使用NI LabVIEW和CompactRIO開發(fā)自動(dòng)化儀表讀取系統(tǒng)

　　The Challenge:

　　由于電網(wǎng)是龐大而復(fù)雜的，使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法很難改進(jìn)現(xiàn)狀，采集精確而充足的數(shù)據(jù)有助于發(fā)射站和用于電力分布式設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)的每日決策。

　　The Solution:

　　開發(fā)高級(jí)自動(dòng)化儀表讀取(AMR)系統(tǒng)幫助設(shè)備從儀表系統(tǒng)采集精確而充足的數(shù)據(jù)，從而提高目前印度電力分布式網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀。

　　Author(s):

　　Jaswinder Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Ravinder Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Abhishek Gaur - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Yashwant Shrimali - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Deepak Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Vaibhav Gupta - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　我們需要AMR系統(tǒng)能夠從遠(yuǎn)程子站的儀表設(shè)備中采集數(shù)據(jù)來，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行長期數(shù)據(jù)管理和每日電源使用分析。此外，系統(tǒng)必須能夠提供自動(dòng)化報(bào)告生成、能量統(tǒng)計(jì)和在地理信息系統(tǒng)(GIS)中圖形化展示電網(wǎng)。另外，我們需要能夠幫助電力公司提供更多服務(wù)的系統(tǒng)。

　　我們的應(yīng)用程序解決以下傳統(tǒng)儀表系統(tǒng)中的重要挑戰(zhàn)：

　　對(duì)于人的依賴

　　大量的操作時(shí)間

　　人為錯(cuò)誤

　　在鄉(xiāng)村子站使用儀表設(shè)備的限制

　　采集到的數(shù)據(jù)不夠精確，無法用于可靠性分析

　　無法進(jìn)行故障通知

　　我們使用NI cRIO-9014嵌入式實(shí)時(shí)控制器和GPRS通信接口開發(fā)了靈活的子站AMR系統(tǒng)，用于從遠(yuǎn)程子站儀表設(shè)備使用NI LabVIEW實(shí)時(shí)模塊采集數(shù)據(jù)。CompactRIO系統(tǒng)為處理數(shù)據(jù)、管理多個(gè)任務(wù)和用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信提供了良好的解決方案。

　　AMR系統(tǒng)用于從安裝在遠(yuǎn)程子站的儀表設(shè)備測(cè)量電氣參數(shù)。我們構(gòu)建了基于GIS的應(yīng)用程序在集中式數(shù)據(jù)中心提供了子站的圖形化視圖。該軟件提供了從遠(yuǎn)程子站更新GIS實(shí)時(shí)參數(shù)的功能。

　　軟件系統(tǒng)分成五個(gè)模塊：

　　從子站儀表設(shè)備采集數(shù)據(jù)

　　在數(shù)據(jù)中心與CompactRIO控制器之間通信

　　GIS模塊

　　子站單通道顯示/網(wǎng)絡(luò)原理模型模塊

　　報(bào)告與分析



 圖1. AMR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　從子站儀表設(shè)備采集數(shù)據(jù)

　　這個(gè)模塊從安裝在子站的輸入和輸出設(shè)備上的儀表設(shè)備網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)。CompactRIO控制器為處理使用Modbus通信協(xié)議從儀表設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)提供了可靠一致的解決方案。CompactRIO能夠處理包括RS232和單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)上的模擬數(shù)字I/O等不同接口，讓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理成為可能。

　　數(shù)字I/O模塊可以用于監(jiān)視斷路器狀態(tài)，并且可以在斷路器狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過SMS和電子郵件發(fā)送到負(fù)責(zé)子站。模塊從儀表設(shè)備讀取以下參數(shù)：

　　電氣

　　溫度檢測(cè)

　　最大需求

　　故障檢測(cè)

　　在數(shù)據(jù)中心和CompactRIO之間的通信

　　NI的GPRS模塊作為通信媒體，允許遠(yuǎn)程子站和數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行通信。來自AMR接口采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS調(diào)制解調(diào)器使用TCP/IP傳送，使用LabVIEW數(shù)據(jù)庫連接工具包寫入數(shù)據(jù)中心的SQL服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。我們使用LabVIEW網(wǎng)頁發(fā)布工具構(gòu)建了定制網(wǎng)站，提供對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的訪問。系統(tǒng)能夠在通信故障時(shí)，將數(shù)據(jù)記錄在CompactRIO控制器的內(nèi)存中，它能夠在通信恢復(fù)的時(shí)候讀取數(shù)據(jù)。

　　GIS

　　GIS用于顯示能源系統(tǒng)資源的位置。集成GIS和AMR的想法是為AMR系統(tǒng)提供圖形化用戶界面，從而讓電網(wǎng)能被可視化，如圖2和圖3所示。

　　GIS包含使用AMR數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新的特殊符號(hào)，從而連續(xù)表示電網(wǎng)的目前狀態(tài)。操作員能夠查看地圖上的目標(biāo)位置，并且進(jìn)行放大和縮小。地圖自動(dòng)按照預(yù)定的縮放比例在等級(jí)之間切換，從而在窗口中顯示操作員熟悉的地圖。



圖2. GIS與子站


圖3. GIS縮小

       子站單行顯示器

　　單行顯示器(SLD)用于將子站、子站總線配置、變壓器和斷路器符號(hào)化。AMR系統(tǒng)在SLD上更新來自遠(yuǎn)程子站的儀表參數(shù)，例如每個(gè)相位電流、電壓、功率和斷路器的電源狀態(tài)(圖4)。詳細(xì)參數(shù)可以在另一個(gè)窗口中查看(圖5)。顯示的數(shù)據(jù)來自數(shù)據(jù)庫，并且由AMR系統(tǒng)進(jìn)行更新。

圖4. 子站單行顯示器


圖5. 子站實(shí)時(shí)參數(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)原理模型

　　這個(gè)應(yīng)用程序包含繪制并記錄物理電網(wǎng)模型(子站、HT接頭、變壓器和LT接頭)的功能，可以根據(jù)變化進(jìn)行更新(圖6)。這個(gè)應(yīng)用程序是AMR系統(tǒng)的擴(kuò)展，能夠圖形化顯示分布式網(wǎng)絡(luò)，并且在子站級(jí)配置網(wǎng)絡(luò)元素。數(shù)據(jù)從分布式變壓器采集，并且使用手持設(shè)備將儀表設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為CSV格式。采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，用于報(bào)告和分析。



圖6. 電網(wǎng)模型

　　報(bào)告與分析

　　從遠(yuǎn)程儀表設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)提供以下信息和報(bào)告：

　　被篡改的或讀數(shù)為零的儀表設(shè)備

　　能量消耗/供應(yīng)級(jí)別，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(LT接頭、變壓器、HT接頭和變電站)在一段時(shí)間內(nèi)的能源消耗

　　每個(gè)接頭的最大需求、電壓、電流、功率消耗/負(fù)載

　　包含峰值需求與基本需求、線路和變壓器/變電站負(fù)載、功率因數(shù)、無功功率需求、多樣因數(shù)和電壓情況的工作情況報(bào)告

　　包含供應(yīng)中斷持續(xù)性的可靠性報(bào)告

　　包含負(fù)載、電壓波形、負(fù)載持續(xù)和功率因數(shù)曲線的圖形化報(bào)告

　　LT/HT接頭、變壓器和變電站的最大需求

　　異常消耗報(bào)告

　　例如能源平衡、高消耗區(qū)域、消耗趨勢(shì)與負(fù)載/電壓曲線等定制報(bào)告

圖8. 能量帳戶報(bào)告

　　結(jié)論

　　我們使用NI硬件和軟件開發(fā)的AMR系統(tǒng)是為電力設(shè)施提供的可靠一致的解決方案。我們能夠使用單一平臺(tái)整合儀表設(shè)備、狀態(tài)監(jiān)視、GPRS通信和例如GIS、數(shù)據(jù)采集、SLD與報(bào)告生成等應(yīng)用軟件。因此，我們避免了整合問題，縮短了開發(fā)時(shí)間。系統(tǒng)幫助電力設(shè)施提高電網(wǎng)狀態(tài)，滿足了印度電力領(lǐng)域未來的挑戰(zhàn)。

　　在本文發(fā)表的時(shí)候，系統(tǒng)已經(jīng)完成子站測(cè)試，我們正在開發(fā)從跨越地理區(qū)域的分布式網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)子站讀取儀表的應(yīng)用程序，并且將更多的高級(jí)功能添加到應(yīng)用程序中。