高速公路隧道供配电监控系统的研究.doc

高速公路隧道供配电监控系统的研究高速公路隧道供配电监控系统的研究 研究报告 合肥华欣自控成套设备厂技术中心 2007 年 3 月 目录目录 目录- 4 - 第一章 绪论- 6 - 1.1 课题背景及研究意义 - 6 - 1.1.1 课题背景 - 6 - 1.1.2 研究意义 - 6 - 1.2 国内外的发展现状 - 7 - 1.2.1 国外发展现状 - 7 - 1.2.2 国内发展现状.- 7 - 1.2.3 发展趋势.- 8 - 1.3 论文研究内容.- 8 - 第二章 高速公路隧道供配电系统- 9 - 2. 1 隧道供配电系统概述- 9 - 2.2 隧道供配电系统设计原则.- 9 - 2.3 隧道供配电系统设计内容- 10 - 2.3.1 变配电所- 10 - 2.3.2 负荷分级- 10 - 2.3.3 供配电方式- 11 - 2.3.4 配电设计- 11 - 2.3.5 电气设备保护及防雷设施.- 11 - 2.4 试刀山隧道用电设备的分布- 11 - 第三章 高速公路隧道供配电监控硬件系统.- 13 - 3.1 基本概念- 13 - 3.2 试刀山隧道概况- 14 - 3.3 系统监控对象- 15 - 3.4 系统结构- 16 - 3.4.1 系统的网络拓扑- 16 - 3.4.2 集中监控中心（上位机）组网结构- 17 - 3.4.3 PLC 组网结构 - 17 - 3.4.4 监控单元结构- 19 - 3.4.5 监控单元设备的连接- 19 - 第四章 高速公路隧道供配电监控软件系统.- 23 - 4.1 软件系统的主要功能 .- 23 - 4.2 隧道供配电监控通信系统 .- 24 - 4.2.1 PLC 与监控单元的通信 - 24 - 4.2.2 创建通信序列- 25 - 4.2.3 监控单元与上位 PLC 的通信 .- 26 - 4.2.4 PLC 与上位计算机的通信 - 26 - 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题背景及研究意义课题背景及研究意义 1.1.1 课题背景 随着公路建设的飞速发展，我国公路隧道事业已取得长足的进步，目前， 我国公路隧道总数己达 1782 座，总长度 704 公里，分别是改革开放之初的 4. 7 倍和 13. 5 倍，是世界上公路隧道最多的国家，其中长度超过 3000 米的特长 隧道达到 18 处，总长 6. 6 万米。可见，在我国公路建设的现代化进程中，隧 道的发展无论从数量上和质量上都有了较大的发展。 作为高速公路重要组成部分的隧道，既能缩短交通路径，又能简捷通过险 要地段，但是由于它是一个封闭的环境，其运营条件与外界截然不同，与普通 路段环境相比：隧道内外亮度差较大、空气污染严重、侧向净宽较小且高度有 限、没有扩展活动的余地、噪声高等特点，加之车辆的迅速增长，使高速公路 的优越性大大减弱，交通问题显得尤为突出。不仅通行能力、行程速度、交通 安全性能客观上比其他路段差，而且交通事故发生率、交通能耗及对环境的污 染也成倍增加，在此情况下如何保障隧道的运营安全，隧道供配电系统就显得 越发重要了。 高速公路隧道一般情况下都是通过通风、照明、消防及机电设施来保障其 安全运营，但随着隧道建设长度的不断增加，供配电的可靠性就是我们必须考 虑的一个重要问题，而在供配电设计中，供配电自动化的实现是一个牵扯到其 它机电设施正常工作的重要保障。 1.1.2 研究意义 目前我国很多高速公路都配备有高速公路监控系统，实现快速的交通指挥 调度，充分利用道路资源，从而使人、车、路紧密配合，极大的提高了运营效 率，保障了交通安全。而高速公路隧道供配电监控系统往往作为整个高速公路 监控系统的子系统，通过隧道供配电的信息采集系统获取必要信息并进行分析、 判断，以期望对隧道供配电系统进行最有效控制，减少偶发事件的影响，还可 以提高隧道运营的科学管理水平，增强管理部门对突发事件的处理能力，综合 的提高整个隧道运营的经济及社会效益。 1.21.2 国内外的发展现状国内外的发展现状 1.2.1 国外发展现状 国外对隧道的各种机电监控设施的研究起步较早，在隧道监控领域已经有 了较为成熟的技术，一些公司推出了自己的隧道监控系统，这些系统针对隧道 项目所具备的独有特点，提出了不同的解决方案，具有较强的适用性和可靠性。 其中具有代表性的有 TMCS 系统和 SCADA 系统。但是这些系统都是针对隧道内所 有的机电设备进行监控，而且并不包括对隧道变电所各种环境参数的监控。所 以，从严格意义上来说，目前并没有一个只是针对隧道供配电系统所设计的监 控系统。 TMCS 分布式公路隧道监控系统是基于 Lonworks 总线技术所设计的，可以 对单洞双向公路隧道或双洞单向公路隧道内的供配电系统和各种机电设备进行 分布式监控，每一座隧道均可设置独立的集中监控中心。在此基础上，采用光 纤网络，可对隧道群进行集中管理。 SCADA 系统是基于 Profibus 现场总线技术所设计的分布式隧道监控系统， 即隧道数据采集与监视控制系统。它可以对远方的运行设备进行监视和控制， 以实现远程控制、远程测量、远程信号和远程调节等各项功能。 1.2.2 国内发展现状 国内有关高速公路机电工程项目的智能化研发工作起步较晚，目前虽然在 高速公路监控系统和收费系统等方面己具备一定的规模和水平，但由于隧道供 配电监控系统涉及的专业面较广，需要采集的各种现场电力设备和环境的参数 较多，很难进行统一的控制和协调，而且信息传输距离较远，所以有关隧道供 配电监控系统的研发工作仍处于起步阶段。而且国内大多数已经投入使用的隧 道并没有提供隧道供配电监控系统，只是在故障发生后，人工采取相应的干预 措施。已经研制出的隧道供配电监控系统，也只是对动力设备的各种电压、电 流参数进行监控，并没有对隧道变电所的环境参数进行有效的监控，这就不排 除由于环境的原因而导致整个隧道供配电系统出现较大的事故。其主要问题有 以下几点： 不能适应无人值班站的要求和发展：远程控制系统的“四遥” （遥控、遥 信、遥测、遥调）不能进行环境监控，不能解决防盗、防火、防爆、防水等问 题，自动化程度较低，不能对实时检测信号做出快速而准确的反应。 缺乏统一的规划和管理：虽然有关图像监控和电站多媒体技术的研究在 电力行业己有应用，但是这些系统都是自成体系，有些系统虽然在监控中心通 过微机网络技术与其它系统联网，但从远端设备、信息的组成、传输的通道以 及监控中心设备来看，仍然是独立的一套系统。 系统的扩容问题：目前设计的供配电监控系统大多是通过设置在各变电 所的远程终端设备对变电所运行的实时信息进行采集，然后通过信道传输到监 控中心的主站上，其在通用性和可扩展性上存在一定的问题。 1.2.3 发展趋势 在供配电系统中，环境、智能设备和动力设备的参数需要进行实时检测、 管理和自动控制。随着微机技术、网络通讯技术和各种检测技术的发展，供配 电监控系统必定向着无人职守的方向发展，微机远程监控系统将会逐渐代替传 统的监控系统。不仅可以实现系统各种参数的遥控、遥调、遥测和遥信等功能， 还具备较完善的当地功能（屏幕显示、打印报表等）及转发信息功能，装置内 部功能、内存数据功能和事故顺序记录功能等。 1.31.3 论文研究内容论文研究内容 本文结合合芜高速公路试刀山隧道自身特点，对高速公路隧道监控系统的 几个关键技术进行了研究，主要包括： 1、采用最新的微机网络技术、通信技术、传感器技术以及自动控制技术搭 建公路隧道供配电监控系统的整体架构； 2、实时监视监控单元环境和各种电力设备运营情况，及时直观地反映隧道 供配电系统的各项运行信息、环境参数及开关的状态等； 3、搭建系统监控软件框架，在采集数据的基础上建立数据库和各种环境变 量的实时曲线，以便于运行人员能随时查看原始运行数据。能够及时发现报警 信息并采取相应的措施，减少由于意外原因而造成的损失； 4、实现系统的遥测、遥信、遥控，遥调等功能从而达到隧道供配电系统无 人值守的目的； 第二章第二章 高速公路隧道供配电系统高速公路隧道供配电系统 2.2. 1 1 隧道供配电系统概述隧道供配电系统概述 为充分发挥高速公路隧道行车安全、快捷、经济、便利、舒适和低公害的 综合优越性，客观上要求配套完善的交通工程系统。交通工程主要包括：交通 安全设施；道路监视、控制系统；通信系统；照明系统；供配电系统。以上各 大系统都是由先进的科学设备构成的，为使这些设备正常运行，不仅需要设备 本身具有较高的可靠性，而且还需要供配电系统运行可靠。供配电系统不稳定， 将会导致整个交通管理系统失调，甚至使整个系统陷于瘫痪；失去电源供应， 所有设备也就形同虚设，势必造成无可挽回的损失。因此建设适合我国高速公 路隧道特点的供配电系统，是整个高速公路建设运营机制中的一个重要组成部 分。 高速公路隧道内设有通风、消防、照明、监控等设施，为确保隧道安全、 正常运营，要求隧道供配电系统无故障运行以保证高度的安全性。 隧道供配电一般设有二路外电源和一套自备电源，在外电源发生故障的情 况 下，自备柴油发电机组运转发电。为使供配电灵活、提高故障情况下供配电的 可靠性，系统采用分段母线供配电，互为联络。通风、照明、监控、通信设备 及事故用电各自设置单独的回路。如图（1）所示： 通风 照明监控 通信消防 图（1）高速公路隧道供配电系统图 2.22.2 隧道供配电系统设计原则隧道供配电系统设计原则 供配电系统应为整个高速公路隧道系统提供可靠保障，使整个系统达到： 提高行车的安全性，减少交通事故；提高行车速度，减少延误时间的作用。因 此在设计中应遵循以下原则： 1、实用性 系统建设始终贯彻面向应用，注重实效的方针，应以用户需求为导向，结 合先进、合理的管理模式，功能全面，切合实际。 2、先进性与成熟性 微机技术、信息技术的发展日新月异，系统设计采用先进的概念、技术和 方法是客观需要，但先进性不能以降低系统的可靠性为代价，因此又要注意结 构、设备、工具的相对成熟。真正做到不仅能反映当今先进技术，而且还成熟 1外电源2外电源UPS柴油发电机 高速公路隧道供配 电系统 可靠。 3、可靠性与安全性 在前端监控设备出现故障时，软件能最大限度地对其进行监控，并提供必 要的恢复功能，系统为具有不同职责的用户设定相应的权限。 4、扩展性 系统设计不但要考虑当前的实际需要，并且还要考虑将来发展的需要，使 系统具有良好的扩展性。 5、友好性 系统维护应简单、方便，用户界面直观清晰，可满足不同素质的运行操作 人员需求。 2.32.3 隧道供配电系统设计内容隧道供配电系统设计内容 2.3.1 变配电所 根据系统设置需要，考虑变配电所的数量，类型及容量。 （一）变配电所设置 由于高速公路隧道配电所内各种设备常受到来自高速公路上的水溅、尘埃、 酸雾以及汽车废气等的污染、腐蚀，所以常采用室内变配电所。变配电所的建 筑风格要与整体建筑风格协调一致。 （二）变配电所主要设备选型 为使变压器在三相不平衡负荷下得以充分利用，并有利于抑制三次谐波电 流时，选用绕组接线为 D，ynll 的环氧树脂浇注干式变压器，其容量按负荷量 定；10KV 母线受电开关及配电线路开关采用熔断器；10/0.4KV 变压器高压侧开 关，室内变电所采用带熔断器的负荷开关；10/0.4KV 变压器低压侧总开关采用 自动开关。 （三）为保证环境美化，高速公路 10/0.4KV 变配电所多采用高压电缆进线。 2.3.2 负荷分级 电力负荷可分为三级。根据监控系统、通信系统设备对电源稳定性和可靠 性要求高，以及他们在高速公路隧道管理中所起的重要作用，这些系统均按一 级负荷供配电；另外隧道通风照明也应按一级负荷供配电。 2.3.3 供配电方式 对一级负荷供配电应有两路电源，但从以往高速公路隧道项目实施情况看， 高速公路沿线地区对双回路电源供配电较为困难且费用过高，因而多采用从 10KV 及以上变电站引专用架空输电线路给高速公路隧道供配电。即使该 10KV 线路的供配电可靠性极高，但也存在着断电的可能性，因此对一级负荷还应设 自备应急电源柴油发电机组。柴油发电机组的额定输出功率按一级负荷大 小和投人顺序以及应急拖动电机的起动容量等参数决定。 从各互通立交、大桥、主线收费站及服务区的变配电室低压出线柜馈出可 供一般设备所需的 380/220V 电压。所有微机除设有应急发电机组外，还须设不 间断电源 UPS。 2.3.4 配电设计 配电系统应做到供配电可靠、电压质量好，满足生产需要。系统结线简单 并有一定的灵活性，操作安全、检修方便。制定配电系统方案时，应充分考虑 节省基建投资，减少电能损耗，降低运行费用，减少有色金属消耗量，并考虑 到负荷的增长，预留必要的发展余量。 （一）配电方式 高速公路隧道对供配电可靠性要求高，应采用发生故障时，影响范围小、 切换操作方便、维护简单、便于自动控制的放射式配电形式。 （二）配电线路敷设 配电线路采用铠装电缆直埋或聚氯乙烯绝缘电缆穿 PVC 保护管埋设，埋深 大于 0.7m，遇横穿道路时，须在路基处预埋钢管保护。照明线路采用铠装电缆 直埋或聚氯乙烯绝缘电缆穿 PVC 保护管敷设。 2.3.5 电气设备保护及防雷设施 电气设备采用接零保护，PEN 线在设备机箱处作重复接地，接地电阻不大 于 4；建筑物防雷接地电阻不大于 10。 2.42.4 试刀山隧道用电设备的分布试刀山隧道用电设备的分布 结合试刀山隧道的自然条件、交通量、事故状态所需风量以及活塞风能力、 投资等因素考虑，采用纵向式射流通风。通过计算，左、右隧道各需 6 台射流 风机（TAS9-3-1） 。风机均悬挂于隧道拱顶，设于隧道进口段 300 米范围内， 每组 2 台，3 组共 6 台风机纵向间距 100 米。 为了保证隧道照明、防灾监控 I 级负荷供配电的可靠性，由电网引人两路 相互独立的 10KV 电源同时工作，互为备用，在隧道两端分别设一座 250KVA、10/0.4KV 户内成套式变电所，并在芜湖端设一台 200KW 柴油发电机作 为应急电源。 照明灯具采用隧道专用灯具，对称安装在隧道侧墙上。照明控制采用集中 控制，可根据洞外环境亮度的变化自动控制。隧道内设事故应急照明，以保证 突然停电时诱导照明。隧道洞口设道路照明保证驾驶员夜间行车时看清洞外危 险障碍物。 第三章第三章 高速公路高速公路隧道供配电监控硬件系统隧道供配电监控硬件系统 3.13.1 基本概念基本概念 1、遥测 遥测量信息是供配电自动化系统中非常重要的部分。遥测量可分为模拟量、 数字量和脉冲量三大类。 模拟遥测量是指电压、电流和功率等物理量经电量变送器转换为直流模拟 电压。数字遥测量是采用数字表计测得的物理量。而脉冲量则来自脉冲电能表， 它发出的脉冲数与所测的电能成正比。 遥测功能即远程测量，它是将采集到的被监控变电站的主要参数按规约传 送给调度中心。如变电站进出线路的有功功率和无功功率，主变压器中通过的 电流，母线的电压等，这些连续变化的电气参数称为模拟量。一般情况下都将 模拟信号转换为数字信号后再传送。 2、遥信 遥信即远程信号，它是将采集到的各断路器的位置状态、继电保护与自动 装置动作状态和变电站事故跳闸总信号等信息采集并传送给调度中心。这些位 置状态、动作状态和运行状态都只取两种状态值。如开关位置只取“合”或 “分” ，设备状态只取“运行”或“停止” 。因此可以用一位二进制数即码字中 的一个码元来传送一个遥信对象的状态，按国际电工委员会 IEC 标准，以“0” 表示断开状态，以“1”表示闭合状态。 3、遥控 遥控即远程命令，它是从调度中心发出命令去控制远方变电站的断路器， 进行分闸或合闸操作。为了保证系统的高度可靠，通常都采用返送校核法，实 现遥控命令的传送。所谓“返送校核”是指执行端接收到调度中心的命令后， 为了保证接收到的命令能正确地执行，对命令进行校核，并返送给调度中心的 过程。在遥控过程中，调度中心发往执行端的命令有三种，即遥控选择命令、 遥控执行命令和遥控撤销命令。遥控选择命令包括两个命令：一个是选择的对 象，用对象码指定对哪一个对象进行操作；另一个是遥控操作的性质，用操作 性质码指示是合闸还是分闸。遥控执行命令指示执行端按接收到的遥控选择命 令执行指定的开关操作。遥控撤销命令指示执行端撤销已下达的遥控选择命令。 遥控操作分为两步完成，首先由调度中心向现场发送遥控选择命令，指定 遥控的对象（开关号）和遥控操作的性质（合闸或分闸） 。现场在收到遥控选择 命令经校验合格后并不立即执行遥控操作，而是将收到的遥控选择命令返送给 调度端进行校核。返送方式有两种，一种是将收到的遥控选择命令存储后原样 直接返送给调度中心；另一种方式是按遥控选择命令的要求，使指定的遥控对 象继电器和遥控性质继电器动作（此时执行继电器未动，遥控命令不会执行） ， 再将继电器的动作情况编成代码后返送给调度中心。显然后一种方式更为可靠。 调度中心在接收返送遥控信息后，经校核与原来所发的遥控选择命令完全一致， 就发遥控执行命令。执行端只有在收到遥控执行命令后才会执行相应的遥控操 作。遥控命令执行的结果由遥信传送给调度端。调度端也可给执行端下达遥控 撤销命令，撤销原来发布的遥控命令。 4、遥调 遥调即远程调节，它是从调度中心发出命令实现远方调整变电站的运行参 数。遥调和遥控的实现过程相似，都是调度中心先发出选择命令，执行端收到 命令后返校，调度端收到的返校信息正确后，才发出执行命令，执行端收到命 令后执行，否则发出撤销命令。 3.23.2 试刀山隧道概况试刀山隧道概况 试刀山隧道是合肥至芜湖高速公路上最长的双洞四车道隧道，位于巢湖市 夏阁与半汤之间。左线隧道长 1101m，右线隧道长 1130m，总延长为 2231 米 （图（2） ） 。隧道于 1993 年 11 月开工，分别于 1995 年 12 月和 1996 年 6 月建 成。隧道设计采用高速公路山岭重丘区标准： （一）隧道建筑限界：最大限值宽 10.5 米，高 5 米； （二）设计行车速度：80km/h； （三）设计交通量：25000 辆/日； （四）路面设计荷载：汽车超 20 级，挂车120； （五）路面基本照明亮度：5.0cd/m ； 2 （六）卫生标准： 正常交通：CO 允许浓度 150ppm，烟雾允许浓度 0.0075m； 1 交通阻塞：O允许浓度250ppm（15min以内） ，烟雾允许浓度0.0090m 1 为满足通风、照明、供配电、消防等功能要求，在隧道两侧应设置通 风、照明配电洞室、通讯洞室、消火洞室、灭火器洞室等各类洞室，试 刀山隧道各类洞室尺寸见表（1） 表（1） 隧道各类附属洞室尺寸 洞室名称配电洞通讯洞消防栓洞灭火器洞 尺寸（cm） 高宽深 20020085200858510272241027224 图（2）合芜高速试刀山隧道 为了保证隧道供配电的可靠性，由电网引人两路相互独立的电源，同时工 作， 互为备用。为了避免隧道照明因外电瞬时停电带来的交通灾害，设置一套 在线式不间断电源装置，保证事故照明，由于隧道较长，采用两端向洞内供配 电，在隧道两端分别设一座 250KVA，10/0.4KV 户内成套式变电所，并在芜湖端 设有一台 200KW 柴油发电机作为应急电源。 3.33.3 系统监控对象系统监控对象 系统可以检测的设备及其参量如下（其中：AI 为模拟输入信号，DI 为数字 输入信号，DO 为数字输出信号）： 1、蓄电池组 1： 遥测量（AI）：单体电池电压。 2、蓄电池组 2： 遥测量（AI）：单体电池电压。 3、不间断电源 UPS： 遥测量（AI）：输入电压、输出电流等。 遥信量（DI）：相关告警。 4、智能空调 1： 遥测量（AI）：主机工作电压、主机工作电流、送风温度等。 遥控量（DO）：启动和关闭有关设备。 5、智能空调 2： 遥测量（AI）：主机工作电压、主机工作电流、送风温度等。 遥控量（DO）：启动和关闭有关设备。 6、电源： 遥测量（AI）：三相电压/电流。 7、机房环境： 遥测量（AI）：温度、湿度、三相电压/电流。 遥信量（DI）：烟雾、红外探测、积水。 3.43.4 系统结构系统结构 3.4.1 系统的网络拓扑 系统采用先进的 Internet 网络分布式微机技术，多级监控中心自下而上逐 级以星形结构汇接而成，最低监控级与被监控设备相连，实现了分散监控、分 级集中管理的功能。根据实际需求，系统采用两级组网结构，拓扑结构如图 （3）： 图（3）监控系统组网拓扑结构图 通过远程监控中心，工作人员能够及时了解隧道变电所各个设备的实时运 行状况，同时也能够实时侦测各个隧道变电所的故障报警，有利于及时排除故 障，恢复设备的正常使用。 1、集中监控中心的主要功能 （一）监控中心通过与现场各个监控单元联网，能够监控所有的监控单元， 可以 24 小时监控隧道供配电系统各个设备的运行状态。 （二）当有设备出现故障时，能够自动向监控中心报警，监控中心将故障 代码记入数据库并由操作人员进行故障处理。 （三）接到故障报警后，监控中心工程师能够在线监控，对用户机组控制 器的程序进行操作。 2、区域监控中心的主要功能 （一）实时向监控中心传送采集到的数据。 （二）执行集中监控中心下达给监控设备的控制指令。 3.4.2 集中监控中心（上位机）组网结构 监控主机和系统服务器通过交换机连接起来，形成以太网结构，从而实现 服务器与监控主机的数据交换。其网络结构如图（5） 图 （5） 上位机组网结构 3.4.3 PLC 组网结构 PLC 之间、PLC 与微机之间的链接，可有效的提高 PLC 的控制能力，扩大控 制范围，同时也便于对监控单元及采集的各种数据进行有效的管理。 配电自动化通讯网络主要负责现场采集模块和供配电主站之间的数据通讯， 根据供配电自动化的特点，系统采集和传送的主要有以下几类信息：遥测信息、 故障信息、遥信信息、脉冲累计信息、遥控及遥调信息。隧道供配电系统具有 自己的特点：配电设备数目多，设备分布成带状，通讯节点分散。本文采用 PLC 来设计整个隧道供配电监控系统架构，这样设计可以方便的增加或减少监 控单元的数目，在需要的时候，甚至可以将一条公路线上的隧道以及其它设施 的所有供配电设备进行联网，由上位机监控中心统一管理。 下位机采用 Controller Link 网络（控制器网络） ，Controller Link 网络 是由日本 OMRON 公司开发的一种用于实现在 PLC 之间、微机和 PLC 之间以及其 它测控装置之间进行高速数据通信及信息服务的现场控制网络，各子站 PLC 之 间可以采用屏蔽双绞线或光纤进行连接。 由于隧道供配电系统之间的传输距离较远，所以采用光缆连接。通信网络 具有数据链接功能和信息服务功能，通讯速度为 2Mbps，最大传送距离可达 20km。最大节点数为 32 点，现场控制总线 Controller Link 提供的服务有数据 链路 （Data Links） 、信息服务（Message Service） 、远程诊断（RAS） 。 CS1W 双机单元上的以太网单元与上位机通过交换机连接成 Ethernet（以太 网）结构，支持 FINS 协议。使用 FINS 命令可进行 FINS 通信、TCP/IP 和 UDP/IP 的 Socket（接驳）服务。通过以太网，OMRON 的 PLC 可与互联网连接， 实现最为广泛的点间信息的直接交换。 1、系统的基本设置 （一）连接 PLC，给每台 PLC 创建 I/0 表。 （二）设置网络号，在本系统中，设有两个网络，一个是由 2 下位 PLC（其中一台为 CS1D PLC）组成的 Controller Link 网络，另一个是由监控 主机和 CS1D PLC 组成的以太网，Controller Link 网通过 CS1D PLC 跟上位以 太网连接起来。本文把 Controller Link 网视为 1#网络，把以太网视为 2#网络。 （三）单元号设定：在安装有许多 CPU 总线单元的 PLC 网络系统中，单元 号就是每个 CPU 总线单元的唯一标识。当单元号确定后，CIO 区分配给单元的 首地址的计算方法为：CI01500+25n；DM 区分配给单元的首地址“M”的计算 方法为 DM30000+100n； （四）节点号设定：在 FINS 通信服务中，节点号就用来识别网络中的每个 节点。当出现不同节点设置相同的节点后会出现错误。 （五）IP 地址设定：以太网中，IP 地址作为每个节点的唯一标识。从模块 的底部调节 SW1SW8 这 8 个按钮来确定它的 IP 地址。 （六）为每台 PLC 创建本地路由表和远程路由表，在 FINS 通信服务中，必 须创建远程路由表。 （七）通过 FinsGateway 添加远程网络。 （八）创建数据链路表：数据链路允许同一网络的节点间、PLC 之间或者 PLC 与微机之间在预先设置好的数据区域中实现数据共享，并且不需要在 PLC 或微机中执行相应的通讯程序，当数据写入本地节点的发送区域后能自动传送 到其它节点的接收区域中，共享的区域有 CIO 区、LR 区、DM 区和 EM 区。必须 在 FinsGateway 服务启动后，方可进行数据链路表的建立。 2、系统的特点 （一）采用通信网络技术将微机与 PLC 连接为有机结合的 PLC 网络，可以 部分或全部替代传统的基于微机的 RTU（RTU（Remote Terminal Unit）是远程 终端装置，远程监控系统的遥测、遥信、遥控等功能，都需要 RTU 来实现）功 能。 采用 PLC 网络要比单纯由微机直接控制 PLC 要可靠。信息处理、图像显示 功能可以由微机完成，控制执行功能主要由 PLC 来完成，这样微机和 PLC 可以 实现优势互补、分工合作以达到取代或部分取代 RTU 的功能。 （二）采用现场总线和光纤通信技术保证了信息可靠、安全、快速的传输， 建立工作稳定可靠、性价比适中的通信网络是远程监控系统的重要组成部分。 （三）在主控端采集了经通信传输过来的数据信息和状态信息，经过微机 加工处理后，再以声音和图像的形式报告给主控端的工作人员，同时可以直接 接受工作人员的操作命令，传递给现场的工作设备。 （四）通过屏幕显示器、打印输出和报警系统等为值班人员提供完整的实 时运行的状态信息。通过分析，确认系统所处状态，工作人员可根据实际情况 对系统进行某些调整，以保证系统安全、经济、稳定地运行。 3.4.4 监控单元结构 机房温湿度传感器、积水探测器、烟雾探测器、红外双鉴直接接入通用数 据采集模块 BC30M 的相应模/数复用通道中，通用数据采集模块 BC30M 对其进行 数据采集并打包处理。同时，智能空调、智能电源通过单协议转换模块 SPTB， 进行智能协议的转换和数据包的处理，从而完成对智能电源、智能空调等所需 检测的各遥测量、遥信量的提取，SPTB 通过 RS485 总线接入到通用数据采集模 块 BC30M，同时，蓄电池监控模块 BS30M 将采集到的监控数据处理、打包，并 传送至通用数据采集模块 BC30M，通过 BC30M 实现对通信、智能设备接入、下 挂模块的统一管理。并上传至所属区域监控中心 SS 的监控主机。监控原理如图 （6） 3.4.5 监控单元设备的连接 1、监控单元的功能 （一）对被监控对象进行数据采集，并且能接收监控对象的告警数据（包 括实时数据） ，通过接口把这些数据上传到区域监控中心。 （二）通过接口接收区域监控中心下行传送过来的控制命令（包括设置命 令等） ，把这些控制命令发送至受控设备，对其直接进行控制。 （三）周期性的对各个变电所的环境参数与监控设备的监测参数及运行状 态进行采集，并进行处理、存储，及时、主动地向区域监控中心发送状态改变 或告警信息与相应数据。 （四）随时接收并快速响应区域监控中心的各种命令，并指示相应设备操 作。 （五）定时统计、整理各个变电所的监测数据，并定时主动上报给区域监 控 图（6）监控单元原理图 中心。 （六）采集模块采用独到的通道自校准技术，模数复用技术，全接口隔离 技术，状态自检和自恢复技术，保证其高可靠性、稳定性、电磁兼容性和抗干 扰能力。 2、主要的采集模块及传感器、变送器简介 监控单元主要以 5 种采集模块为主，包括BC30M 通用型数据采集模块； BS30M 蓄电池监测模块；SPTB 单协议转换模块；温湿度传感器：烟雾传 感器；积水传感器；双鉴探测器。 （一） BC30M 通用型数据采集模块 BC30M 通用数据采集模块是一个将数字量采集、模拟量采集、数据通信集 成于一体的全功能监控前端设备，适合于监控量较少，但采集种类较多的场合， 是一个低价位、高可靠性、满足复杂、多用途环境监控和数据采集的理想设备。 BC30M 模块可以用于供配电房动力设备、智能空调设备、智能电源设备等 设备的实时监控。它可完成对现场温度、湿度、烟雾、水浸、门禁、玻璃破碎 以及液位、液压等环境安全和状态参量的实时采集，可以和现场的智能设备通 信，并可将数据打包上传至监控指挥中心。对于存在报警的情况，设备可以给 出告警指示（声、光报警） ，并提供联动控制。 （二） BS30M 蓄电池监测模块 BS30M 是一个用于蓄电池组状态监测的数据采集设备。它最多可以采集 25 个单体的电池组单体电压和总电压；具有 8 路模拟量输入接口（可进行如下分 配：4 路标志电池表面温度，2 路充放电电流，2 路备用模拟输入接口） ；具有 2 路开关量输入接口，可用于电池充电电路状态输出开关量的采集或用于电池 房间防盗或烟雾传感器的状态采集。 BS30M 单体电池的最高输入电压可以达到 24V，电池组的个数也可以少于 25 只。其他 8 路模拟量的输入电压幅度为 05V 的电压信号或 020mA 的电流 信号。 所有被采集的数据经过 12 位的 A/D 转换，然后把采集的所有数据打包成标 准的数据包，通过串行口与上位机通信。BS30M 还可以根据上位机的控制指令 完成板上时钟的校准、报警电压门限的设置与存贮。系统还具有一个现场配置 口，可以对系统的各个参数进行现场（或远程方式）配置。 （三） SPTB 单协议转换模块 单协议转换模块（SPTB）：是一个将 RS232，RS485，RS422 集为一体的通 用协议转换和数据通信设备。它适合于连接不同生产厂家生产的具有串行通信 接口的设备。也可以作 RS485（或 RS422）组网的主通信机（前置机） 。 单协议转换模块有两个串行口，一个串行口与智能设备通信，采集数据， 或发送控制命令；另一个串行口与通信机（前置机）通信。他们之间是在 CPU 中进行协议转换。模块通过“RJ45 座”串行口，读取智能设备的有关参数，转 化为监控系统的格式或从以下几个模块（BOOM、BS30M、ES30M）中读取数据， 传入控制中心，完成数据“通信和数据转换” 。该设备完成的主要功能为： 、读取智能设备（包含串行口）的工作参数； 、转换成监控系统的格式； 、返回到中心或通信机； 、作为单独的通信机； （四） 温湿度传感器 温湿度传感器用来测量室内的温湿度。温湿度传感器是将温度和湿度信号 转换为标准的、可测量的电流量或电压量，一般为 4-20mA 电流量。 （五） 烟感探测器 烟感探测器分为：离子型烟感探测器；光电型烟感探测器；红外型烟感探 测器等三种。根据供配电机房的特点，集中监控系统采用离子型烟感探测器。 离子型烟感探测器通过烟雾影响腔体内放射离子的接收，来探测烟雾及浓 度，以达到烟雾报警的目的。离子腔体内的离子发射源发射的离子束遇到烟尘 粒子发生反射，腔体内的离子接收端收到的粒子数量的多少与烟的浓度成正比。 探测器接收到信号后，由相应的转换装置使之变成模拟电信号，编码后通过总 线传输至控制器。 （六） 双鉴探测器 双鉴探测器采用被动红外探测技术和微波探测技术，对探测区内人体的空 间移动进行探测。双鉴探测器分为：吸顶式双鉴探测器、壁挂式双鉴探测器、 幕帘式双鉴探测器等三种。 双鉴即被动红外探测加上微波探测，是为了减少误报警的发生。 微波探测器利用微波的多谱勒效应，即探头主动发射微波，在物体上反射 回来，若物体是静止的，则反射的频率是不变的；若物体是运动的，则反射的 频率会发生变化，探头将接收回来的微波与发射的微波频率作比较，从而作出 正确的判断。微波探器对活动目标最为敏感，在其防护范围内的窗帘飘动、电 扇扇页移动、小动物活动等都可能触发误报警。 红外探测器利用弗尼尔透镜原理，由 CCD 镜头探测红外线辐射而产生告警。 被动红外探测器防护区内能产生不断变化红外辐射的物体如暖气、空调、火炉、 电炉等也可能引起误报警。为克服这两种探测器的误报因素，我们将两种探测 器组合在一起联接成为双鉴探测器。这样一来使探测器条件发生了根本的变化， 既入侵目标必须是移动的，又能不断辐射红外线时才产生报警。 （七） 水浸传感器 水浸传感器也称水浸监控仪，主要由探测器和控制器组成。探测器是可变 电阻元件，为两根水浸感应线。在无浸水情况下，两根线间电阻为无限大；浸 水后，达到低阻的稳定状态。 （八） 交流（直流）电流/电压变送器 交流（直流）电流/电压变送器是一种将被测交流（直流）电流/电压转换 成按线性比例输出的直流电流或电压的变送器。 由于我们需要测量的电量一般都为高电压和大电流（1A10A ） ，如果不对 它们进行隔离并把幅度减小，将对人身安全和设备造成严重威胁，信号输入隔 离一般采用电压互感器（PT）和电流互感器（CT） 。 第四章第四章 高速公路隧道供配电监控软件高速公路隧道供配电监控软件系统系统 4.14.1 软件系统的主要功能软件系统的主要功能 1、实时数据遥测、遥信、遥控及遥调功能 （一）各级监控中心，监视动力设备及环境设备的实时工作状态及运行参 数，对被监控设备进行远程遥控和遥调。 （二）监控参量可实时查看。 2、告警功能 （一）用户可设定监控参量的告警级别（一般、重要、紧急） ，告警上下限、 告警时段以及告警条件。 （二）以最高优先级实时向监控中心上报告警信息，并在浏览窗口立即显 示。在任何界面下，告警参量都会以不同的显示方式指示其告警状态。 （三）告警过滤以及故障点自动定位指示功能。 3、历史数据的过滤、存储、查询功能和统计分析、报表功能 （一）告警信息、值班人员远程操作信息永久保存，以备查阅。 （二）支持外部介质拷贝保存历史信息。 （三）可按任意条件结合查询历史数据。 （四）可查看各种结合条件下的数据统计结果和对比分析结果，并以数据 报表、历史数据趋势曲线图及历史数据采样曲线图方式显示。 （五）根据监控系统需求，可以给出各种报表。 4、系统安全管理功能 （一）具有多级操作管理权限。不同级别的操作员，系统给予不同的操作 权限，操作员登录时需输入相应的工号与密码。 （二）时间引擎保护。当操作人员离开或忘记撤去密码所容许的操作权限 时，系统提供一个可调的时间引擎，自动将操作员的密码失效，使系统继续受 密码保护。 （三）高级别的操作员可查看、修改和删除低级别操作员的备案信息，而 低级别操作员对高级别操作员的备案信息不可见。 （四）对设备的远程控制需严格的操作口令和操作权限。 （五）对系统内任何原有信息的修改、删除等动作均给出确认界面，以避 免误操作。 （六）在人机交互操作中，对任何非法数据，系统将拒绝接收并给出相应 的提示。 5、系统配置及设置功能 （一）系统软件平台化设计，结构灵活多变。各监控中心可根据实际情况 对监控单元、现场设备、数据采集模块以及模块通道进行增减配置，开放性强、 操作简便、易于升级。 （二）被监控单元可配置单元号、IP 地址等。对监控参量可配置其告警门 限，告警级别以及工程和数值上、下限等。对系统配置信息的修改需要最高级 别的操作权限。 （三）各监控参量的实时采样间隔以及数据库的压缩时间间隔可设置。 （四）操作员备案信息（工号、密码、电话、身份）的设置。 4.24.2 隧道供配电监控通信系统隧道供配电监控通信系统 4.2.1 PLC 与监控单元的通信 PLC 与外围设备联机，最简单的自动化联机方式就是串行通信，串行通信 的通信方式有两种，一种是无协议通信，另一种是协议宏通信。无协议通信方 式主要通过传送(TXD)和接收(RXD )指令来读取外围设备的数据，如果 PLC 要读 /写一个外围设备的多个数据，则需要发送多条传送(TXD)和接收(RXD)指令;如 果读/写多个外围设备的多个数据，则需要发送传送(TXD)和接收(RXD)指令的更 多;协议宏通信是由 CX-Protocol 支持工具根据外围设备提供的通信帧格式定 义成通信序列，再由 PLC 的 PMCR 协议宏指令执行相应的通信序列实现与带有 RS-232C 或 RS422/485 端口的各种外围设备读/写数据。 本文采用协议宏通信来实现 PLC 与监控单元数据的交换。