摘 要： 以某醫(yī)院智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的設計為例，提出了一種基于現(xiàn)場總線的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，在分析了該系統(tǒng)的結構及特點的基礎上，給出了系統(tǒng)上位機通信軟件流程圖、從設備通信軟件流程圖以及最后實現(xiàn)的監(jiān)控界面圖。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對配電系統(tǒng)的智能化管理，提高了配電保護的可靠性和管理的效率。
關鍵詞： Moubus協(xié)議；智能配電監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控軟件

　隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對供配電系統(tǒng)的技術要求越來越高。現(xiàn)有的供配電系統(tǒng)設備大都采用斷路器、電壓互感器和繼電器保護裝置為機械節(jié)點結構，系統(tǒng)運行性能差，易誤動作且缺乏智能化的信息管理措施。因此，基于Modbus的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)將會有效提高整個行業(yè)的智能化水平。作為目前全球工業(yè)領域最流行的協(xié)議，Modbus協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-485和以太網(wǎng)設備，廣泛應用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現(xiàn)場智能設備互連通信網(wǎng)絡[1]。國內(nèi)外主要低壓電器制造商從20世紀90年代就開始不斷開發(fā)新一代低壓電器產(chǎn)品，以大幅度提高電氣壽命和運行分斷能力，增強電器產(chǎn)品的運行可靠性，同時具有可通信性能，能實現(xiàn)與現(xiàn)場總線的連接。由這些智能電器元件構成的智能型開關柜與Modbus總線技術及上位機構成的配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有功能強、系統(tǒng)完善、可靠性高、編程簡易、控制簡便及通信協(xié)議開放等特點[2]。
1 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的設計
1.1 項目背景
　合肥市第二人民醫(yī)院是一所集醫(yī)療、教學、科研、預防、康復、急救等多項功能為一體的大型綜合醫(yī)院。該項目共設置3個10 kV變配電所，分別在外科病房大樓地下層（4×10 kVA）、門急診醫(yī)技大樓地下層（10 kVA）和食堂一層（4×800 kVA）；在門急診醫(yī)技樓地下一層戰(zhàn)時急救醫(yī)院內(nèi)設置柴油發(fā)電機房，安裝兩臺200 kVA自備應急柴油發(fā)電組。該工程設置智能配電監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)控管理主機設置在外科病房大樓地下層BA控制室內(nèi)，并兼作變電所值班室。3個變電所內(nèi)所有高低壓進出線回路、母聯(lián)開關及無功補償設備的電能參數(shù)均在控制室內(nèi)實現(xiàn)監(jiān)控顯示，并在控制室內(nèi)對所有回路開關設備進行遠程控制。本文著重介紹該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)。
1.2 系統(tǒng)結構
　本系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡結構，分為現(xiàn)場設備層、通信傳輸層和監(jiān)控管理層3個層次，如圖1所示[3]。
?。?）現(xiàn)場設備層?，F(xiàn)場設備主要由多個智能型高低壓配電柜組成。每個智能型配電柜中均安裝智能框架斷路器、智能塑殼斷路器和網(wǎng)絡儀表等，采用綜合繼電器保護裝置對高壓母線、母聯(lián)及初相回路進行綜合保護和監(jiān)測，并且相關產(chǎn)品都配有RS-485通信端口。系統(tǒng)通過監(jiān)控主機的上位機軟件實現(xiàn)了對各供配電回路的各種電量參數(shù)（如電壓、電流、有功功率等）的監(jiān)測，對各回路的分合狀態(tài)、故障信息報警和配合軟件進行監(jiān)視、控制。在現(xiàn)場設備層通過對各個現(xiàn)場設備進行地址編排，可以清楚地查看各設備的物理地址，方便查詢各個配電線路。整個通信系統(tǒng)采用設備與協(xié)議解析分層的原則，它們之間有標準的模塊接口，這增強了系統(tǒng)的可組態(tài)性和可擴展性。
?。?）通信傳輸層。在整個分布式控制系統(tǒng)中，通信傳輸是監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡，提供了各現(xiàn)場的配電和控制設備與計算機之間的數(shù)據(jù)通信連接。本設計采用Modbus通信協(xié)議，使用RS-232接口實現(xiàn)串行的Modbus。
本系統(tǒng)采用的是遠程終端單元（RTU）通信模式。Modbus的RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結構、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通信采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應請求；Master端也可以直接發(fā)送消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。
使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始，也就是說在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5個字符時間的停頓標定了消息的結束。整個消息幀必須作為一個連續(xù)的流傳輸。如果在一個消息幀完成之前有超過1.5個字符時間的停頓時間，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。
　Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進行校驗，RTU模式采用16 bit CRC校驗。CRC域是2 B、包含一個16 bit的二進制值，它由傳輸設備計算后加入到消息中。接收設備重新計算收到的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。CRC是先調(diào)入一個值是全“1”的16 bit寄存器，然后調(diào)用過程將消息中連續(xù)的8 bit數(shù)據(jù)當前寄存器中的值進行處理。CRC校驗碼添加到消息幀最后，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后，僅對每個消息幀中的8 bit數(shù)據(jù)進行CRC校驗，起始位、停止位以及奇偶校驗位均不進行CRC校驗。
?。?）監(jiān)控管理層。通過計算機和軟件來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、用戶界面、系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)儲存管理、報警提示和故障記錄等功能。為保證通信的可靠性，可加UPS電源一臺，在斷電的情況下，可切換至UPS電源，避免數(shù)據(jù)的丟失。
2 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
　由圖1可以看出，該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要采用一臺基于Windows平臺的計算機作為上位機，監(jiān)控整個配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并可以發(fā)出指令，改變系統(tǒng)運行方式，控制斷路器通斷。智能配電柜中采用具有RS-485通信接口的智能電器元件，經(jīng)轉換器與上位機RS-232接口相連，使用Modbus協(xié)議實現(xiàn)通信功能。