jiān)控層、管理層）得出機場智能供配電系統(tǒng)配置要點。機場智能供配電系統(tǒng)配置要點任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計2、編制系統(tǒng)配置清單在得到機場智能供配電系統(tǒng)配置要點后，我們對機場高壓智能供配電系統(tǒng)、第三段智能低壓配電系統(tǒng)一次回路圖紙加以分析，以確定繼電保護裝置、框架斷路器與塑殼電路器通信模塊型號和數(shù)量、多功能電力儀表型號與數(shù)量、控制器型號與數(shù)量、控制器間通信線纜選擇等配置清單。其一次回路圖紙如機場智能高壓系統(tǒng)圖、機場第三段母線智能低壓配電系統(tǒng)圖所示，繼電保護裝置、斷路器通信模塊、多功能電力儀表、邊緣控制器選型參考學習情境一所示。機場智能高壓系統(tǒng)任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計機場第三段母線智能低壓配電系統(tǒng)任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計如圖機場智能高壓系統(tǒng)、機場第三段母線智能低壓配電系統(tǒng)所示，系統(tǒng)共有4臺繼電保護裝置、2臺框架斷路器、24臺塑殼斷路器、26臺多功能電力儀表，除圖紙中所示外現(xiàn)場還有1臺柴油發(fā)電機、7臺UPS。為了滿足通信速率，在智能高壓配電系統(tǒng)1#進線柜內(nèi)配置1臺控制器，第三段母線智能低壓配電系統(tǒng)柜內(nèi)配置4臺控制器，柴油發(fā)電機組配置1臺控制器、UPS配置1臺控制器以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸。且智能高壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、中控室、柴油發(fā)電機組、UPS均在不同室內(nèi)（控制器間距離確定是否采用光纖介質通信，因此需配置5個光電轉換模塊，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉化與收發(fā)）。因此，本項目的通信網(wǎng)絡主要設備配置清單以機場智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡主設備配置清單所示。機場智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡主設備配置清單任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計3、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計首先設計控制器與設備之間的設備層通信網(wǎng)絡，并在每個設備旁邊標注Modbus-RTU地址，我們以3#控制器及其采集的8臺塑殼斷路器XT、8臺多功能電力儀表M1M為例，設計如設備層網(wǎng)絡圖所示的設備層通信網(wǎng)絡，其他控制器下屬的設備以此類推。設備層網(wǎng)絡圖任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計在設計好設備層網(wǎng)絡通信后，如前面所述智能低壓配電系統(tǒng)內(nèi)2#-4#控制器之間采用五類雙絞線通信即可，但是1#、5#、6#、7#與2#控制器之間采用光纖通信，因此在通信層與監(jiān)控層的設計如通信層網(wǎng)絡構架圖所示。通信層網(wǎng)絡構架圖任務6-4智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計整個智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖如下圖所示。智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖項目練習：智慧泵站智能供配電二次回路及網(wǎng)絡架構設計項目背景某市上江路智慧泵站的智能供配電系統(tǒng)即將開始建設，該項目包含一套1臺進線柜、1臺出線柜的10kV智能高壓配電系統(tǒng)，1臺帶Modbus通信協(xié)議溫控器的干式變壓器，一套含1臺進線柜、1臺饋線柜的0.4kV智能低壓配電系統(tǒng)，2臺帶Profibus-DP通信口的變頻器控制柜。設計院已完成一次系統(tǒng)圖設計如某市上江路智慧泵站高壓一次回路圖所示，根據(jù)提供的一次圖紙完成低壓配電系統(tǒng)P3出線柜饋線1生活照明抽屜控制回路的設計，以及整個泵站的智能供配電網(wǎng)絡構架圖設計。某市上江路智慧泵站高壓一次回路圖1項目練習：智慧泵站智能供配電二次回路及網(wǎng)絡架構設計某市上江路智慧泵站高壓一次回路圖2項目練習：智慧泵站智能供配電二次回路及網(wǎng)絡架構設計某市上江路智慧泵站高壓一次回路圖3項目練習：智慧泵站智能供配電二次回路及網(wǎng)絡架構設計項目練習：智慧泵站智能低壓配電系統(tǒng)巡檢項目要求（1）項目練習任務1：智慧泵站智能低壓配電出線柜抽屜控制回路設計。饋線抽屜是MNS低壓配電出線柜的基本單元之一，根據(jù)設計院的一次系統(tǒng)圖如照明抽屜電氣一次回路圖所示，完成低壓P3出線柜饋線1生活照明抽屜的二次控制回路設計，包含電氣控制原理圖、接線圖和端子圖。照明抽屜電氣一次回路圖項目練習：智慧泵站智能供配電二次回路及網(wǎng)絡架構設計項目練習：智慧泵站智能低壓配電系統(tǒng)巡檢項目要求（2）項目練習任務2：智慧泵站智能供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡構架圖設計。根據(jù)項目背景描述以及圖紙內(nèi)容，結合任務6-4完成智慧泵站智能供配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架圖設計，其中邊緣控制器采用X20系列，配置本地監(jiān)控系統(tǒng)并開放API接口將數(shù)據(jù)上傳至云端，對設備層硬件進行通信地址分配并標注在網(wǎng)絡構架圖上，分配邊緣控制器與遠程監(jiān)控系統(tǒng)服務器IP地址。項目練習：智慧泵站智能配電項目全生命周期管理項目步驟（1）項目練習任務1：步驟1、根據(jù)生活照明抽屜一次系統(tǒng)圖，梳理抽屜回路中使用到的主要一次元器件；步驟2、根據(jù)梳理的一次元器件，查詢對應的設備說明書與附件手冊，明確各元器件接線端子含義，梳理抽屜回路中使用到的二次元器件；步驟3、參考項目實訓任務6-2二次設計思路，設計繪制電氣控制原理圖；步驟4、根據(jù)電氣控制原理圖，設計接線圖和端子圖。項目練習：智慧泵站智能配電項目全生命周期管理項目步驟（2）項目練習任務2：步驟1、分析一次系統(tǒng)圖，確認系統(tǒng)中智能設備數(shù)量以及所采用的通信協(xié)議；步驟2、根據(jù)統(tǒng)計結果和設備分布情況，計算邊緣控制器數(shù)量；步驟3、根據(jù)智能設備通信協(xié)議和邊緣控制器數(shù)量劃分鏈路，采用框圖的形式完成設備層構架設計，并在每個設備旁標注Modbus-RTU地址；步驟4、設計好設備層網(wǎng)絡通信后，完成通信層網(wǎng)絡的繪制；步驟5、根據(jù)項目練習要求，設計繪制管理層部分的內(nèi)容，并與通信層連接形成完整的系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構架；步驟6、對邊緣控制器和監(jiān)控系統(tǒng)服務器進行IP地址分配，并標注在圖紙中，完成智慧泵站智能供配電系統(tǒng)網(wǎng)絡構架圖設計。項目評價智能供配電技術項目7：智能供配電系統(tǒng)單體通信集成本項目主要內(nèi)容任務一、多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析任務二、智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成任務三、框架斷路器監(jiān)控集成任務四、變頻變頻器監(jiān)控集成器監(jiān)控集成任務五、繼電保護裝置監(jiān)控集成項目導入

由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電力系統(tǒng)是當今地球上最復雜的人工系統(tǒng)，配電系統(tǒng)作為其重要組成部分，正在融入物聯(lián)網(wǎng)、云服務等新技術以構建智能配電系統(tǒng)，為終端用戶配送穩(wěn)定、綠色、智慧的電力能源。項目目標知識目標1.了解常見電力通信協(xié)議，掌握Modbus-RTU數(shù)據(jù)幀組成；2.掌握多功能電力儀表，框架斷路器，變頻器，塑殼斷路器通信集成；3.了解繼電保護裝置通信集成。技能目標1.能分析Modbus-RTU報文幀的解析過程；2.能實現(xiàn)智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表，框架斷路器，變頻器，塑殼斷路器監(jiān)測集成；3.能實現(xiàn)保護裝置監(jiān)控集成；4.能完成某廣電中心低壓配電柜數(shù)字化升級改造。項目知識（課前）知識7-1OSI模型與數(shù)據(jù)傳輸解析過程知識7-2常見智能配電通信協(xié)議知識7-3Modbus通信協(xié)議知識7-4IEC61850協(xié)議項目準備本項目實訓需要的設備和軟件如下：1、1臺安裝智能配電軟件的計算機；2、1套智能配電集成與運維平臺；3、1條串口通信線與配套軟件；4、1套智能配電集成與運維電氣圖紙；5、多功能電力儀表、框架斷路器、變頻器、繼電保護裝置、塑殼斷路器產(chǎn)品說明書。本項目以機場智能配電項目的智能高壓柜、智能低壓柜、智能配電軟件為案例，借助相關資源完成5個項目實訓任務。項目實訓任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析；任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成；任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成；任務7-4變頻器監(jiān)控集成；任務7-5繼電保護裝置監(jiān)控集成。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析本任務采用串口通信線直接讀取多功能電力儀表數(shù)據(jù)，了解通信協(xié)議的應用，并分析Modbus-RTU報文幀內(nèi)容。多功能電力儀表通信接線如圖所示，儀表本體上的RS485-A接X30:1端子，RS485-B接X30:3端子。因此串口通信線連接時，先拆除X30:1、X30:2端子另一側導線，然后將串口通信線的屏蔽雙絞線端紅線與X30:1端子連接，藍線與X30:2端子連接，USB口端與安裝串口通信軟件的計算機連接。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析從本項目Modbus通信協(xié)議知識點章節(jié)得知，Modbus-RTU通信主要采用的是請求/應答來讀取設備的數(shù)據(jù)，且是按數(shù)據(jù)列表順序進行設備數(shù)據(jù)讀取與寫入，所以執(zhí)行任務前，需要了解多功能電力儀表的數(shù)據(jù)列表（也稱為通信地址表，以下均稱為通信地址表）。在本書配套材料《M1M多功能電力儀表通信點表》從中整理出，如表所示的常用多功能電力儀表通信地址表。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析常用多功能電力儀表通信地址表序號地址名稱使用轉換注釋單位功能碼123296線電壓平均值=數(shù)據(jù)/10V03223298相電壓Uan=數(shù)據(jù)/10V323300相電壓Ubn=數(shù)據(jù)/10V423302相電壓Ucn=數(shù)據(jù)/10V523304線電壓Uab=數(shù)據(jù)/10V623306線電壓Ucb=數(shù)據(jù)/10V723308線電壓Uac=數(shù)據(jù)/10V823310電流平均值=數(shù)據(jù)/100A923312電流Ia=數(shù)據(jù)/100A1023314電流Ib=數(shù)據(jù)/100A1123316電流Ic=數(shù)據(jù)/100A1223318零序電流=數(shù)據(jù)/100A1323322總有功功率=數(shù)據(jù)/100W1423324A相有功功率=數(shù)據(jù)/100W1523326B相有功功率=數(shù)據(jù)/100W1623328C相有功功率=數(shù)據(jù)/100W1723330總無功功率=數(shù)據(jù)/100Var1823332A相無功功率=數(shù)據(jù)/100Var1923334B相無功功率=數(shù)據(jù)/100Var2023336C相無功功率=數(shù)據(jù)/100Var2123338總視在功率=數(shù)據(jù)/100VA2223340A相視在功率=數(shù)據(jù)/100VA2323342B相視在功率=數(shù)據(jù)/100VA2423344C相視在功率=數(shù)據(jù)/100VA2523346頻率=數(shù)據(jù)/100Hz2623360總功率因數(shù)=數(shù)據(jù)/1000

2723361A相功率因數(shù)=數(shù)據(jù)/1000

2823362B相功率因數(shù)=數(shù)據(jù)/1000

2923363C相功率因數(shù)=數(shù)據(jù)/1000

3025352DI1狀態(tài)/

3125353DI2狀態(tài)/

通信讀取到的數(shù)據(jù)是未經(jīng)轉換的原始數(shù)據(jù)，要經(jīng)過運算才能轉化為多功能電力儀表現(xiàn)場顯示數(shù)據(jù)，具體運算公式見表中的“使用轉換注釋”。例如：設備通信地址23298存儲的是相電壓Uan，儀表上顯示的Uan=原始數(shù)據(jù)/10；通信地址23312存儲的電流Ia，儀表上顯示的Ia=原始數(shù)據(jù)/100。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析在整理好多功能電力儀表通信地址表后，從本項目Modbus知識點章節(jié)得知，需要設置主/從站雙方的通信參數(shù)，其中主要是通信地址、波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位、奇偶校驗等參數(shù)，以下僅截取其中重要部分內(nèi)容（完整內(nèi)容見《M1M多功能電力儀表產(chǎn)品說明書》中7.5通信(COM)所示）。M1M中比較重要的參數(shù)如圖所示，分別是總線地址（可設置1-254）、波特率（可選1.2k、2.4k、4.8k、9.6k、19.2k）以及字節(jié)格式。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析在M1M字節(jié)格式中已將常用的數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位、奇偶校驗等參數(shù)分組，具體內(nèi)容如表所示。傳輸格式代碼解釋8E18位數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位8O18位數(shù)據(jù)位，奇校驗，1位停止位8N18位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位8N28位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，2位停止位任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析將多功能電力儀表地址設置為1、波特率采用19.2Kbps，傳輸格式為3即1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位，如下圖所示。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析打開串口通信軟件修改相應的參數(shù)，如下圖所示，串行口選用COM6（在電腦設備管理器端口號中可查詢），波特率為19200，起始位1（默認），8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位。任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析連接好串口通信線與多功能電力儀表，并設置好通信參數(shù)后，由串口軟件向多功能電力儀表請求讀取Uan數(shù)據(jù)（地址為23298），發(fā)送16進制數(shù)據(jù)幀01035B020006772C給多功能電力儀表，數(shù)據(jù)幀的解析如圖所示。01035B020006772C讀取的儀表地址為01讀取寄存器的功能碼為03Uan存儲地址為23298（16進制為5B02），連續(xù)讀取6個變量（0006）CRC校驗碼（系統(tǒng)計算）任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析多功能電力儀表在收到請求數(shù)據(jù)幀并處理后，回復響應數(shù)據(jù)幀01030C000008CA000008CB000008CC9F32給串口軟件，其數(shù)據(jù)幀及解析如圖所示。01030C000008CA000008CB000008CC9F32返回的儀表地址為01響應功能碼030C代表字節(jié)數(shù)量，000008CA為地址23298存儲的Uan數(shù)據(jù)（以十進制換算為2250）CRC校驗碼（系統(tǒng)計算）任務7-1多功能電力儀表Modbus-RTU報文幀解析思考：1、如串口軟件向多功能電力儀表請求讀取Uan數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)幀01045B020006CRC校驗碼給儀表，將接收到什么樣的回復報文？任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成在任務7-1中我們已經(jīng)初步掌握Modbus-RTU的通信線連接、通信參數(shù)設置、報文幀格式等內(nèi)容，但是在實際智能配電工程項目中，將會采用控制器與智能配電軟件來完成數(shù)據(jù)采集、存儲、分析以及應用。在本任務中，我們將采用控制器與智能配電軟件來實現(xiàn)對多功能電力儀表的數(shù)據(jù)監(jiān)測。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成采用邊緣控制器X20實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，由于X20本身不帶Modbus-RTU通信模塊，因此我們選用安裝與控制器IF1030通信模塊實現(xiàn)Modbus-RTU通信協(xié)議的采集與傳輸，如圖7-18所示控制器與IF1030之間采用安裝于背板的內(nèi)部總線通信，IF1030模塊的3、8號端子與多功能儀表的RS+、RS-連接。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成在智能配電軟件中一般采用AutomationStudio（簡稱AS）平臺開發(fā)通信與控制程序以及簡單人機界面，在Aprol系統(tǒng)里開發(fā)復雜的人機界面、報表以及與上層管理之間的集成應用（如Web應用等），本任務我們重點介紹基于AS平臺的通信集成，AS軟件的應用請參考AS軟件教學視頻。AS平臺不僅是一個開發(fā)軟件，它是集合編程、診斷、控制、HMI、安全Safety于一體的完整平臺。在通信程序開發(fā)方面，平臺支持IEC標準的六種開發(fā)語言（LAD，IL，ST，F(xiàn)BD，CFC，SFC），除此外還支持C/C++語言開發(fā)，以及AutomationBASIC語言開發(fā)。熟練的工程師一般會使用C語言和ST語言開發(fā)。對于剛學習的我們來說，我們先通過FBD（功能塊）來了解智能配電設備的集成，在拓展階段再介紹基于ST語言的應用開發(fā)。在人機界面開發(fā)方面，AS中強大的HMI開發(fā)組件支持所見即所得的方式開發(fā)人機界面，由于和控制器開發(fā)同在AS平臺下，顯示控件的變量連接變得極為方便。AS人機界面開發(fā)有兩種類型，一是較為簡單的VC4方式，AS平臺提供很多控件，使用方式和市面上多數(shù)HMI開發(fā)相似。另一種是基于網(wǎng)頁開發(fā)的mappView方式，它的特點是可以開發(fā)出非常美觀的界面。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成本任務中從多功能電力儀表—X20通信模塊與控制器—AS智能配電軟件的數(shù)據(jù)流如圖所示，多功能電力儀表通過內(nèi)部A/DC電路（模/數(shù)轉化）將Uab電壓信號轉為數(shù)字信號，并接收控制器請求將數(shù)據(jù)封裝為數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送至控制器，控制器接收并解析數(shù)據(jù)，再根據(jù)開發(fā)的程序處理相應的數(shù)據(jù)，將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)傳輸給AS平臺，AS平臺經(jīng)過IO設備驅動、IO數(shù)據(jù)連接等處理將數(shù)據(jù)存儲至實時數(shù)據(jù)庫，人機界面開發(fā)等應用程序直接通過位號調用實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并形成數(shù)據(jù)顯示與應用。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成多功能電力儀表側通信參數(shù)設置參考任務7-1的內(nèi)容，AS平臺側硬件接口通信參數(shù)設置需與所通信的多功能電力儀表保持一致，如圖所示，接口類型選擇RS485、通信波特率19200bps、通信間隔時間采用默認時間、校驗方式none無奇偶校驗、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成完成多功能電力儀表、控制器、安裝AS平臺的計算機通信線連接和通信參數(shù)設置后，通過AS平臺的FBD、ST、LD等語言編寫通信程序，調用Modbus通信功能塊，讀取多功能電力儀表的Uab電壓。本任務以FBD調用功能塊編程為例，通過調用AS已封裝好的Modbus-RTU通信函數(shù)功能塊MBMOpen()、MBMClose()、MBMCmd()，其功能與引腳定義如圖所示。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成功能塊圖例I/O引腳名稱數(shù)據(jù)類型功能描述INenableBOOL只有enable=1時，該功能塊才會執(zhí)行INpDeviceUDINT設備識別符（一般指AS平臺硬件組態(tài)中通信模塊的名稱）INpModeUDINT通信參數(shù)（波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位、奇偶校驗）INpConfigUDINT數(shù)據(jù)對象名稱INtimeoutUINT超時時間INasciiUSINTModbus模式(0為RTU/1為ASCII)OUTstatusUINT報警代碼(0為無錯誤)。OUTidentUDINT模塊識別號，識別,andMBMOpen()函數(shù)功能塊用于定義Modbus-RTU通信協(xié)議參數(shù)，并打開通信通道。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成MBMClose()函數(shù)功能塊用于關閉通信，需要時需重新啟用MBMOpen()功能塊。功能塊圖例I/O引腳名稱數(shù)據(jù)類型功能描述INenableBOOL只有enable=1時，該功能塊才會執(zhí)行。INidentUDINTMBMOpen()功能塊的IDOUTstatusUINT報警代碼(0=無錯誤)。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成MBMCmd()函數(shù)功能塊用于指示讀取的數(shù)據(jù)寄存器地址與數(shù)量。功能塊圖例I/O引腳名稱數(shù)據(jù)類型功能描述INenableBOOL只有enable=1時，該功能塊才會執(zhí)行INidentUDINTMBMOpen()功能塊的IDINmfcUSINTModbus通信使用的功能碼INnodeUSINT讀取從站地址(0為廣播模式)INdataUDINT讀取數(shù)據(jù)于AS平臺中的存儲地址（起始地址）INoffsetUINT讀取從站設備通信地址表起始地址INlenUINT讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量OUTstatusUINT報警代碼(0為無錯誤)。INenableBOOL只有enable為1時，該功能塊才會執(zhí)行。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成讀取通信地址為1，通信參數(shù)為波特率19200bps、1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗、1位停止位的多功能電力儀表Uan線電壓數(shù)據(jù)。在AS平臺中編程采用MBMOpen()打開Modbus軟件通信接口如圖所示，將設備識別符‘’SS1.IF1’連接至pDevice引腳，‘/PHY=RS485/PA=N/DB=8/SB=1BD=19200’（波特率19200bps、8位數(shù)據(jù)位、無奇偶校驗、1位停止位）連接至pMode引腳，enable引腳賦值“TRUE”，MBMOpen()即開始運行，并在輸出引腳ident得到38568320的識別號ID（系統(tǒng)自動生成）。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成打開Modbus通訊接口后，調用MBMCmd()函數(shù)功能塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取如圖所示。首先使函數(shù)功能塊使能，然后將MBMOpen()輸出引腳ident連接至MBMCmd()引腳ident；在mfc引腳輸入03功能碼（根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)決定），在node引腳輸入將要讀取的從站設備地址1；在offset引腳輸入讀取Uan數(shù)據(jù)存儲寄存器地址23298（從通訊點表中獲取）；在len引腳輸入要連續(xù)讀取寄存器個數(shù)6（從通訊點表中獲?。＝又ㄟ^ADR取數(shù)據(jù)地址功能塊，從data引腳讀取采集上來的數(shù)據(jù)并保持到M1M_INT數(shù)組。最后對原始數(shù)據(jù)進行轉換運算處理，賦值到M1M_Uan、M1M_Ubn、M1M_Ucn電壓數(shù)據(jù)。任務7-2智能配電系統(tǒng)多功能電力儀表監(jiān)測集成將編輯好的通信程序下到控制器，并在線運行，通過在線監(jiān)測可以看到實時數(shù)據(jù)，如圖所示。詳細的多功能電力儀表通信程序編輯步驟，請參考實訓工作手冊。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成任務7-2是通過Modbus-RTU通信協(xié)議實現(xiàn)從站儀表數(shù)據(jù)讀取，在本任務采用Modbus-TCP通信協(xié)議實現(xiàn)從站框架斷路器的數(shù)據(jù)監(jiān)測（讀取斷路器觸頭磨損度、總操作次數(shù)、手動操作次數(shù)、脫扣次數(shù)、脫扣失敗次數(shù)、脫扣測試次數(shù)）與斷路器合/分閘控制。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成框架斷路器通信地址見表。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成正如本項目知識部分所述，Modbus-TCP采用的是以太網(wǎng)通信，框架斷路器與邊緣控制器采用RJ45通信接口連接，然后在框架斷路器脫扣器中設置IP地址，如圖所示。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成完成框架斷路器通信參數(shù)設置后，使用Modbus-TCP通信軟件測試數(shù)據(jù)是否能正常讀取。打開ModScan32.exe，連接方式選擇為RemoteTCP/IPServer，在IPAddress中輸入需要訪問的從站設備IP地址如192.168.1.120，服務端口為502。采用04功能碼讀取從站地址為120，設備寄存器起始地址為20的連續(xù)6個數(shù)據(jù)。發(fā)送該請求數(shù)據(jù)幀后，接收數(shù)據(jù)如圖所示，其中可以在右圖看到觸頭磨損度為0.2%=149/65000*100%、總操作次數(shù)為47次、手動操作次數(shù)43次、脫扣次數(shù)0、脫扣失敗次數(shù)0、脫扣測試次數(shù)4次。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成通過AS平臺調用Modbus-TCP通信功能塊，讀取框架斷路器的觸頭磨損度、總操作次數(shù)、手動操作次數(shù)、脫扣次數(shù)、脫扣失敗次數(shù)、脫扣測試次數(shù)以及控制框架斷路器的合分閘，本任務以FBD調用功能塊編程為例，所需的Modbus-TCP常用通信函數(shù)功能塊MbReadInputRegisters()、MbWriteMultipleRegisters()。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成功能塊圖例I/O引腳數(shù)據(jù)類型功能描述INenableBOOL只有enable=1時，該功能塊才會執(zhí)行INpStation(作為指針傳輸)UDINTModbus站路徑;例如“IF2.ST1”INstartAddressUINT起始地址INnrRegistersUINT要讀取的寄存器數(shù)INpData(作為指針傳輸)UDINT將讀數(shù)據(jù)寫入的本地存儲INdataSizeUINT本地內(nèi)存區(qū)域的長度，以字節(jié)為單位。內(nèi)存區(qū)域的大小至少為2個寄存器字節(jié)。OUTstatusUINT報警代碼(0=無報警).MbReadInputRegisters()函數(shù)塊實現(xiàn)Modbus功能碼4，讀取多個輸入寄存器的功能。Modbus指令由AutomationRuntime的Modbus驅動程序接收和處理。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成mbWriteMultipleRegisters()函數(shù)塊實現(xiàn)Modbus函數(shù)代碼16，寫多個寄存器的功能。Modbus指令由AutomationRuntime的Modbus驅動程序接收和處理。功能塊圖例I/O引腳數(shù)據(jù)類型功能描述INenableBOOL只有enable=1時，該功能塊才會執(zhí)行INpStationUDINT(作為指針傳輸)Modbus站路徑;例如“IF2.ST1”INstartAddressUINT起始地址INnrRegistersUINT要寫入的寄存器數(shù)INpDataUDINT(作為指針傳輸)包含要寫入數(shù)據(jù)的本地存儲器INdataSizeUINT本地內(nèi)存區(qū)域的長度，以字節(jié)為單位。內(nèi)存區(qū)域的大小至少為2個寄存器字節(jié)。OUTstatusUINT報警代碼(0=無報警).任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成在開始編寫通信程序之前，需要在AS硬件配置目錄中，添加ModbusTcp_any模塊，并配置需要訪問的從站IP地址，如圖所示。AS硬件配置ModbusTCP_any配置任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成完成配置通信硬件參數(shù)后，采用MbReadInputRegisters()函數(shù)塊在程序文件中搭建如圖7-33所示程序，打開使能enable=1，通過設備標識符為‘IF2.ST1’的接口，讀取寄存器地址20的連續(xù)6個數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)組a中，數(shù)組的長度為12。結合通信地址表對數(shù)據(jù)進行處理與換算，編程方法請參考任務7-2。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成完成框架斷路器數(shù)據(jù)讀取編程后，調用MbWriteMultipleRegisters()函數(shù)功能塊，參考表7-8進行框架斷路器合分閘編程，搭建如圖程序。將變量c的數(shù)據(jù)通過設備標識符為‘IF2.ST1’的接口，發(fā)送到框架斷路器的寄存器中，寄存器地址為0，數(shù)據(jù)長度為2個字，本地內(nèi)存區(qū)域的長度為4個字節(jié)。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成在遠程控制框架斷路器前，框架斷路器需設置為遠程控制模式如圖所示任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成將編輯好的通信程序下載到控制器并在線監(jiān)測，查閱實時數(shù)據(jù)，如圖7-36所示。然后通過更改變量c的值，對框架斷路器進行遠程合/分閘通信控制（寫7為分閘，8為合閘）。詳細的框架斷路器通信程序編輯步驟，請參考實訓工作手冊。任務7-3框架斷路器監(jiān)控集成拓展：請編寫一個當檢測到框架斷路器儲能結束，并無故障信息時的遠程合/分閘控制程序。任務7-4變頻器監(jiān)控集成通過以上任務的學習，我們初步了解通信接口連接、通信參數(shù)設置、數(shù)據(jù)報文解析以及通過AS平臺實現(xiàn)典型智能電力設備的數(shù)據(jù)監(jiān)測與設備控制。本任務以配電系統(tǒng)典型負載變頻器的監(jiān)控為例，進一步鞏固通信協(xié)議的知識技能，并學習掌握人機界面的開發(fā)與調試。任務7-4變頻器監(jiān)控集成變頻器通信地址見表。任務7-4變頻器監(jiān)控集成本任務采用Modbus-RTU實現(xiàn)變頻器的遠程控制，變頻器參數(shù)設置如圖所示，AS中參數(shù)設置與任務7-2類似此處不在描述。任務7-4變頻器監(jiān)控集成在本任務中變頻器需要設置的參數(shù)表如表所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成通信程序開發(fā)與任務7-2類似，其中變頻器的啟動停止控制程序結合通信地址表可知，當向0寄存器發(fā)送“1150”表示停止命令，發(fā)送“1151”表示啟動命令。將編輯好的通信程下載到控制器，并打開在線監(jiān)測，查看在線實時數(shù)據(jù)，如圖所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成在任務7-2中介紹過AS平臺支持VC4與mappView兩種人機界面開發(fā)，本任務采用mappView開發(fā)變頻器的人機交互界面。人機界面的開發(fā)對智能配電工程實施以及后期的使用尤為重要，需要結合UI設計、視覺交互等多個方面的知識，例如界面背景不得采用刺眼的色調、優(yōu)先報警的呈現(xiàn)設計等等。本文主要介紹如何在AS平臺中完成mappView初始配置、界面設計、變量管理、常用控件和界面瀏覽。任務7-4變頻器監(jiān)控集成首先，先介紹一下在mappView設計過程中會用到的幾個相關概念①layout：布局，即一張頁面包含幾個區(qū)域，每個區(qū)域多大尺寸等；②area：區(qū)域，一張頁面通常包含幾個區(qū)域，可按畫面功能進行區(qū)域劃分；③page：頁面，即一張人機交互頁面；④widget：控件，如按鈕、文本、餅圖、輸入框等；⑤content：內(nèi)容，這里不是指具體的顯示內(nèi)容，而是指存放顯示內(nèi)容的容器，后面會有詳細說明；⑥binding：關聯(lián)，如將控件變量與OPCUA變量關聯(lián)；⑦eventbinding：事件關聯(lián)，將事件（如按下按鈕等）與動作（如彈出對話框等）關聯(lián)；⑧dialog：對話框，如報警對話框、登錄成功對話框等。任務7-4變頻器監(jiān)控集成Binding是將widget中的變量與程序變量關聯(lián)，如文本框widget中的文本數(shù)據(jù)來自程序的某變量。

EventBinding是將事件如按下按鈕、或變量改變與動作如彈出對話框、或字體變色等關聯(lián)。任務7-4變頻器監(jiān)控集成mappView初始配置1）在LogicalView窗口中添加mappView軟件包。打開LogicalView窗口選中項目名文件夾，在Toolbox工具箱中找到mappView并勾選，雙擊mappView自動添加mappView軟件包，如下圖所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成mappView初始配置2）添加Visualization和mappViewConfigurartion文件。在ConfigurationView窗口中X20CP1382文件夾下找到mappView文件，從Toolbox工具箱中雙擊Visualization和mappViewConfigurartion自動添加到mappView文件夾下，操作完成后點擊Save，如下圖所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成mappView初始配置3）聲明ClientconfigurationID。雙擊打開剛才添加Visualizat.vis文件，復制Visualizationid名“vis_0”，然后雙擊打開Config.mappviewcfg文件，將剛才復制的Visualizationid名，粘貼到Clinentconfiguration下的IDofdefaultvisualization欄中，最后點擊Save，如圖所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成mappView初始配置4）添加Visualization文件。在mappView窗口中選擇剛才添加的mappView軟件包，從Toolbox工具箱中雙擊Visualization文件，軟件將自動添加Visualization文件。最后點擊Save，完成初始配置，如圖所示。任務7-4變頻器監(jiān)控集成初始配置好之后，可以開始正式的界面布局設計工作。無論對于什么項目，只要是界面設計，就必不可少要有布局和內(nèi)容兩大要素。先說布局，mappView的布局設計是在layout中完成的，與其他元素不同的是，layout的設計需要用戶進行編程，不是通過下拉菜單選擇或拖拽來實現(xiàn)，但這里的編程不是從零開始，AS會自動給出編程模板，用戶只需要填空即可。例如，對于圖(a)所示的布局來說，其編程實現(xiàn)如圖(b)所示，黑色加粗字體為需要用戶手動輸入的部分，包括layout的ID（自定義，為了后面被page引用）、layout的寬高尺寸、劃分的每個area的ID（1個layout里的所有areaID不能重名，不然會編譯報錯）、每個area的寬高尺寸和坐標位置等。（a）（b）任務7-4變頻器監(jiān)控集成Layout設計好后，接下來是添加page，page可以理解為人機界面顯示的每一幅畫面，如圖所示，它包含兩個基本元素，一個是.page文件，該文件與布局相關，另一個是.content文件，該文件與畫面內(nèi)容相關。任務7-4變頻器監(jiān)控集成在.page文件中，除了設置背景顏色和背景圖片之外，最重要的是三件事：給當前page定義ID、關聯(lián)對應的layoutID號，并給每個area關聯(lián)對應的contentID號?？梢钥闯?，雖然.page是跟界面布局相關，但不是直接在這里設計布局，設計布局的工作是在layout里完成，在這里只是引用設計完的layoutID號。同理，每個area中的內(nèi)容設計也不是直接在這里完成，而是在.content文件中完成，這里只是引用設計完的contentID號。在.content文件中，第一件要做的事情，是給content命名即ID號，這步很重要，不然無法對其引用。有了contentID之后，需要回到.page文件中對需要的contentID進行引用，1個area只能引用1個contentID，1個contentID可以被多個area引用。任務7-4變頻器監(jiān)控集成完成以上操作至此畫面基本布局已設計好，接下來就應該進行畫面內(nèi)容的開發(fā)，通過不同的控件關聯(lián)變量達到監(jiān)測的效果。在介紹控件之前，需要了解mappView系統(tǒng)人機界面中變量與控制器變量之間的關系，mappView的server如控制和client如顯示屏之間的通信是通過OPCUA實現(xiàn)，每幅頁面中顯示的數(shù)據(jù)需要實時通過OPCUA由server發(fā)送給client，所以變量關聯(lián)是很重要的一步，沒有這一步，就沒有下位程序與上位畫面的數(shù)據(jù)交互。變量關聯(lián)也叫binding也是在.content文件中完成，在控件的屬性窗口中可以找到binding的入口，下一節(jié)中會詳細介紹，通過下拉菜單的方式選擇需要關聯(lián)哪個變量，對于mappView5.13及以上版本，選擇關聯(lián)變量之后，會自動生成一個.binding文件，存放在ConfigurationView的相應文件夾里，用戶不需要自行寫代碼生成該文件。在變量關聯(lián)這一步還有一點需要注意，雖然被關聯(lián)的變量是通過binding的下拉菜單來選擇，但是在此之前需要將這些變量的OPCUA通信功能打開，使能之后，binding的下拉菜單中才可以看到這些變量，從而供選擇。任務7-4變頻器監(jiān)控集成文本控件是人機界面編輯中最常用的控件之一，用于VC4界面中進行文本內(nèi)容的顯示與編輯，在人機界面開發(fā)過程中配合其他控件可以使畫面更加直觀易懂。mappView中的文本控件共有6種類型，如圖所示分別是：標簽、登錄信息、密碼、文本輸入、文本輸出和信息板。這里主要介紹Label（即標簽）的使用，其他文本控件可通過Help查詢具體的使用方法。1）文本控件（Text）任務7-4變頻器監(jiān)控集成Label文本控件的常用配置屬性如下圖所示?？丶D例常用配置參數(shù)配置內(nèi)容描述Appearance通過Appearance外觀參數(shù)的修改，可對文本控件的邊框、前景色、填充樣式、顯示的文本信息、字體排列等參數(shù)進行修改。Font通過Font字體格式設置，可以設置字體加粗、字體樣式、字體大小、傾斜以及添加下劃線。有關文本控件的添加、屬性參數(shù)配置及變量關聯(lián)等操作步驟，請參考實訓工作手冊。任務7-4變頻器監(jiān)控集成2）數(shù)字控件（Numeric）人機界面中除了標簽文本內(nèi)容以外，更重要的是智能配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)數(shù)字化顯示，這能更好地幫助使用者查看重要參數(shù)的當前值變化，以此優(yōu)化人機界面的監(jiān)視功能。mappView中的數(shù)字控件共有10種類型，如圖所示分別是：基本滑塊、操縱手柄、線性儀表、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、進度條、徑向量規(guī)、徑向滑塊、范圍滑塊和XY操縱手柄。這里主要介紹NumericOutput數(shù)字輸出的使用，其他數(shù)字控件可通過Help查詢具體的使用方法。任務7-4變頻器監(jiān)控集成NumericOutput數(shù)字控件的常用配置屬性如下圖所示?？丶D例常用配置屬性配置內(nèi)容描述Appearance通過Appearance外觀參數(shù)的修改，可對數(shù)字控件的背景色、邊框樣式、邊框粗細、顯示數(shù)字的排列、數(shù)字顏色等等外觀設置。Data通過Data綁定需要顯示的變量。Font通過Font字體格式設置，可以設置字體加粗、字體樣式、字體大小、傾斜以及添加下劃線。有關數(shù)字控件的添加、屬性參數(shù)配置及變量關聯(lián)等操作步驟，請參考實訓工作手冊。任務7-4變頻器監(jiān)控集成3）圖像控件（Image）在人機界面開發(fā)過程中靈活運用圖像控件，添加一系列的靜態(tài)產(chǎn)品圖片或相關標志，亦或是動態(tài)圖片、圖案，以此提升人機界面的觀感與質量。mappView中的圖像控件有2中類型，如圖所示分別是單圖像和圖像列表。這里主要介紹ImageList圖像列表的使用，需要注意的是使用ImageList控件前，要將提前準備好的圖片素材添加到Resources資源文件夾下的Media媒體文件夾中。任務7-4變頻器監(jiān)控集成圖像控件圖標及常用配置屬性介紹如圖所示?？丶D例常用配置屬性屬性描述Appearance通過Appearance設置，可修改圖像控件的背景色、邊框、添加圖像的排列等等，其中最主要的參數(shù)是imageList添加需要顯示的圖像列表，格式為“['Media/open.svg','Media/close.svg']”。Data通過Data綁定需要顯示的變量。Layout通過Layout設置，可以修改圖像控制的大小和坐標位置。有關圖像控件的添加、屬性參數(shù)配置及變量關聯(lián)等操作步驟，請參考實訓工作手冊。任務7-4變頻器監(jiān)控集成4）按鈕控件（Button）在講解使用方法之前需要引入Event和Action兩個概念，在mappView中Event和Action是非常重要的兩大塊，它可以幫助我們基于客戶端的邏輯，通過全鼠標選擇配置，擺脫大段復雜代碼的糾纏即可實現(xiàn)強大的交互功能。Event指的是狀態(tài)的改變，這個改變可以綁定一個Action，當定義的狀態(tài)發(fā)生變化時將觸發(fā)Action，Action指的是可以執(zhí)行的動作。Event的對象可以是值的變化、鍵盤動作、單機按鈕、對話框關閉、鼠標松開、手勢、隱藏/顯示等等，Action的執(zhí)行的動作可以是登錄、賦值、切換風格、切換語言、停止播放、打開對話框、跳轉等等。通過一系列Event和Action的組合，快速完成人機界面交換配置，具備極強的可操作性，熟練運用Event和Action可以編輯一個功能強大且操作絢麗的人機界面。任務7-4變頻器監(jiān)控集成按鈕控件在人機界面中主要用于控制開關變量輸出，達到控制智能配電系統(tǒng)中智能設備分合閘的功能。mappView中的按鈕控件共有15種類型，如圖所示，本任務主要介紹Button和NavigationButton按鈕控件，其他類型通過幫助手冊自行學習。Button控件即事件按鈕，用于觸發(fā)定義的某個事件。NavigationButton控件即導航按鈕，用于切換關聯(lián)的頁面，也叫作頁面切換按鈕。任務7-4變頻器監(jiān)控集成按鈕控件圖標及常用配置屬性介紹如圖所示。控件圖例常用配置屬性屬性描述Appearance通過Appearance設置可修改按鈕控件的背景色、邊框樣式、邊框顏色、可以在按鈕上添加圖標或字體等等外觀設置。CommonCommon設置可以編輯添加的按鈕控制名字，類似于聲明了一個ID，在后續(xù)編輯事件時用到。Format通過Format設置，可以設置按鈕控件