變電所的自動(dòng)化 更新或更換舊的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）設(shè)備是很有挑戰(zhàn)性的。當(dāng)威斯康星公共服務(wù)公司（WPS）決定要更換位于Green Bay附近的工作站的遠(yuǎn)程遙測系統(tǒng)（RTU）時(shí)，許多老牌和新興的RTU生產(chǎn)商都參與競標(biāo)。有些廠家提供的方案投資過高，而另一些廠家的產(chǎn)品性能有局限性。在考慮了各種情況后，WPS選擇了一套PC遠(yuǎn)程自動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足用戶所有的要求，并具有進(jìn)一步擴(kuò)容的能力，而投資只是傳統(tǒng)RTU系統(tǒng)的三分之一。這套系統(tǒng)就是由Opto22提供的。 計(jì)劃更換的部件包括在公司變電所和電廠中的能量管理系統(tǒng)（EMS）中的SCADA部分，更換地點(diǎn)共有12處。在其中一個(gè)系統(tǒng)中，所處的位置是關(guān)鍵因素，該系統(tǒng)的發(fā)電能力為1800兆瓦，共有537000個(gè)用戶遍布在威斯康星州的東北部和密歇根州北部半島。WPSEMS是PC機(jī)和現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)視和控制WPS系統(tǒng)的發(fā)電、電力輸送和分配。所有EMS的SCADA軟件都屬于該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PC網(wǎng)絡(luò)也可用作前端服務(wù)器與現(xiàn)場設(shè)備聯(lián)在一起。WPS原來安裝的傳統(tǒng)RTU把變電所和電廠與EMS聯(lián)在一起。這些RTU功能有限，只能進(jìn)行單項(xiàng)的預(yù)編程任務(wù)，即數(shù)據(jù)采集和控制。WPS則把PLC用作TRU，就可以完成多項(xiàng)任務(wù)。這15個(gè)PLC可以進(jìn)行局部控制，但不能用于編程后與WPS的EMS所使用的Westinghouse Redac 70H協(xié)議進(jìn)行通訊。PLC的設(shè)備費(fèi)用和它們的用戶界面也限制PLC在小地方的使用。為了開發(fā)變電所和裝置級(jí)的SCADA，WPS 開發(fā)采用新的方法。 Opto 22的方案使用了公司的Misitc工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)方案把軟件與硬件結(jié)合起來用于工業(yè)控制中。Opto同時(shí)還建議使用Mistic　M4RTU，這是一個(gè)開放的可擴(kuò)展控制處理器，具有隨機(jī)的智能單點(diǎn)I/O和通訊能力，是專為遠(yuǎn)程應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 WPS對(duì)每個(gè)產(chǎn)品都進(jìn)行用戶可編程性、投資效益、易于使用的操作界面和使用幾種協(xié)議通訊的能力等幾方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，當(dāng)評(píng)估完成后，WPS認(rèn)為Opto22比其它廠家的方案都好。 使用Mistic的Cyrano控制軟件和Mistic MMI操作界面軟件可以滿足第一項(xiàng)要求，即用戶可編程性的要求。這兩個(gè)軟件都是包括公用數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)編程技術(shù)軟件包，同時(shí)，Mistic MMI還滿足了投資效益和方便使用的操作界面兩方面的要求。Mistic系統(tǒng)的先進(jìn)通訊能力支持WPS使用的所有協(xié)議，其中包括Redac。 M4RTU的基本組態(tài)有兩個(gè)內(nèi)置式串行接口?？墒沁@個(gè)接口組態(tài)是可擴(kuò)容的，WPS在上面增加了一個(gè)雙串行端口卡，用于與其它設(shè)備的通訊。在這項(xiàng)應(yīng)用中，第一個(gè)端口是RS－232，用于與PC機(jī)或其它的與標(biāo)準(zhǔn)電話線、租用線路和無線電接收設(shè)備連接的處理設(shè)備進(jìn)行通訊，這個(gè)端口可以讓W(xué)PS工程師把M4TRU與裝置的DCS連接起來。結(jié)果，它可以用來控制發(fā)電機(jī)、主EMS和DCS，通過在每個(gè)板上使用屏蔽絞合線，減少了分配I/O端口的配線。 第二個(gè)端口是一個(gè)RS－485，它是用于與附加I/O或第三方提供的設(shè)備之間的通訊，第三方提供的設(shè)備包括現(xiàn)場智能母線設(shè)備和分析儀等。在WPS，這種能力被用來連接SCADA與智能電子設(shè)備（IED），例如繼電器和電表等。第三個(gè)端口是專門用于與Mistic MMI中使用的PC機(jī)進(jìn)行通訊，第四個(gè)端口通過WPS無線電系統(tǒng)技術(shù)與EMS的通訊。 自動(dòng)控制功能 WPS為每個(gè)變電所安裝一個(gè)Mistic系統(tǒng)，該系統(tǒng)與遠(yuǎn)程I/O連接，位于變電所控制室內(nèi)的各種設(shè)備表盤上。變電所的大小和I/O數(shù)均不同，小的變電所只有一個(gè)數(shù)字和一個(gè)模擬點(diǎn)，而大的變電所則有48個(gè)模擬點(diǎn)（高密度）和150個(gè)數(shù)字點(diǎn)，Mistic系統(tǒng)的RS－485端口就是用于通過智能Mistic I/O塊來連接I/O點(diǎn)。 Mistic系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠提供自動(dòng)控制功能的能力，即其能用Cyrano控制軟件編程和它的智能I/O能力。該設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過事先編程，除了可以進(jìn)行一般的操作外，還可以提供自動(dòng)斷路器閉合和自動(dòng)母線分配功能。Mistic智能I/O具有許多獨(dú)立功能，其中包括PID控制回路、脈沖測量、高速閉鎖和峰-谷測量等。全部的光學(xué)儀器和電絕緣保護(hù)系統(tǒng)不受嚴(yán)重的電干擾的影響。 Mistic I/O塊提供了遠(yuǎn)程工作的可能，并按系統(tǒng)操作站的要求閉合電路斷路器。事實(shí)上，Mistic系統(tǒng)由于易于編程，使得它優(yōu)于WPS現(xiàn)有協(xié)議，并在不需要更換EMS主機(jī)的情況下加強(qiáng)了變電所的控制系統(tǒng)。Cyrano在許多方面都優(yōu)于現(xiàn)有協(xié)議，與主機(jī)的通訊是通過RS－232端口和外部解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)的，解調(diào)器通過租用的電話線與系統(tǒng)操作間連接。系統(tǒng)的界面還可以用于928/952MHz多地址無線電系統(tǒng)中。 WPS還開發(fā)了另一項(xiàng)先進(jìn)的通訊功能，即利用M4RTU中的先進(jìn)雙處理功能。當(dāng)?shù)诙€(gè)處理器進(jìn)行I/O操作和控制變電所過來的信號(hào)時(shí)，M4RTU的高速32位處理器可以進(jìn)行EMS與裝置DCS之間的通訊，實(shí)現(xiàn)EMS和DCS與控制發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)系。Mistic系統(tǒng)在向用戶供貨時(shí)配備有與Allen Bradley數(shù)據(jù)高速公路、Modbus的硬件通訊驅(qū)動(dòng)器，在這種情況下，DCS的通訊是Modbus，EMS的通訊是Westinghouse Redac 70H。 Opto22系統(tǒng)的靈活性也使WPS可以在將來改變EMS通過協(xié)議。 人機(jī)界面 WPS使用Mistic MMI軟件為Pulliam 發(fā)電站開發(fā)了操作界面。這個(gè)工廠是Green Bay地區(qū)最重要的變電所之一，它包括兩條115KV電線、兩個(gè)138KV電容器組、六條138KV電線和兩個(gè)母線斷路器。 操作人員現(xiàn)在可以打開多個(gè)屏幕控制和監(jiān)視變電所內(nèi)所有的重要活動(dòng)。屏幕包括一個(gè)顯示斷路器狀態(tài)的變電所單線圖和線路流通量、詳細(xì)的計(jì)量表顯示、一個(gè)母線電壓趨勢圖、報(bào)警器、軟件控制開關(guān)狀態(tài)和斷路器控制開關(guān)屏等。 Mistic MMI　為WPS提供了先進(jìn)的繪圖環(huán)境，并包括有3－D圖的符號(hào)庫和標(biāo)準(zhǔn)ISA符號(hào)庫。使用MMI軟件，圖形可以連接到I/O端口、控制變量、監(jiān)視報(bào)警狀態(tài)、去磁盤的邏輯數(shù)據(jù)和趨勢實(shí)時(shí)信息上。同時(shí)，Cyrano控制軟件和MMI使用共享的數(shù)據(jù)庫，這樣可以消除不必要的互相引用，并提高精度。 MMI的可靠性是一個(gè)必備條件。在PC機(jī)上一周7天、一天24小時(shí)運(yùn)行MMI。通常變電所內(nèi)沒有操作人員，只在操作人員進(jìn)行設(shè)備檢查和維修時(shí)才有人。使用PC機(jī)上的觸屏，操作人員可以使用MMI來查看所需的數(shù)據(jù)。從主菜單上，操作人員一般查看變電所的單線圖。這是一個(gè)顯示線路流通量、母線電壓和變電所內(nèi)啟動(dòng)的斷路器的圖。 計(jì)算機(jī)上的設(shè)備圖模擬所要監(jiān)視的設(shè)備，在設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，計(jì)算機(jī)上的設(shè)備會(huì)改變顏色或閃爍。圖形旁邊的動(dòng)畫數(shù)字使操作人員易于理解其含義。操作人員可以進(jìn)入多個(gè)畫面來監(jiān)視和控制變電所的狀態(tài)。計(jì)量屏幕上用數(shù)字詳細(xì)的表示出以MW為單位的流通量、MVAR、Mva母線電壓和頻率。另外，圖形仿照了所要模擬的設(shè)備。這就使操作人員易于理解，并避免產(chǎn)生誤解。例如，當(dāng)操作人員要閉合一個(gè)斷路器時(shí)，操作人員只要在屏幕上尋找開路斷路器即可，一旦找到了所要尋找的目標(biāo)，操作人員只需觸動(dòng)屏幕上的目標(biāo)，屏幕上的圖像就會(huì)變成閉合的斷路器。同時(shí)，MMI會(huì)把這個(gè)請(qǐng)求傳給M4RTU，M4RTU就會(huì)關(guān)閉現(xiàn)場的斷路器。操作人員會(huì)一直看到一個(gè)報(bào)警窗口，正常情況下，報(bào)警窗口是位于屏幕底部的方框，框內(nèi)有滾動(dòng)的文字顯示，如果出現(xiàn)嚴(yán)重報(bào)警，報(bào)警框內(nèi)就會(huì)變成紅色的背景并且開始閃爍，這就提醒操作人員要進(jìn)一步查找報(bào)警原因。 MMI總是存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，因此它可以向EMS提供這些信息。操作人員可以在EMS上使用趨勢功能，查看用線圖或柱狀圖表示的歷史信息，其中包括了最大和最小值。 其它應(yīng)用 M4RTU和MMI是WPS改變控制策略的一部分，由于這個(gè)項(xiàng)目的成功投用，使得WPS很快地把這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用到其它領(lǐng)域。這其中使用Mistic軟件是一個(gè)關(guān)鍵因素。在用Mistic原有的安裝上建立邏輯塊，WPS可以很容易地把軟件用于其它的變電所，大大減少了工程時(shí)間。在有些時(shí)候，工程技術(shù)人員只需更改設(shè)備名稱和一些I/O點(diǎn)。 Mistic在WPS的單個(gè)變電所內(nèi)的應(yīng)用和使用該系統(tǒng)的變電所總數(shù)都在增加。例如，在變電所中，Mistic用于控制并行負(fù)荷抽頭變壓器，它包括監(jiān)視電壓的變化和每個(gè)變電器抽頭位置，這樣可以維持正常電壓并減少LTC的動(dòng)作。另外，Mistic系統(tǒng)還用于測量供電線的張力。 另一個(gè)有趣的用途是在威斯康星州Marinette附近的Potato Rapids大壩上一個(gè)水電壩中，在這里，Mistic用于監(jiān)視水壓頭，以保證WPS能夠滿足政府規(guī)定的水位要求。水壓頭是通過控制發(fā)電機(jī)的操作來實(shí)現(xiàn)的。WPS能夠把Mistic產(chǎn)品與大壩上使用的非常老的設(shè)備(circa 1920)結(jié)合起來，用于生成歷史數(shù)據(jù)，并利用在計(jì)算和記錄大壩的排出量中。 WPS還發(fā)揮了Mistic的與IED通訊的能力，WPS開發(fā)了Mistic新的用途，減少了WPS的投資。Mistic系統(tǒng)將用于讀寫變電所繼電保護(hù)器和電表數(shù)據(jù)。（繼電保護(hù)器中的故障數(shù)據(jù)對(duì)EMS很有用）。系統(tǒng)可以自動(dòng)讀取故障數(shù)據(jù)并把這些數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)操作室。這就可以向WPS提供故障類型，并在系統(tǒng)操作室就可以得到數(shù)據(jù)，因此可以把線路維修人員直接派到出現(xiàn)故障的地點(diǎn)。 目前維修人員是通過巡檢出現(xiàn)故障的線路來查找故障。這項(xiàng)新應(yīng)用投用后，可以減少現(xiàn)場巡檢時(shí)間，并可快速發(fā)現(xiàn)問題，使WPS較快地恢復(fù)向用戶的供電。 投資回報(bào) 使用Mistic而不是傳統(tǒng)的變電所控制設(shè)計(jì)減少了WPS總設(shè)備投資，可以用安裝在Green Bay的Pulliam變電所的Mistic系統(tǒng)來說明在投資方面的回報(bào)。WPS調(diào)查了建設(shè)一套新的傳統(tǒng)式控制系統(tǒng)的投資，該系統(tǒng)包括控制盤、控制開關(guān)、盤上指示燈、報(bào)警燈、盤計(jì)量表、帶狀記錄儀和重閉繼電器。在與Opto22提供的PC系統(tǒng)的投資對(duì)比后，WPS認(rèn)為Mistic減少的投資很有吸引力。在Pulliam變電所，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)備投資約為Mistic（128個(gè)數(shù)字輸入、32個(gè)數(shù)字輸出和48個(gè)模擬輸入）的三倍。另外，WPS還發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，Mistic系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還大大減少<