变配电所计算机监控系统典型案例

1.变配电所典型计算机监控系统的基本结构

计算机监控系统组成框图如图3-11所示，由微型计算机系统（工业控制机）、检测与变送系统、监控对象等三部分组成。

图3-11 计算机监控系统组成框图

计算机监控系统的硬件指微机本身的各部件、外围设备及总线；软件是指系统程序以及过程控制应用程序。

根据监控对象的不同可以将计算机监控系统细分为变配电所监控系统、电力和照明监控系统、电梯监控系统、空调及通风监控系统、火灾自动报警及联动监控系统、防盗报警监控系统、给排水监控系统及其他监控系统等。下面介绍几种常见的计算机监控系统。

（1）变配电所监控系统 下面以某500kV变配电所监控系统图（见图3-12）为例，说明其特点和它能实现的基本功能。

1）该监控系统的特点：

①系统具有开放性和可扩充性，其技术先进、功能规范、抗干扰能力强。系统采用多级闭锁及软硬件闭锁方式。

②系统采用分层分布式计算机监控系统。系统结构分为站控层和间隔层，将监视、控制与远动作为整体，完成数据的采集、处理，并实时监控、检测、报警、控制、统计计算和运行管理等。在各配电装置内按照电压等级设置了500kV保护小间、220kV保护小间和35kV保护小间等。

图3-12 某500kV变配电所监控系统图

③系统面向对象设置测控单元，完成监控功能。

④通过远动工作站实现与各级调度的通信与远方诊断、控制。

⑤测控装置单元化、模块化，可使计算机监控系统的自诊断功能直达模块级。测控装置的模块可带电插拔，更换很方便。

⑥故障录波装置独立设置。

⑦监控系统采用交流采样技术，提高实时性和可靠性。

⑧利用微机监控系统中的同步和防误闭锁功能，对被控对象完成同步和防误闭锁操作。

⑨微机监控系统与其他装置或设备共用接地网。

⑩微机监控系统、微机保护及自动装置和故障录波装置的时钟统一。

2）监控系统的功能：

①收集主要设备的模拟量信息，并运行监视。这里的模拟量信息主要包括线路或主变压器的各种被测电流、电压、有功、无功、频率等。在设备正常运行（必要）、异常和越限情况下将相关参数经CRT显示出，并启动打印机打印。

②收集主要设备的开关量信息，并运行监视，如断路器、隔离开关的变位处理与监视、断路器的气体压力、油压等的监视；利用系统中实时的开关量状态和图形数据库存入的主系统单元图形，实现CRT画面的监视；在一次设备发生事故时，CRT画面自动推出设备运行故障显示与模拟光字牌平光显示。

③具有操作和防误操作功能。控制方式有：调度中心远方控制，即控制命令通过主控单元自动执行对各种设备的操作控制；变电所内SCDA控制，即运行人员在控制室后台主机上调出相关的设备图，由键盘输入、光标控制或软件自动形成断路器、隔离开关的跳闸、合闸命令，经相关的功能模块和开关量输出控制信号，实现对断路器、隔离开关的跳、合闸操作；后备手控制，即在I/O测控装置上对变电所内的断路器和隔离开关进行一对一控制。

④具有当地信号和中央信号功能。当地信号由各功能模块子系统面板安装的LED数码管或液晶实现；中央信号既可以在系统正常运行时通过CRT屏幕显示也可以在系统事故时启动音响发出报警信号，起动打印机打印记录，存储器存储事故信息和参数。

⑤具有数据处理和参数修改功能。将收集到的并经运算处理后的各种模拟量进行动态计算，实时对各种监视量的越限进行检查和计算，对各种运行参数进行统计分析；对收集到的各种开关量信息、脉冲量信息分别进行开关变位的实时处理，以判断是否发生事故并跳闸，进行脉冲电能表的电能累加计算；通过CRT以对话形式，对上、下限值进行修改或增删，还可以对维护管理项目、名称以及微机的保护整定值等参数进行修改。

⑥具有监控主机与各功能模块子系统和远动中心通信功能。监控主机在通信处理器、网络总线的支持下，向微机保护和其他功能模块子系统发出核对时钟、召唤数据的命令，保护装置和控制处理器分别向监控系统报告保护动作参数、动作时间及执行控制后的结果；同样，通过通信处理器和调制解调器，监控主机并将有关信息传送给调度中心，接收调度端远方操作控制、检测和保护整定值修改的命令。

（2）防盗报警监控系统图3-13所示为一种由多种传感器和探测器组成的安全防盗报警系统，基本功能是侦控和防止在规定区域或规定时段内的非法进入，并根据需要对被监控区域进行实时监视和记录。

输入设备可以是各种结构形式的摄像机、报警按钮、红外探测器、主控键盘等；输出设备包括传声器、扬声器、监视器、各种报警接口、记录设备等；记录的设备可以是录像机、打印机或计算机的存储器等。

系统分为两级报警方式，一级报警点报到安保系统的控制主机，二级报警点报到公安局110接警处。一级报警点可以在各防区分别设置红外微波探测器和报警按钮，经报警输入板AD2096A和RS232接口接到电视监控系统的矩阵主机上，驱动声光报警。二级报警点设在重点防护区，如安保中心、财务室等。

（3）火灾自动报警及联动监控系统 这种监控系统是现代电子技术、传感技术和计算机技术在消防中的综合应用。图3-14所示为火灾自动报警及联动监控系统组成框图，主要由以下四部分组成：

1）火灾参数检测系统：火灾探测器是火灾参数检测系统的重要部件，其灵敏度、可靠性、安全性等都会直接影响系统的整体特性。目前，国内外的火灾探测器主要有感烟式探测器、感温式探测器、感光式探测器、可燃气体探测器和复合型探测器等五大类。其中，感烟式探测器又可分为离子感烟式探测器和光电感烟式探测器两种；感温式探测器可分为定温式、差温式、差定温式三类十个品种，即双金属定温式、热敏电阻定温式、半导体定温式、易熔合金定温式、双金属差温式、热敏电阻差温式、半导体差温式、膜盒差定温式、热敏电阻差定温式和半导体差定温式；感光式探测器可分为紫外线火焰式探测器和红外线探测器两种。

2）火灾信息处理与自动报警系统：火灾报警控制器收到来自各种探测器的电信号后，与控制器内存储的电信号整定值进行比较，判断是否发生火灾。一旦确认发生火灾，控制器即发出声光报警信号，现场发出火灾报警，指示疏散路线，同时显示火灾区域或楼层编码，并打印报警时间、地址等参数。另外，现场人员也可通过安装在现场的报警按钮和消防电话直接向消防中心报警。

3）消防设备联动控制系统：联动控制器通过通信接口与火灾报警控制器相连接。联动控制器接收来自火灾报警控制器的控制信号，执行自动灭火等一系

图3-13 安全防盗报警监控系统

图3-14 火灾自动报警及联动监控系统组成框图

列程序。如起动喷淋泵进行灭火；起动正压送风机、排烟风机，保证现场人员安全避难；将电梯降至底层，放下防火卷帘门，关闭防火阀，限制火灾蔓延。另外，现场人员也可以通过安装在现场的手动开关直接起动喷淋泵，及时灭火。

4）计算机管理系统：管理和协调整个消防系统。

2.计算机监控系统电气设备安装的技术要点

1）机房设备安装：机房设备主要包括主机、外围设备、电源装置、监控屏、通信设备等。机房设备安装方法的相关内容在中级工分册已做介绍。

2）电缆敷设：一般情况下可用0.5mm²、1.0mm²、1.5mm²普通铜芯绝缘导线或控制电缆，可能受到电磁干扰的信号线应用屏蔽线或同轴电缆。

3）数据收集站安装：它应安装在具有监控单元的现场，其安装方法及要求同配电箱。

4）检测元件安装：它应安装在现场，并用相应的变送器变成标准信号输入数据收集站。标准信号由系统设备设定，常用的有0～20mA、0～100mA、4～20mA几种。所有变送器的输出信号应与系统的一致。

5）信号传输：数据收集站将输入的标准信号变成数字信号，为减少干扰可采用低频传输。通常采用两芯双绞屏蔽线穿管敷设，也可采用防火信号电缆在竖井内或线槽内敷设。变送器输出的信号及数据收集的信号必须经单体模拟试验合格后方能经接口引入主机。

3.计算机监控系统的调试要点

不同控制对象的计算机监控系统，具体的调试方法不尽相同，这里仅以工业过程控制的计算机监控系统的调试为例说明其调试要点。

计算机监控系统检查与调试项目有：一般性检查、电源装置的调试、中央处理装置的调试、辅助存储装置的调试、输入输出设备的检查、过程输入输出设备的检查、数据传送装置的调试、稳定性检查及抗干扰试验、软件调试、信息传送联动试验和计算机控制系统整体试运行。

（1）中央处理装置的调试(https://www.xing528.com)

1）电源的检查：拆下滤波器和浪涌吸收装置，测得的绝缘电阻值应不小于5MΩ；电源电压、频率应正确，风扇运转应正常；带负载后测量直流输出电压应正常。

2）时钟的检查：测试时钟的周期和脉宽误差应小于±2%，用程序检查计时器的启动、复位、报警等功能均正常。

3）操作显示装置检查：装置内及操作控制板上的各种开关、按键、指示、显示装置等均动作可靠、工作正常。

4）运算控制程序的检查：用指令测试程序对所有指令进行检查，确认运算单元的各功能及输入输出通道等工作状态均正常，且连续运行24h应无故障；测试制造厂提供的测试程序无误；用外部模拟信号检查装置的特殊功能、可靠性及可维修性符合规定。

5）主存储器的检查：用主存储器测试程序对主存储器进行全地址的读写测试、最高级测试、母线测试和最后连续测试，连续测试24h应不出差错；对存储器进行最坏布局代码模式的测试程序检查应通过；测试软盘系统功能正常；通过磁心存储器的自我检查；奇偶校验的检出功能应正常；对固定存储器可采用反复读和结果比较方式予以检查，并应通过；用测试程序检查存储器的管理功能应正常。

6）自动中断的检查：用检查程序检查所有类型的中断情况，确认其响应时间、顺序及优先处理级别正确，确认存储器屏蔽功能正常。

7）反复投入与切除电源，确认电源操作正常。发生停电导致直流电压降低时，主机应发出中断信号，装置的指定寄存器实行正确避退，而后停机；电源恢复后执行自动再启动功能。

8）用浮点运算器测试程序，确认浮点运算器功能正常。

9）用相应测试程序确认双机自动切换功能正常。

（2）辅助存储装置的调试

1）辅助存储装置（如磁鼓、磁盘及磁带等）的信息保护功能和故障报警功能应正常。

2）用测试检查程序对全部存储器地址进行反复读写检查，连续24h应无误，测试时应使用中断。

3）辅助存储装置应能正常启动和停止，运转时无异常现象。

4）用测试检查程序确认出错检查功能执行正常。

5）辅助存储装置其他功能的检查应符合使用说明要求。

（3）输入输出设备的检查

1）所有开关、按键应动作灵活；指示灯、显示装置、出错和报警等均工作正常。

2）设备内各机械传动部分运转正常，无异常声响和超温现象。

3）用测试检查程序反复对键盘各功能键进行检查操作，应无差错。

4）打印字迹清晰，色带、走纸正常。

5）屏幕显示装置（CRT）测试：图示画面尺寸、垂直和水平线性、亮度、对比度、色度、聚焦性能以及图像显示的稳定性等均符合国家质量标准。

（4）过程输入输出设备的检查

1）主要测定点的波形，应与设计或产品说明书中的要求相符。

2）利用测试程序对所有模拟量的输入、输出模件逐个寻址和精度测量。对模拟量输入的检查，可在其输入端加入满量的0%、5%、25%、50%、75%、100%，根据CPU打印出的数据作精度判断，应符合要求；对模拟量输出端的检查，可在CPU面板上或系统打字机上设定数据，在输出端测定模拟量的输出值，判断其精度是否符合设计要求。另外，还应检查模件的零漂、响应时间和抗共模干扰等。

3）利用测试程序对所有的数字量输入、输出模件逐个地址作扫描检查，确认其寻址功能正常。检查模件的频率、电压和脉冲宽度均符合要求。

4）测试使用的信号源及检测仪表的精度应符合量值传递及计量标准的要求。

（5）数据传送装置的调试 所谓数据传送装置调试，具体是指计算机之间、计算机与过程控制装置之间的数据信息传送装置的调试。

1）装置的显示、报警、操作及出错显示功能均正常。

2）使用测试程序检查各项信息传输其功能应正常。如确认传输过程中，优先顺序判别功能和出错重送功能应正常；传送代码检查应正常；使用测试程序检查控制子符功能，在传送过程中对规定的全部子符进行操作，其功能应正常。

3）定时监视和信息传送稳定性检查应正常。如检查振荡器的频率应正常；检查传送过程中各监视时间符合标准；检查在单位长度内数据传送时的有效信号衰减不超过规定值。

4）联机调试应正常。进行联机通道测试时，应无干扰和信息丢失现象。近联机调试时，利用测试程序检查信息传送两侧的显示内容应一致；远联机调试时，调整联机等待时间，使测试程序检查传送通道工作，确认传送正常。

（6）稳定性检查

1）拉偏检查边界条件：直流电压允许拉偏±5%，交流电压允许拉偏±10%；电源频率拉偏-2～1Hz；在设备规定的工作环境温度范围内进行上下限的温度拉偏。

2）单体设备拉偏试验：在各种拉偏检查过程中，应用测试检查程序对单体设备进行检查，故障停机次数应小于三次，也可按比例对同类型设备进行抽检。

3）设备综合拉偏试验：分别切断各设备电源，不影响其他设备的正常工作；模拟故障中断，各相应显示报警功能能正常发出信号及作出相应处理；在设备说明书规定的允许波动范围内，分别拉偏电压、频率和温度等参数，系统应运行正常；在规定范围内，用木锤敲击设备外壳或面板，设备及元器件固定部位无松动，配线无松脱现象，且系统运行正常。

4）系统连续运转稳定性试验：正常供电及环境条件下，通入特定的综合试验程序，试验时间不少于7天，通入正常软件运行不少于15天；CPU故障平均间隔时间不小于10000h，外围设备故障平均间隔时间不小于5000h，有效使用率大于99.95%，现场调试时只作短期考核；如在考核期间出现故障，允许作局部修改或更换，但再试次数不得超过三次。

（7）软件调试 计算机监控系统的软件系统是在硬件电路的支持下，为完成各种功能而设计和编制的。其上位系统计算机除了应有各种语言的汇编或解释程序、检查和监控程序、磁盘操作系统软件及常用标准子程序以外，还应有按各种功能要求编制的用户程序（如专家软件）；其下位系统计算机则是按功能要求自己编制用户程序。图3-15所示为计算机监控系统主程序框图。下面分别介绍其工作过程和软件调试的基本知识。

图3-15 计算机监控系统主程序框图

1）主程序工作过程：系统启动后首先进行初始化，执行自检程序，采集开关量数据供CRT显示用。变配电所正常运行时，主程序循环进行数据的采集、送显示缓冲区、越限判断、无功功率自动补偿、电压自动调节、CRT自动显示等。若越限则进行报警并及时处理。如果定时打印时间到，则进行自动打印，有键命令执行键命令。自检时间到则进行自检。在程序执行的过程中若有中断请求，则进行中断处理，完毕后仍自动返回断点，继续执行主程序。

2）软件调试基本要求：计算机系统具有为调试、运行和生产运行控制管理所使用的程序；软件应有框图、程序文本和目的地址等；软件资料应有专人负责管理；软件调试人员必须熟悉程序清单和说明书，掌握正确的操作方法和步骤。

3）基本软件调试：建立基本系统，反复读入基本系统三次以上，打印显示应正确无误；建立空闲区和工作文件区；读入其他系统程序；组成所需的用户系统，确定存储区的终地址，进行设备登记和磁盘单元登记，连接扩充模，给用户分配设备等；编制磁盘目录，将系统程序、用户文件等分别存盘；最后用命令测试，确认程序运行正常。

4）应用软件调试：根据设计要求和工艺要求确定软件任务，画出系统功能和操作运行控制框图，编制应用程序；程序输入和修改；读入原始数据管理程序，并显示打印；对数据收集程序进行通道测试和信号模拟测试，并打印数据测试清单；反复计算、设定计算程序，其应无误并运行正常。

5）软件调试注意事项：基本软件一般情况下不作修改；应用软件的修改应在离线时进行；在线运行的所有软件除故障处理外，一般不进行修改；所有存档软件文本应复制使用；控制程序输入到只读存储器中经考核运行后按制造厂的规定进行固化处理。

（8）信息传送联动试验 信息传送联动试验主要包括常规检查、静态接口试验以及动态接口试验三种。

1）常规检查：接口装置的常规检查包括接口的规格、型号、数量、连接等，均应符合设计规定；信号线的常规检查包括信号线或电缆的规格、型号、连接、标号、绝缘等，均应符合设计规定。

2）静态接口试验：本试验只检查确认信息传送到继电器和电磁开关的动作情况，使用测试程序检测信息传送的正确性。

3）动态接口试验：指接口带上各路驱动装置或继电装置后的无负载试验。试验时可以利用I/O装置进行运算控制设定和操作设定，也可以利用测试程序进行运算控制设定和操作设定联机试验。

（9）计算机控制系统整体试运行 上述调试、试验均符合设计或规定要求后，便可以作整体试运转，考核系统功能和监控精度等指标。整体试运行应连续无故障运行24h。保留各次的试验记录和资料。