一种用于景观式地埋箱变的远程HMI监控系统的制作方法

一种用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统
技术领域
1.本发明涉及电力系统控制技术领域，具体为一种用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统。


背景技术：

2.景观式地埋箱变是将变压器地埋后，在有限的地上空间里将高低压配电设备合理安装，同时兼具广告及展示功能的新型箱式变电站。但由于地上空间的紧凑以及地埋式变压器的操作困难，对于该系列产品的温度、水位、油位等数据监测以及控制也变得越发的重要。
3.常规的景观式地埋变对于上述数据的采集、控制大多依赖于独立的温度控制器、液位控制器等，需要维护人员打开灯箱进行各个模块的单独操作，而这类控制器由于较为集成的电路板和体积问题，操作方式大多繁琐且不够直观，若没有各自的产品说明书，则很难进行设置。且带电操作的人身风险控制也是电气行业发展关注的重点。在电力自动化逐渐普及的今天，有一种集中、人性化且可远程监控的专配于景观式地埋箱变的自动化系统变得更加急切。
4.常规的景观式地埋变对于各项箱变数据的采集、控制大多依赖于独立的控制器，这类控制器集成度较高且体积有限，操作较为繁琐且相互独立，没有专用说明书很难操作，且景观式地埋箱变的操作必须打开广告灯箱或者打开地坑操作，在只有一人进行调试、检查、动作时，较为不方便，同时人工操作带电高低压开关设备的的风险性也越来越被行业内所关注。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，针对以上问题，基于hmi及plc通讯传输技术而实现对景观式地埋箱变进行远程监控的功能，从而提高该箱变监控智能化及箱变操作安全化。
6.本发明提供如下技术方案：一种用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，包括hmi和plc，所述hmi包括rs232通信口，所述plc包括两个rs485通信口，所述hmi的rs232通信口通过232/485转换器与plc其中的一个rs485通信口相连接，所述plc的另一rs485通信口连接有多个电力数显仪表，该电力数显仪表通过rs485总线串联后与plc连接；所述plc通过ai接口连接有温度采集设备，温度采集设备包括地上和地下两部分，地上部分通过安装在柜架上的温度传感器ts1采集温度信号并通过变送器tb1转化为模拟量信号输送至plc的ai1接口，地下部分通过置于变压内的温度传感器ts2采集温度信号并通过变送器tb2将温度信号转换为模拟量信号后接入plc的ai2接口；所述plc通过ai接口连接有地坑水位采集设备，该地坑水位采集设备通过安装于景观变地下部分地坑底部的液位传感器ps1采集液位信号，并由变送器pb1转换为模拟量信号，接入至plc的ai3接口；
所述plc包括do接口，所述plc的do接口输出dc24v电压驱动中间继电器，由中间继电器的辅助接点开断执行操作的ac220v执行电量，启动或者断开线圈或电机来实现其执行输出功能；所述景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，还包括两组水泵和两组风机，两组水泵分别为水泵1和水泵2，两组风机分别为柜顶风机及地坑风机。
7.优选的，所述电力数显仪表是由pm1-pm6组成，将与开关开断状态相对应的开关辅助接点引入数显电力仪表的开关量接口，即可在数显表上查看开关分合闸的数字量，通过电压、电流转换的220/380v或5/1a的电量信号进入数显表的电压、电流接口，可在数显表上查看采集的电压或电流值，同时通过内部电路运算可得出功率、电能、功率因素等电量参数。
8.优选的，所述hmi包括人机监控模块，且hmi人机监控模块主要监控模块有开关、温度和液位三个，三个主要模块各有一个报警指示灯，在各自模块内的任意一项触发报警的条件发生时，主页面及子页面的报警灯都将点亮。主页面还有时间显示系统，“状态清除”为手动清除所有告警状态，“锁定/解锁”为专业操作人员避免其余人员勿操作而使用的功能，解锁时可设置密码输入。
9.优选的，所述进入“开关状态/控制”页面后，为各个开关的单线图页面，每个开关的分合闸状态由数字“1”和“0”显示，“1”代表合闸状态，“0”代表分闸状态，每个开关都有一个报警灯，在各开关的任意一项触发报警的条件发生时，本页面及子页面的报警灯都将点亮。
10.优选的，可以通过“远程合闸”及“远程分闸”进行断路器的远程控制；页面还显示了该开关的相电压、相电流、功率、电能和功率因素，并在页面中显示当前的的故障内容，内容框左侧设有复归按钮，用于清除报警状态，若复归3分钟后故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
11.优选的，所述进入“温度状态/控制”页面后，为各t1中数值为柜内温度探头的测量温度，t2中温度为变压器本体的温度，系统根据温度控制逻辑自动控制柜顶风机及地坑风机的启动与否，同时操作人员可以根据自己对采集温度信息的判断手动的通过页面中“柜顶风机”、“地坑风机”的“on”和“off”按键手动远程开关风机；页面下方显示地上柜体和地坑的报警内容，显示框左侧按钮可以复归报警条件，若复归3分钟后检测超温故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
12.优选的，所述进入“液位状态/控制”页面后，为各l中数值为地坑内积液的水位高度，系统根据液位控制逻辑自动控制两个水泵的启动与否，同时操作人员可以根据自己对采集液位信息的判断手动的通过页面中“水泵1”、“水泵2”的“on”和“off”按键手动远程开关风机；页面下方显示地上地坑积水超限的报警内容，显示框左侧按钮可以复归报警条件，若复归3分钟后检测超温故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
13.优选的，所述该景观式地埋箱变的远程hmi监控系统的逻辑部分可通过plc的编程软件实现。
14.本发明具备以下有益效果：1、该用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，通过串口可以与多个带485串口的电气仪表相连，同时进行电气数据的采集；通过plc与hmi间的通讯实现厂区或是住宅小区内的
远距离监控；通过操作人员在hmi上对景观式地埋箱变的地上地下部分电气参数的监控，远程控制箱变内部开关分合，降低了非必要情况下的开箱带电操作几率。
15.2、该用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，可用于景观式地埋箱变的开关闭合状态、变压器及灯箱内超温、高温告警以及电流、电压、电能质量等电气参数的远程监视，同时根据反馈回来的参数自动或者远程手动对箱变中可控部分进行开关操作，以此达到减少电力人工维护工作量及工作风险、提高配电网监控及排故的及时性，最终以达到提高用电可靠性的目的。
附图说明
16.图1为本发明系统功能结构图；图2为本发明hmi主菜单页面示意图；图3为本发明开关操作子菜单示意图；图4为本发明各开关详细状态页面示意图；图5为本发明温度操作子菜单示意图；图6为本发明液位操作子菜单示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1，一种用于景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，包括hmi和plc，hmi为人机触控界面，plc为可编程逻辑控制器，hmi包括rs232通信口，plc包括两个rs485通信口，hmi的rs232通信口通过232/485转换器与plc其中的一个rs485通信口相连接，plc的另一rs485通信口连接有多个电力数显仪表，该电力数显仪表通过rs485总线串联后与plc连接，电力数显仪表是由pm1-pm6组成，将与开关开断状态相对应的开关辅助接点引入数显电力仪表的开关量接口，即可在数显表上查看开关分合闸的数字量，通过电压、电流转换的220/380v或5/1a的电量信号进入数显表的电压、电流接口，可在数显表上查看采集的电压或电流值，同时通过内部电路运算可得出功率、电能、功率因素等电量参数；plc通过ai接口连接有温度采集设备，温度采集设备包括地上和地下两部分，地上部分通过安装在柜架上的温度传感器ts1采集温度信号并通过变送器tb1转化为模拟量信号输送至plc的ai1接口，地下部分通过置于变压内的温度传感器ts2采集温度信号并通过变送器tb2将温度信号转换为模拟量信号后接入plc的ai2接口；plc通过ai接口连接有地坑水位采集设备，该地坑水位采集设备通过安装于景观变地下部分地坑底部的液位传感器ps1采集液位信号，并由变送器pb1转换为模拟量信号，接入至plc的ai3接口；景观式地埋箱变的远程hmi监控系统，还包括两组水泵和两组风机，两组水泵分别为水泵1和水泵2，两组风机分别为柜顶风机及地坑风机。
19.请参阅图2，hmi包括人机监控模块，且hmi人机监控模块主要监控模块有开关、温
度和液位三个，三个主要模块各有一个报警指示灯，在各自模块内的任意一项触发报警的条件发生时，主页面及子页面的报警灯都将点亮。主页面还有时间显示系统，“状态清除”为手动清除所有告警状态，“锁定/解锁”为专业操作人员避免其余人员勿操作而使用的功能，解锁时可设置密码输入。
20.请参阅图3-4，进入“开关状态/控制”页面后，为各个开关的单线图页面，每个开关的分合闸状态由数字“1”和“0”显示，“1”代表合闸状态，“0”代表分闸状态，每个开关都有一个报警灯，在各开关的任意一项触发报警的条件发生时，本页面及子页面的报警灯都将点亮；可以通过“远程合闸”及“远程分闸”进行断路器的远程控制；页面还显示了该开关的相电压、相电流、功率、电能和功率因素，并在页面中显示当前的的故障内容，内容框左侧设有复归按钮，用于清除报警状态，若复归3分钟后故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
21.请参阅图5，进入“温度状态/控制”页面后，为各t1中数值为柜内温度探头的测量温度，t2中温度为变压器本体的温度，系统根据温度控制逻辑自动控制柜顶风机及地坑风机的启动与否，同时操作人员可以根据自己对采集温度信息的判断手动的通过页面中“柜顶风机”、“地坑风机”的“on”和“off”按键手动远程开关风机；页面下方显示地上柜体和地坑的报警内容，显示框左侧按钮可以复归报警条件，若复归3分钟后检测超温故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
22.请参阅图6，进入“液位状态/控制”页面后，为各l中数值为地坑内积液的水位高度，系统根据液位控制逻辑自动控制两个水泵的启动与否，同时操作人员可以根据自己对采集液位信息的判断手动的通过页面中“水泵1”、“水泵2”的“on”和“off”按键手动远程开关风机；页面下方显示地上地坑积水超限的报警内容，显示框左侧按钮可以复归报警条件，若复归3分钟后检测超温故障情况仍未解决，报警框继续提示报警内容。
23.该景观式地埋箱变的远程hmi监控系统的逻辑部分可通过plc的编程软件实现：一、电量判断逻辑第一是电压判断逻辑，当相电压小于180v（ua/ub/uc≤180v）或者线电压小于300v（uab/ubc/uac≤300v），发出报警（hmi界面黄灯闪烁）或跳闸；当相电压大于180v（ua/ub/uc＞180v）或者线电压大于300v（uab/ubc/uac＞300v），停止报警；第二是电流判断逻辑，过载长延时脱扣电流整定：ir=（0.4~1.0）in，短路短延时脱扣电流整定：isd=（1.5~10）in，短路瞬时脱扣电流整定值：ii=（12~15）in。过载长延时发生时，测量电流ic≥ir时开始延时程序，延时时间为480s,当480s后ic≥ir仍成立，发出报警并跳闸；短路短延时发生时，测量电流ic≥isd（反应时间为0.4s，但对于远程系统来说，考虑到收发距离，应立即反应在监控端），发出告警并跳闸；短路瞬时脱扣发生时，ic≥ii，立即发出警报并跳闸；第三是功率因数判断逻辑，cosφ≤0.9时，发出报警，当补偿至功率因素，cosφ＞0.9时，停止报警；其余电量为计算值只做监测，不做逻辑输出。
24.二、温度判断逻辑第一是地上部分超温，当地上部分温度测量值t1≥45℃，启动风机强制风冷，同时当t1≥80℃时，断开进线主开关，同时发出报警；当温度t1＜45℃时，切断风机回路，停止报警；
第二时地下部分超温，变压器油面温度t2≥60℃度时，启动地坑箱排风机强制风冷并报警，当温度t2≥95℃时，输出分闸信号断开进线开关；当t2＜60℃时，断开风机回路并停止报警。
25.三、地坑液位判断逻辑当地坑内积水液位离地坑底部高度l≥80mm时，启动水泵1，当l≥150mm时，启动水泵1和水泵2；当80＜l＜150mm，关闭水泵2，仅启动水泵1，当l＜80时，关闭所有水泵。
26.plc包括do接口，plc的do接口输出dc24v电压驱动中间继电器，由中间继电器的辅助接点开断执行操作的ac220v执行电量，启动或者断开线圈或电机来实现其执行输出功能；（1）电量逻辑判断后执行该部分功能通过中继继电器的常开点开断断路器的电操机构实现，得到分闸指示时，输出继电器的线圈得到dc24v电压，串联在分励脱扣器的回路的常开点闭合，开关脱扣成功；当开关得到合闸信号，串联与储能回路上的继电器常开点闭合，储能电机动作带动开关合闸；（2）温度逻辑判断后执行该部分功能通过中继继电器的常开点开断风机回路实现；第一是地上部分继电器得到启动风机的逻辑判断后，闭合串联在柜顶风机启动回路上的常开点，风机启动；当温度降至设定温度以下时，常开点断开，柜顶风机停止；当温度超过柜内设定的温度极限值，闭合串联在进线开关分励回路上的继电器常开点闭合，断路器跳闸后，风机持续工作直至降至安全温度；第二是地下部分继电器得到启动风机的逻辑判断后，闭合串联在地坑顶部风机启动回路上的常开点，风机启动；当温度降至设定温度以下时，常开点断开，柜顶风机停止；当变压器超过设定的温度极限值，闭合串联在进线开关分励回路上的继电器常开点闭合，断路器跳闸后，风机持续工作直至降至安全温度；（3）液位逻辑判断后执行得到液位判断输出信号后，继电器动作闭合串联在水泵1启动回路上的常开点，启动水泵1，当地坑内积水到达设定积水最高位置的时候，同时启动水泵2气动回路上串联的继电器常开点，启动2台水泵；当液位降至设定积水最高位置以下，断开水泵2回路上常开点，关闭水泵2，水泵1保持运行，当水位降至水泵启动的最低水位时，断开水泵1回路上的常开点，所有水泵停止运作。
27.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。