变电所的自动化

    更新或更换旧的监控和数据采集（SCADA）设备是很有挑战性的。当威斯康星公共服务公司（WPS）决定要更换位于Green Bay附近的工作站的远程遥测系统（RTU）时，许多老牌和新兴的RTU生产商都参与竞标。有些厂家提供的方案投资过高，而另一些厂家的产品性能有局限性。在考虑了各种情况后，WPS选择了一套PC远程自动系统，该系统满足用户所有的要求，并具有进一步扩容的能力，而投资只是传统RTU系统的三分之一。这套系统就是由Opto22提供的。

    计划更换的部件包括在公司变电所和电厂中的能量管理系统（EMS）中的SCADA部分，更换地点共有12处。在其中一个系统中，所处的位置是关键因素，该系统的发电能力为1800兆瓦，共有537000个用户遍布在威斯康星州的东北部和密歇根州北部半岛。WPSEMS是PC机和现场设备网络，用于监视和控制WPS系统的发电、电力输送和分配。所有EMS的SCADA软件都属于该网络系统。PC网络也可用作前端服务器与现场设备联在一起。WPS原来安装的传统RTU把变电所和电厂与EMS联在一起。这些RTU功能有限，只能进行单项的预编程任务，即数据采集和控制。WPS则把PLC用作TRU，就可以完成多项任务。这15个PLC可以进行局部控制，但不能用于编程后与WPS的EMS所使用的Westinghouse Redac 70H协议进行通讯。PLC的设备费用和它们的用户界面也限制PLC在小地方的使用。为了开发变电所和装置级的SCADA，WPS

    开发采用新的方法。

    Opto 22的方案使用了公司的Misitc工业自动系统，这个方案把软件与硬件结合起来用于工业控制中。Opto同时还建议使用Mistic　M4RTU，这是一个开放的可扩展控制处理器，具有随机的智能单点I/O和通讯能力，是专为远程应用而设计的。

    WPS对每个产品都进行用户可编程性、投资效益、易于使用的操作界面和使用几种协议通讯的能力等几方面进行评价，当评估完成后，WPS认为Opto22比其它厂家的方案都好。

    使用Mistic的Cyrano控制软件和Mistic MMI操作界面软件可以满足第一项要求，即用户可编程性的要求。这两个软件都是包括公用数据库的目标编程技术软件包，同时，Mistic MMI还满足了投资效益和方便使用的操作界面两方面的要求。Mistic系统的先进通讯能力支持WPS使用的所有协议，其中包括Redac。

    M4RTU的基本组态有两个内置式串行接口。可是这个接口组态是可扩容的，WPS在上面增加了一个双串行端口卡，用于与其它设备的通讯。在这项应用中，第一个端口是RS－232，用于与PC机或其它的与标准电话线、租用线路和无线电接收设备连接的处理设备进行通讯，这个端口可以让WPS工程师把M4TRU与装置的DCS连接起来。结果，它可以用来控制发电机、主EMS和DCS，通过在每个板上使用屏蔽绞合线，减少了分配I/O端口的配线。

    第二个端口是一个RS－485，它是用于与附加I/O或第三方提供的设备之间的通讯，第三方提供的设备包括现场智能母线设备和分析仪等。在WPS，这种能力被用来连接SCADA与智能电子设备（IED），例如继电器和电表等。第三个端口是专门用于与Mistic MMI中使用的PC机进行通讯，第四个端口通过WPS无线电系统技术与EMS的通讯。

    自动控制功能

    WPS为每个变电所安装一个Mistic系统，该系统与远程I/O连接，位于变电所控制室内的各种设备表盘上。变电所的大小和I/O数均不同，小的变电所只有一个数字和一个模拟点，而大的变电所则有48个模拟点（高密度）和150个数字点，Mistic系统的RS－485端口就是用于通过智能Mistic I/O块来连接I/O点。

    Mistic系统的一个主要优点是它能够提供自动控制功能的能力，即其能用Cyrano控制软件编程和它的智能I/O能力。该设备已经经过事先编程，除了可以进行一般的操作外，还可以提供自动断路器闭合和自动母线分配功能。Mistic智能I/O具有许多独立功能，其中包括PID控制回路、脉冲测量、高速闭锁和峰-谷测量等。全部的光学仪器和电绝缘保护系统不受严重的电干扰的影响。

    Mistic I/O块提供了远程工作的可能，并按系统操作站的要求闭合电路断路器。事实上，Mistic系统由于易于编程，使得它优于WPS现有协议，并在不需要更换EMS主机的情况下加强了变电所的控制系统。Cyrano在许多方面都优于现有协议，与主机的通讯是通过RS－232端口和外部解调器来实现的，解调器通过租用的电话线与系统操作间连接。系统的界面还可以用于928/952MHz多地址无线电系统中。

    WPS还开发了另一项先进的通讯功能，即利用M4RTU中的先进双处理功能。当第二个处理器进行I/O操作和控制变电所过来的信号时，M4RTU的高速32位处理器可以进行EMS与装置DCS之间的通讯，实现EMS和DCS与控制发电机之间的联系。Mistic系统在向用户供货时配备有与Allen Bradley数据高速公路、Modbus的硬件通讯驱动器，在这种情况下，DCS的通讯是Modbus，EMS的通讯是Westinghouse Redac 70H。

    Opto22系统的灵活性也使WPS可以在将来改变EMS通过协议。

    人机界面

    WPS使用Mistic MMI软件为Pulliam 发电站开发了操作界面。这个工厂是Green Bay地区最重要的变电所之一，它包括两条115KV电线、两个138KV电容器组、六条138KV电线和两个母线断路器。

    操作人员现在可以打开多个屏幕控制和监视变电所内所有的重要活动。屏幕包括一个显示断路器状态的变电所单线图和线路流通量、详细的计量表显示、一个母线电压趋势图、报警器、软件控制开关状态和断路器控制开关屏等。

    Mistic MMI　为WPS提供了先进的绘图环境，并包括有3－D图的符号库和标准ISA符号库。使用MMI软件，图形可以连接到I/O端口、控制变量、监视报警状态、去磁盘的逻辑数据和趋势实时信息上。同时，Cyrano控制软件和MMI使用共享的数据库，这样可以消除不必要的互相引用，并提高精度。

    MMI的可靠性是一个必备条件。在PC机上一周7天、一天24小时运行MMI。通常变电所内没有操作人员，只在操作人员进行设备检查和维修时才有人。使用PC机上的触屏，操作人员可以使用MMI来查看所需的数据。从主菜单上，操作人员一般查看变电所的单线图。这是一个显示线路流通量、母线电压和变电所内启动的断路器的图。

    计算机上的设备图模拟所要监视的设备，在设备的状态发生变化时，计算机上的设备会改变颜色或闪烁。图形旁边的动画数字使操作人员易于理解其含义。操作人员可以进入多个画面来监视和控制变电所的状态。计量屏幕上用数字详细的表示出以MW为单位的流通量、MVAR、Mva母线电压和频率。另外，图形仿照了所要模拟的设备。这就使操作人员易于理解，并避免产生误解。例如，当操作人员要闭合一个断路器时，操作人员只要在屏幕上寻找开路断路器即可，一旦找到了所要寻找的目标，操作人员只需触动屏幕上的目标，屏幕上的图像就会变成闭合的断路器。同时，MMI会把这个请求传给M4RTU，M4RTU就会关闭现场的断路器。操作人员会一直看到一个报警窗口，正常情况下，报警窗口是位于屏幕底部的方框，框内有滚动的文字显示，如果出现严重报警，报警框内就会变成红色的背景并且开始闪烁，这就提醒操作人员要进一步查找报警原因。

    MMI总是存储历史数据，因此它可以向EMS提供这些信息。操作人员可以在EMS上使用趋势功能，查看用线图或柱状图表示的历史信息，其中包括了最大和最小值。

    其它应用

    M4RTU和MMI是WPS改变控制策略的一部分，由于这个项目的成功投用，使得WPS很快地把这项新技术应用到其它领域。这其中使用Mistic软件是一个关键因素。在用Mistic原有的安装上建立逻辑块，WPS可以很容易地把软件用于其它的变电所，大大减少了工程时间。在有些时候，工程技术人员只需更改设备名称和一些I/O点。

    Mistic在WPS的单个变电所内的应用和使用该系统的变电所总数都在增加。例如，在变电所中，Mistic用于控制并行负荷抽头变压器，它包括监视电压的变化和每个变电器抽头位置，这样可以维持正常电压并减少LTC的动作。另外，Mistic系统还用于测量供电线的张力。

    另一个有趣的用途是在威斯康星州Marinette附近的Potato Rapids大坝上一个水电坝中，在这里，Mistic用于监视水压头，以保证WPS能够满足政府规定的水位要求。水压头是通过控制发电机的操作来实现的。WPS能够把Mistic产品与大坝上使用的非常老的设备(circa 1920)结合起来，用于生成历史数据，并利用在计算和记录大坝的排出量中。

    WPS还发挥了Mistic的与IED通讯的能力，WPS开发了Mistic新的用途，减少了WPS的投资。Mistic系统将用于读写变电所继电保护器和电表数据。（继电保护器中的故障数据对EMS很有用）。系统可以自动读取故障数据并把这些数据发送到系统操作室。这就可以向WPS提供故障类型，并在系统操作室就可以得到数据，因此可以把线路维修人员直接派到出现故障的地点。

    目前维修人员是通过巡检出现故障的线路来查找故障。这项新应用投用后，可以减少现场巡检时间，并可快速发现问题，使WPS较快地恢复向用户的供电。

    投资回报

    使用Mistic而不是传统的变电所控制设计减少了WPS总设备投资，可以用安装在Green Bay的Pulliam变电所的Mistic系统来说明在投资方面的回报。WPS调查了建设一套新的传统式控制系统的投资，该系统包括控制盘、控制开关、盘上指示灯、报警灯、盘计量表、带状记录仪和重闭继电器。在与Opto22提供的PC系统的投资对比后，WPS认为Mistic减少的投资很有吸引力。在Pulliam变电所，传统设计的设备投资约为Mistic（128个数字输入、32个数字输出和48个模拟输入）的三倍。另外，WPS还发现，与传统的设计相比，Mistic系统的设计还大大减少了人工费。

    另一项重要的费用是Mistic MMI提供的一次合同费，传统的合同协议要求WPS为每个变电所和设施支付费用，另外还需支付从总部到各节点的费用。可是，使用Mistic MMI，WPS只需支付一次费用，并可根据需要用到许多地方而不需理增加投资。这就为WPS节省了许多投资。

    随着WPS开发出越来越多的Mistic系统的应用性能，WPS公司一定会从投资和节省时间两方面得到收益。这也是购买新技术的目的。更重要的是，费用的降低也会给用户带来利益。