稳态强磁场高稳定度电源实时监控系统设计_傅文修.pdf
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1、针对稳态强磁场 28 MW 高稳定度电源系统的监控需求,基于 LabVIEW 开发环境设计了一套电源实时监控系统。监控系统使用 NI OPC、LabSQL、MySQL 数据库、VISA 函数等技术,模块化地实现了电源系统设备信息的实时显示与记录、关键数据的动态存储调用、遥控命令的远程发送等功能。经实际测试,基于LabVIEW 的监控系统可以满足28 MW 高稳定度电源系统监控的需求,并为下一代42 MW 电源系统预留了开发扩展界面,对水冷磁体电源系统的安全稳定运行和维护升级扩展具有重要意义。关键词:强磁场;电源;LabVIEW;监控系统中图分类号:TP277文献标识码:A文章编号:100218
2、41(2023)02005906Design of eal-time Monitoring Systemfor High Stability Power Supply in Steady High Magnetic FieldFU Wen-xiu1,2,3,WANG Can2,3,XU Yan-hong2,3,CHEN Wen-ge2,3(1Institute of Physical Science and Information Technology,Anhui University,Hefei 230601,China;2High Magnetic Field Laboratory,Hef
3、ei Institutes of Physical Science,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China;3Key Laboratory of Anhui Province for High Field Magnetic,Hefei 230031,China)Abstract:In order to meet the requirements of 28MW high stability power supply in steady high magnetic field for superviso-ry control,a real-t
4、ime monitoring system for power was designed based on LabVIEWThe monitoring system used NI OPC,LabS-QL,MySQL,VISA function and other technologies,which realized the functions with modular method,including real-time displayand power equipment information record,dynamic storage and call of key data,re
5、mote control and other functionsThe actual testproves that the monitoring requirements for 28 MW high stability power supply system have been met and the development andexpansion interface is reserved for the next generation 42 MW power supply system,which is of great significance for safe and sta-b
6、le running,maintenance,upgrade and expansion of power supply system for water-cooled magnetKeywords:high-magnetic field;power supply;LabVIEW;monitoring system0引言稳态强磁场实验装置是国家重大科学工程之一,是我国自主研制的国内唯一能提供稳态强磁场实验条件的重大科技基础设施,其包含水冷磁体系统、超导磁体系统、混合磁体系统等1。水冷磁体产生的磁场强度与其消耗电功率的平方成正比。28 MW 高稳定度电源系统是水冷磁体系统重要的组成部分之一,其由
7、晶闸管相控整流构成,运行时会产生无功冲击并伴有谐波污染,无功与谐波会增大系统能量损耗,影响到系统中其他设备的正常工作,甚至可能产生安全隐患。电源监控系统可以直观地对系统中的模拟量和开关量进行监控,并远程遥控设备,方便系统维护人员及时发现故障和查询运行数据。因此,为了保证电源系统安全稳定运行,电源实时监控系统的设计是十分必要的。原有监控系统是 早 期 水 冷 磁 体 建 设 时 基 于WinCC 设计的,已投入使用多年2。多年来,水冷磁体系统不断改进升级,其电源系统也经过多次升级,旧监控系统因可扩展性差34,缺少一些新的重要功能,且不能进行关键数据的高速采集,不能与下一代高功率水冷磁体 42 M
8、W 电源系统对接。本文针对稳态强磁场高稳定度电源设计了一套新的电源实时监控系统,下位机通过 S7300 PLC 和开关柜综保装置实现遥控、遥测、遥信功能;上位机基于 LabVIEW 设计了 28 MW 电源监控系统。监控系统操作方便,界面简洁,可维护性可扩展性强,数据接收速度快,能够模块化的实时显示电源系统重要参数和运60Instrument Technique and SensorFeb2023行状态,并远程遥控现场设备。同时使用了 MySQL 数据库,满足海量数据的存储和查询功能。该系统完善了原有监控系统的不足,提升了水冷磁体电源系统整体性能和运行能力,为未来升级投入的 42 MW 电源预
9、留了监控系统的扩展开发空间5,具有一定价值。1需求分析现今的 28 MW 电源系统由 2 组独立电源组成,每组电源可独立输出 700 V 电压、20 kA 电流,并联运行最高可输出 40 kA 电流。电源系统需要监控的对象主要包括整流电源系统和 10 kV 开关柜 2 部分。PLC 作为电源系统的主控制器起到保护和控制作用,开关柜可提供 10 kV 设备的测控和保护,同时执行电源的故障分断保护。因此监控系统需满足以下功能需求:(1)与 PLC 通信,实时获取 2 组电源的运行参数、模拟量和开关量故障信息,并全部显示在监控界面中,同时能够对 PLC 进行远程复位等写入操作。(2)与 10 kV
10、开关柜通信,实时获取开关柜的运行参数,并实现对开关柜的远程分闸合闸写入操作。(3)对电源重要运行参数进行快速采集和记录,方便维护人员进行历史数据的调取查看。(4)方便观察所有模拟量数据的实时波形图、故障信息的时间记录表。(5)24 h 不间断稳定运行,需有效管理存储的海量数据,动态存储和删除数据,防止占用过多资源。(6)监控界面直观简洁,易于及时发现故障和观测运行参数,易于远程控制设备。2系统的组成和通信根据监控需求,模块化设计了监控系统,系统整体结构框图如图1 所示。下位机包括对电源和对开关柜的数据采集 2 部分;上位机使用 LabVIEW 编组监控界面,并使用 MySQL 数据库实现数据的
11、保存读取。图 1监控系统整体结构框图21系统的组成211电源数据采集每组电源由 8 台柜体组成:4 台整流电感柜、1 台滤波电容柜、1 台有源滤波柜、1 台 DCCT 柜、1 台控制保护柜。因为故障波形分析对比需要,每组电源的直流输出电流、输出电压、每台整流柜的输出电流信息非常重要,由 AD7689(16 位)采集并将数据送入 PLC,交流电压由 DSP2812 采集送入 PLC。212开关柜数据采集电源系统共计 6 台 10 kV 开关柜,0 号开关柜(CB0)为 10 kV 母线进线开关,CB1、CB2 是 10 kV 母线接入电源开关,CB3 CB5 是无功补偿 PFC 开关。开关柜的数
12、据由综保测控装置(PSC691、PST693)进行采集,每台保护装置均支持 10 路独立开关量输出,并支持控制出口接点监视反馈2,对每个开关柜的电压、电流、频率、有功、无功、功率因数进行采集。213电源遥控操作远程遥控设备,具体包括分合 10 kV 真空断路器、分合油泵、PLC 远程复位、控制系统本/远控切换等。22系统的通信221电源电源的数据全部由 PLC 中转传送,S7300 PLC采用 TCP 方式与 PC 端进行网口连接,再通过 NI OPC服务器将数据传输到 LabVIEW 进行显示8。222开关柜开关柜的数据由综保测控装置进行采集,数据统一遵 循 103 规 约 通 过 网 口
13、传 送 到 规 约 转 换 器(PSX643)中,再由规约转换器转换成 CDT 规约格式数据,通过串口(S232)连接到 PC 端6。LabVIEW使用 VISA 函数对串口进行配置,实现读取发送功能。CDT 规约报文格式如图 2 所示。图 2CDT 规约报文格式CDT 规约每帧的顺序按照同步字、控制字、信息字进行排列,同步字为 EBEB90EB90EB90(H)的信息,则认为其是 CDT 规约信息。控制字包含 6 个字节,结构如图 3 所示。图 3控制字组成结构如图 3 所示,控制字的帧类别需根据实际需要查找帧类别定义图表,因为 CDT 规约是严格以帧为单位向外发送,不同类别的帧重要程度不同
14、,循环上送时间不同。此外,为防止在数据传输过程中受到线路噪声干扰导致信息错误,控制字和信息字的结尾都有 1位校验码,校验码采用 CC 校验,使用位与位的异或第 2 期傅文修等:稳态强磁场高稳定度电源实时监控系统设计61运算和模二加法计算得出。223数据库监控系统需对一些重要的模拟量数据采集后进行存储查询,而存储或查询过程中会占用系统大量资源。MySQL 数据库具有接口丰富,运行速度快,拥有优化的SQL 查询算法等优点,所以本系统采用 ODBC 链接方式使 LabVIEW 通过第三方 LabSQL 工具包遵循 SQL 查询语言访问 MySQL 数据库,从而方便管理数据78。3系统软件设计31数据
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