[发明专利]一种特种电源智能化网络监控系统及其通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监控系统及其通信方法,特别是一种针对大功率特种电源的网络化远程监控系统及其通信方法。 

背景技术

在电解、电镀、金属着色、电泳等电化学行业中，都需要多种大功率和超大功率的直流或脉冲电源。其中，高品质特种钢材和铜箔是我国重大装备制造、重大工程建设及国防先进武器等所需的核心关键材料，而生产特种钢材、铜箔的关键装备即为——大功率特种电源。在大型冶炼厂，钢材冶炼、电解电镀的规模很大，一般有多个厂区，每个厂区内有多个车间，而每个车间内有多台大功率特种电源同时运行。如何对多个厂区、多个车间内部的所有特种电源进行集中统一管理，在以上背景下，需要建立一个集中自动化监控网络。传统的自动化监控网络一般使用远动终端（RTU）或PLC作为控制核心组网，可靠性较高，但存在着功能薄弱、成本较高等劣势。

随着工业级计算机计算能力、可靠性、数据采集技术（DAQ）以及网络技术的不断进步，利用以上技术实现对工业现场的所有设备统一集中管理，实现对全厂范围内设备的协调控制，对进一步降低电网损耗、保障供配电系统的安全、保障生产设备的安全可靠运行及提高生产效率具有非常重要的意义。目前，在美国等发达国家，相关智能化监控系统已在变电站及大型企业广泛应用，主要用于实现对生产过程的实时监控、管理、提高生产安全性及生产效率。

如附图1所示，在过去，生产车间使用的整流电源大都是通过远动终端（RTU）或PLC实现数据的集中采集、处理、传输并接收上级调度控制中心下发的遥调、遥控命令。这种方式均为集中组屏，通过控制电缆将现场遥测、遥信、遥调及遥控信号全部引至主控楼的远动机房或控制机房内的遥信端子柜和变送器柜上，站内监视和控制通过常规仪表盘、控制盘等设备来完成，上级调度对厂站的遥调、遥控命令通过点对点远动通信方式直接发给RTU，RTU 经过校核、处理再下发给现场执行机构以达到远方控制要求。可以看出，每台特种电源都需要一台RTU，成本较高且布线复杂。

RTU及PLC都有较高的可靠性，但有如下缺点：运算能力较弱，单台PLC无法实现对多台特种电源进行控制及数据采集，RTU相比PLC运算能力更弱。这样就造成了成本较高，主要体现在设备费用、信号电缆用量、安装费等方面。无法进行高速高频率的录波，若电网出现故障，很难通过波形来分析故障原因等。特种电源为电力电子设备，一般来说，会对电网电能质量方面产生一定的影响，而传统的监控系统没有针对母线电能质量问题进行数据采集。此外，基于PLC或RTU很难开发出友好简便易用的人机界面。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种特种电源智能化网络监控系统及其通信方法，实现多台特种电源的集中监测和远程控制，提高数据传输可靠性、采样精度和采样可靠性，提高通信效率，实现远端中控级和近端现场级控制的互相结合。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种特种电源智能化网络监控系统，包括管理级、中控级、现场级和执行级，所述管理级包括远程服务器、远程主机、远程显示器，所述远程服务器、远程主机、远程显示器均通过以太网与所述中控级的交换机通信，所述交换机与所述中控级的主站计算机通信，所述主站计算机与所述中控级的主站显示器双向连接；所述主站计算机通过CAN总线与所述现场级的CAN卡通信，所述CAN卡与所述现场级的CPCI工控机双向通信，所述CPCI工控机连接现场显示器；所述CPCI工控机通过RS485主网络总线、RS485副网络总线与所述执行级特种电源的控制板双向通信。

所述管理级还包括打印机，所述打印机通过以太网与所述交换机通信。

所述现场级CPCI工控机连接采集卡，所述采集卡通过电压电流变送器与特种电源380V母线连接。

所述CPCI工控机通过RS485通信卡与RS485主网络总线、RS485副网络总线通信。

所述特种电源两块控制板和依次连接的380V交流电源、三相逆变器、单相全桥逆变器、高频耦合变压器、低压全波整流器，所述两个控制板分别控制三相逆变器、单相全桥逆变器。

所述三相逆变器和单相全桥逆变器均为电压型逆变器。

所述控制板采用TMS320LF2812芯片。

特种电源智能化网络监控系统的通信方法包括现场级CPCI工控机通信方法、执行级控制板通信方法、管理级和中控级的以太网通信方法三部分：