基于物联网的直流屏监测系统设计

引 言

随着物联网技术的发展，使物体与物体之间可以像人与人之间进行信息交流和互动已成为人们追求的目标，把物联网的这种思想运用到传统的电网中，为物联网技术在电网技术中的应用和发展带来了重要契机。根据现代电网的技术发展趋势，采用基于物联网的直流屏系统监测既解决了现在直流电源系统监测的不足，又符合现代电网技术的发展方向。现有的直流屏监测系统的主要特点是监测信息经由传感器检测，通过数据传输通道上传至数据库，再由集中监测软件将数据在屏幕上集中显示，屏幕可以为液晶屏和触摸屏。整个监测系统最大的缺点是数据如果在传输过程中丢失，数据库也就没有这些数据，它们将无法恢复。物联网技术具有“让物说话”的能力，将物联网技术应用到发电厂直流屏监测，使得单方面监控变成互动式协调，可有效提高监测的准确性和可靠性。譬如， 直流系统的蓄电池组有自己的“思想”，将会开口说话，除将充电参数、运行参数主动提供给集中监控平台外，在监控平台内甚至在蓄电池上嵌入智能评判系统，实时反映电池的运行状态 ；同时电池自身保留状态数据，可实现现场报警，并可在一定范围实现自动保护措施等。

1 基于物联网的直流屏监测硬件系统结构 

根据直流屏系统结构，可以把直流系统分为整流装置、 蓄电池、直流配电和工频逆变四大环节，直流屏的监测实际上 就是这四大环节的监测。其中，整流装置的监测包括交流电源 部分，直流配电监测包括直流母线部分。在整流环节中，需要对整流器的电压、电流、参数等进行监测，从这些状态和参数中判断整流器的运行状态和运行性能。同时，还需要对整流器进行实时调节，以满足对蓄电池充电电压、充电电流以及负载电压和负载电流的要求。在并联运行的整流器之间也需要进行协调，以保证均流特性或运行的最佳效率。这就是说，在整流环节，既需要整流器的状态量向监控系统传输，又需要控制量向整流器传输的双向传输。

蓄电池是整个直流电源系统的关键元件。然而，蓄电池的性能和参数具有易变特点，和其它环节相比，蓄电池既重要又脆弱。所以，要适时对蓄电池的电压、电流、电量、温度等物理量进行监测，将监测数据或监测结果实时传向监控系统。同时，根据监测数据和蓄电池模型，推断蓄电池运行状态， 以便对蓄电池进行科学维护。如果是自动维护，需要向蓄电池维护装置下达指令。

直流配电和工频逆变的监测量也需要向监控系统传输。这样，在信息逻辑结构上，完成了直流电源监控系统与直流电源四个环节间的信息交换。其逻辑结构如图 1 所示。

直流屏监控系统作为发电站信息系统的一部分，需要向 发电站信息系统上传信息，同时需要接受命令，对直流电源系内部进行操作。 

2 基于物联网的直流屏监测硬件系统体系架构 

基于物联网的直流屏监测硬件系统架构如图 2 所示，该 系统采用智能型 RTU（Remote Terminal Unit 远动终端）终端 采集直流屏设备的参数及运行数据，并进行简单的数据处理 与存储。通过现场总线进行数据传输，经总线转换器将数据 通信协议转换成串行协议或工业以太网协议，传输至监控系 统服务器进行数据处理和数据存储。通过显示操作工作站进 行数据与运行状态的显示，并通过其对现场设备进行操作和 对智能型 RTU 终端进行设置。服务器与显示操作工作站采用 以太网连接，并与发电站信息系统通信，实现数据共享。 

智能型 RTU 具有双向数据传输能力，既可实现现场设备 参数及运行数据信息的获取，也可连接现场设备的执行环节， 实现对现场设备的控制。

3 基于物联网的直流屏监测软件架构 

基于物联网的直流屏监测软件是集数据采集、显示、报警、 报表、通信等功能于一体的开放式、网络化、组态化的监测 软件。为了适应当今电力系统使用设备多、纵向横向联系紧密、 扩建组建频繁等特点，软件从分析、设计到具体编程，全部 采用面向对象的方法，融合最新的计算机编程技术，在满足 严格的可靠性、实时性基础上，更在系统的可组态性、可扩 展性、可用性、可维护性等方面实现新的突破，图 3 所示为直 流电源监测软件结构。 

3.1 通信子系统 

通信子系统采用设备驱动（通信口）和协议解释（单元） 分层的设计原则，它们之间有标准的软件接口。通信口负责通 信报文的接收和发送，是单元与外部设备进行信息交换的软件 通道 ；单元一方面负责解释通信口接收的通信报文，更新数 据子系统中与之相关的数据，另一方面负责构造要求通信口发 送的通信报文。也就是说，通信口负责接收和发送怎么实现， 单元负责接收和发送什么内容。

设备驱动和协议解释分层的设计思想，增强了系统的可 组态性和可扩展性，因为它们之间的搭配十分灵活。同时，系 统提供各种常用的通信口功能模块和单元功能模块，用户只要 根据实际的网络连接，建立相应的通信口和单元，即完成了通 信网络设置。

3.2 数据子系统 

数据子系统管理着整个系统所有的应用信息，包括模拟 量、开关量、整定值和各种类型的事件，其主要功能如下： 

（1）对子系统内的数据、操作及各种运行参数实现有效 管理 ；

（2）接受通信子系统对其数据的刷新 ； 

（3）通过“连接接口”为其它子系统和管理器提供数据、 操作信息 ； 

（4）通过数据库管理器，完成数据自动保存，为构建统 计报表提供数据源。 

3.3 显示子系统 

显示子系统由各种图片组成，图片以文件的方式存在于 计算机中，由其他工具软件进行创建和修改。图片分为屏幕主 图、屏幕子图、屏幕弹出式子图、统计报表和工程图纸五种， 以满足不同应用场合下的功能要求。

 图片包含图形元件（图元）的集合，并提供有效的管理。 图元是画面显示的基本元素，可作为背景静态显示，也可有 数据连接、子图、备注功能，实现操作人员与系统交互的人机 接口。

显示子系统同时能嵌入各种可视化人机界面功能模块， 用于完成标准图片所无法完成的特殊的人机交互任务，如通信 状态监测、事件记录查看、历史数据分析等，以增强系统的 扩展能力和应用的灵活性。

4 结 语

基于物联网的直流屏监测系统，运用物联网技术，结合 智能电网的发展，以及发电厂智能控制的需要，采用智能型 RTU 终端采集直流屏设备的参数及运行数据，从而实现直流 屏监测系统对其它系统开放、透明和与协议无关，做到“物与物” 的无障碍交流和互动，实现了基于物联网的直流屏监测。