變電站用水監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)VIP

1、QC 成果報告書變電站用水量系統(tǒng)的研發(fā)小組名稱： 樂清市供電公司變電運檢中心 QC 小組：2015 年 12 月1目錄一、小組簡介1二、選擇課題4三、設定目標5四、提出方案并確定最佳方案5五、制定對策12六、對策實施13七、確認效果17八、標準化17九、總結體會及今后打算172背景簡介：浙江樂清市供電公司變電運檢中心變電運維班主要負責公司所轄的 16座 110 千伏變電站、9 座 35 千伏變電站和 3 座 20 千伏聯(lián)絡變電站的日常巡視維護工作。隨著和的發(fā)展，預計 2016 年將有 3 座 110 千伏變電站，隨著所管轄的變電站數(shù)量增多，變電站用水管理難度逐年加大。專業(yè)名詞解釋：DTU是專門

2、用于將串口數(shù)據轉換為 IP 數(shù)據或將 IP 數(shù)據轉換為串口數(shù)據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。DTU 廣泛應用于氣象、水文水利、地質等行業(yè)。一、QC 小組簡介表 1小組簡介表3小組名稱樂清市供公司變電運檢中心 QC 小組所在部門樂清市供電公司變電運檢中心課題類型創(chuàng)新型成立日期2011 年 2 月 5 日課題日期2015 年 3 月 12 日登記號WZQCXZ2014072男程度本科/技術等級工程師/組長課題名稱變電站用水量系統(tǒng)的研發(fā)成員情況成員學歷/技術等級組內分工成員情況成員學歷/技術等級組內分工男工程師/副組長男本科助理工程師組員男本科高級工組員黨允舒女助理工程師組員男本科高級工組

3、員葉湖男助理工程師組員金振南男本科中級工組員女助理工程師組員二、選擇課題目前，變電運檢中心管轄 16 座 110 千伏變電站和 8 座 35 千伏變電站，管轄的變電站采取“無人值班，定期巡檢”的工作模式。設施類缺陷的發(fā)現(xiàn)與處理往往有一定的滯后性，其中變電站給問題尤為突出。許多變電站的水管存在地面沉降老化現(xiàn)象，容易導致水管破裂，而值班員往往無法及時發(fā)現(xiàn)，造成源大量浪費和較大的用水管理難度逐年加大。損失。近年來，隨著所管轄的變電站數(shù)量增多，變電站（一）小組成員對 2014 年變電站月用水量進行統(tǒng)計，如圖 1 直方圖所示。小組成員對月用水量超過 10 噸的變電站發(fā)現(xiàn)，均發(fā)生過在漏水現(xiàn)象。（二）201

4、3 年因漏水產生水費（三）通過對各個變電站及綜合班元，2014 年因漏水產生水費元的分析，發(fā)現(xiàn)水費單是一抄收到一次（如圖 2所示），往往在拿到了水費單才發(fā)現(xiàn)變電站上月用水量不正常，再通知巡視去現(xiàn)場查看漏水情況，此時該變電站可能已經漏水很多天了，故存在變電站用水量反饋不及時的問題。4圖 2 水費單提出課題小組成員變電站數(shù)量逐年增加，漏水發(fā)現(xiàn)不及時，用水管理難度加大的問題，確定 QC 小組活動課題為：變電站用水量管理系統(tǒng)的研發(fā)。三、設定目標(一)課題目標用水量信息 1 小時更新一次。(二)目標可行性分析小組成員軟件編程能力較強，熟悉常用編程語言和編程工具的運用。通過查閱資料和市場發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)的系

5、統(tǒng)可以實時電網運行，因此可以在 1 小時內完成變電站用水量信息的數(shù)據更新。四、提出方案并確定最佳方案(一)提出方案本 QC 小組成員集思廣益，如何開發(fā)變電站用水量系統(tǒng)利用“頭腦風暴法”提出三個方案，整理如下圖所示：小組變電站用水量反饋不及時提出兩個解決方案，5(二)方案分析本小組對以上三種方案進行對比分析，如表 2 所示。表 2方案對比表6方案對比方案 1：利用無線網絡通訊系統(tǒng)方案 2：利用電力系統(tǒng)方案 3：基于寬帶互聯(lián)網通訊特點優(yōu)點：1. 不影響電力系統(tǒng)正常運行；2. 靈活性高； 缺點：1.技術難度大；優(yōu)點：1. 小組成員熟悉該系統(tǒng)；2. 運行性能穩(wěn)定；3. 費用低； 缺點：1. 系統(tǒng)兼容性

6、差；2. 電力 系統(tǒng)加入用水量信息可能會影響電網可靠運行；3. 涉及部門較多，協(xié)調、運維難度較大。優(yōu)點：1. 不影響電力系統(tǒng)正常運行；2. 網絡穩(wěn)定；3. 技術成熟； 缺點：1. 需要鋪設網線；2. 網絡費用較高；通訊費用每月：10 元 5G無包月：100 元（流量無限制）綜合分析雖然技術難度較大， 但小組成員有相關項目的研發(fā)經驗。而且不影響電力正常運行。影響電力系統(tǒng)的信息安，涉及部門較多，可行性較差。由于傳輸數(shù)據量小，包月使用不 ，費用較高。而且需要鋪設網線，工程量較大。是否采用不采用采用不采用變電站用水量系統(tǒng)的研發(fā)方案 3：基于寬帶互聯(lián)網通訊數(shù)據集中器網線鋪設路由器方案 2：基于電力系統(tǒng)C

7、DT 規(guī)約104 規(guī)約安全分區(qū)電力數(shù)據網OPEN3000方案 1：基于無線網絡通訊服務器無線通訊DTU(三)確定研發(fā)步驟選定方案后，本小組初步確定了校驗計算軟件的研發(fā)步驟，對各項具體步驟制定方案并選擇。1、開發(fā)工具的選擇VC+開發(fā)工具windows系統(tǒng)組態(tài)軟件要求：1.適用于 windows 操作系統(tǒng)平臺2.開發(fā)簡單、快速表 3 開發(fā)工具綜合對比表結論：通過不同開發(fā)工具的性能進行對比，我小組決定選用組態(tài)軟件作為開發(fā)工具。小組對組態(tài)軟件進行了選擇，經過市場，提供 2 種選擇方案，如表 4所示。三維組態(tài)軟件WINCC7方案 1： VC+方案 2：組態(tài)軟件開發(fā)周期1 年2優(yōu)點VC+開發(fā)平臺功能強大，

8、適用范圍廣，適合開發(fā)計算復雜的軟件。使用簡單、對編程技術要求較低、功能模塊化、界面美觀、適用于開發(fā)管理系統(tǒng)。缺點開發(fā)難度較大，過程復雜，bug 較多。性能單一性，兼容性差。評價VC+不適合在短時間內開發(fā)系統(tǒng)。組態(tài)軟件合適開發(fā)管理軟件，模塊化功能可以縮短開發(fā)周期。：制表人：金振南制表時間：2015 年 7 月表 4 組態(tài)軟件綜合對比表結論：通過不同組態(tài)軟件的性能進行對比，我小組決定選用三維為開發(fā)工具。軟件作2. DTU 模塊無線網絡的選擇DTU 用于傳輸變電站用水量信息，小組成員通過發(fā)現(xiàn)，目前 DTU 使用的無線網絡有 GPRS、CDMA、LTE 等三種，如表 5 所示。GPRS無線網絡類型CD

9、MALTE表 5DTU 無線網絡的選擇3、傳輸協(xié)議的選擇8方案 1： GPRS方案 2：CDMA方案 3： LTE全市覆蓋率100%80%50%上網速率下行: 85.6 kbps上行: 42.8 kbps下行:2.4Mbps 上行:153.6kbps下行:100Mbps 上行: 50Mbps優(yōu)點設備價格便宜、信號穩(wěn)定上網下行速率較快上網速度快缺點穩(wěn)定性稍差信號覆蓋率低信號覆蓋率低、設備價格高評價由于傳輸信息量較少，方案可以滿足系統(tǒng)要求，而且該方案的 DTU 設備的價格更低，信號覆蓋范圍更廣，因此更具優(yōu)越性。結論采 用不采用不采用時間：2015.07.11地點：變電運檢中心：方案 1： 三維軟件

10、方案 2：WINCC國內市場占有率50%10%優(yōu)點售后服務好，I/O 驅動豐富，價格。可靠性高，功能強大，適用于工業(yè)過程。缺點支持的語言種類少。價格高昂，兼容性差。評價三維軟件能滿足變電站用水量系統(tǒng)的要求，而且售后網點較多，有利于課題進程。：小組成員通過發(fā)現(xiàn)，目前水流量表計傳輸協(xié)議有 ModBus、CJ/T224、DL/T 645等三種，如表 6 所示。ModBus傳輸協(xié)議CJ/T 224DL/T 645表 6 傳輸協(xié)議對比表結論：通過傳輸協(xié)議性能進行對比，我小組決定選用方案 1 作為通訊傳輸協(xié)議。4、水流量監(jiān)測設備選擇為了實現(xiàn)遠傳用水量信息傳輸，要求水流量監(jiān)測設備具有數(shù)據遠能，小組成員通過發(fā)

11、現(xiàn)，目前有超聲波流量表、光電直讀流量表、電磁流量表等三種設備可供選擇，如表 7 所示。超聲波流量表流量監(jiān)測設備光電直讀流量表電磁流量表9方案 1：ModBus方案 2： CJ/T 224方案 3：DL/T 645特點優(yōu)點：1、適用范圍廣是通用工業(yè)標準2、可以在不同廠家之間通訊3、接口種類豐富（RS-232、RS-422、RS-485 和以太網設備） 缺點：1、寄存器功能需要用戶自行定義2、無起止符，調試復雜。優(yōu)點：1、接口種類豐富（Meter-BUS、RS-485、無線、光電收發(fā)接口）2、性強缺點：1、適用范圍小。2、需要專門開發(fā) I/O驅動程序3、適用范圍小。優(yōu)點：1、適用該協(xié)議豐富2、性強

12、缺點：1、接口種類單一（RS -485）2、需要專門開發(fā)的驅動程序。3、適用范圍小。評價ModBus 協(xié)議是開放性協(xié)議，大部分組態(tài)軟件都有該協(xié)議的驅動程序，可以減少開發(fā)時間。：表 7流量監(jiān)測設備對比表結論：通過流量監(jiān)測設備性能進行對比，我小組決定選用方案 2 作為流量監(jiān)測設備。5、電源設備的選擇水流量監(jiān)測裝置和 DTU 設備都需要電源供電，要求：1、輸出電壓直流12V10%；2、電壓波動10%。小組成員通過，發(fā)現(xiàn)常見的電源設備有開關電源和便攜式電源適配器兩種方案可供選擇，如表 8 所示。10方案 1：超聲波流量表方案 2：光電直讀流量表方案 3：電磁流量表原理超聲波聲束在水中因速度發(fā)生變化而產

13、生的時差，利用時間差計算流速。由于字輪的位置不同，就會對不同的碼道。光照射在字輪端面上， 會產生一組明暗信號，就可以確定字輪的位置。利用 電磁感應定律，導電流體流過時，流速增大時， 電勢也增大。特點優(yōu)點：1、安裝方便，不用斷管斷流、不破壞管道。缺點：1、精度低2、需要長期供電優(yōu)點：1、沒有累計讀數(shù)差2、只需讀數(shù)據時供電， 可斷電。缺點：1、安裝繁瑣，斷流。2、水質渾濁影響精度優(yōu)點：1、無損失。2、口徑大缺點：1、價格高2、積垢會導致誤差3、需要長期供電4、安裝繁瑣，斷管斷流示意圖價格1000-2000 元200-300 元700-2000 元評價超聲波流量表雖然安裝方便，但是精度低，價格高。光

14、電直讀水表，精度高，價格便宜， 使用方便。電磁流量表價格高，使用不方便。：開關電源電源設備便攜式電源適配器表 8電源設備性能對比表結論：通過不配器。源設備的性能進行對比，我小組決定選用便攜式電源適11方案 1： 開關電源方案 2：便攜式電源適配器輸入電壓AC220V10%AC110-240V輸入頻率47-63HZ50-60HZ輸出12V6A/5V2A12V1A示意圖試驗分析序號1230平均標準12121212輸出12.411.512.312.4波動4%價格200 元12 元評價方案 2 滿足系統(tǒng)要求，而且價格便宜，因此選擇方案 2。序號1230平均標準12121212輸出12.112.311.

15、5511.75波動3%(四)確定最佳方案經過以上一系列選擇，小組找出研發(fā)變電站用水量系統(tǒng)的最佳方案。開發(fā)工具組態(tài)軟件三維基于無線網絡通訊系統(tǒng)無線網絡 GPRS通訊協(xié)議ModBUS流量監(jiān)測設光電直讀流量表電源設備電源適配器五、制定對策根據最佳方案，小組成員按照“5W1H”的原則制定了相應的對策表，見表9。表 9 對策表12序號對策目標措施完成時間地點1采用軟件開發(fā)程序編譯100%正確1、安裝程序2、設計系統(tǒng)界面3、編寫程序2015 年 6 月8 日辦公室2采用 GPRS網絡的 DTU丟包率 0.5%1、小組成員采購設備2、進行聯(lián)網調試2015 年 6 月16 日辦公室3采用 Mod- Bus 協(xié)

16、議正確率100%1、學習研究 Modbus 協(xié)議2 、 安裝 ModSim32 、ModScan322、進行 調試2015 年 7 月3 日辦公室黨允舒4采用 光電直讀流量表安裝符合 CJJ/T155-2011 標準1、采購流量表2、分析通訊協(xié)議3、安裝流量表2015 年 8 月25 日辦公室5采用 電源適配器輸出電壓波動5%1、采購電源適配器2、調試設備2015 年 9 月20 日辦公室6整機組裝與調試數(shù)據傳輸誤差小于 1%1、組裝各種設備2、進行調試2015 年 10月 16 日辦公室/ 變電站制表人：制表時間：2015 年 7 月六、對策實施實施一、采用軟件作為開發(fā)工具1、小組成員在電腦

17、上安裝要求編寫完成程序。7.0軟件，完成系統(tǒng)界面設計，并根據圖 37.0 軟件（a）（b）（c）圖 4系統(tǒng)界面3、編寫程序13圖 5 編寫程序效果檢查：程序編譯結果，0 錯誤，100%正確。小目標實現(xiàn)！實施二、采用 GPRS 網絡的 DTU根據選擇方案，小組成員選購北京驛唐科技 MD-309G GPRS DTU，從供應商處取得該模塊的技術資料。通過自帶的設置程序，對相關功能進行了配置，并采購了移動。通過串口 RS232 和 PC 機 COM1 口相連進試，結果顯示丟包率在 0.5%以下。圖 6 DTU效果檢查：調試結果顯示丟包率0.5% 。小目標實現(xiàn)！實施三、采用 ModBus 協(xié)議小組成員學

18、習研究 ModBus 協(xié)議，并安裝 ModScan32、Modsim32 軟件進行分析。順利通過試驗，結果正確率 100%。14圖 8Modbus 協(xié)議圖 9Modbus 協(xié)議軟件實施四、采用光電直讀流量表小組成員采購了JYYC-15 -40 光電直讀遠傳流量表，并分析該表ModBus 通訊協(xié)議的寄存器功能定義。圖 10 寄存器功能定義說明小組成員將光電直讀遠傳流量表安裝于變電站水管進口處，如圖 11 所示。圖 11 現(xiàn)場安裝效果檢查：15經過檢查安裝符合 CJJ/T 155-2011 目標實現(xiàn)！給水復合管道工程技術規(guī)程。小實施五、采用電源適配器小組成員選用粵港 YG-12W 電源適配器，進行

19、安裝調試，使用 FLUKE 807 萬用表測試電源適配器接上負荷后的輸出精度。使用逆變器設置輸出電壓 AC220V，輸出電壓結果如下表所示。表 10 電壓輸出測試使用逆變器設置輸出電壓 AC240V，輸出電壓結果如下表所示。表 11 電壓輸出測試效果檢查：調試電壓輸出波動5% 。小目標實現(xiàn)！實施六、整機組裝與調試（1）小組成員組根據設計要求裝設備，并進行聯(lián)調。（2）小組成員對用水量系統(tǒng)進行調試，并完成表計傳輸精度測試，結果如下表所示。表 12 表計數(shù)據傳輸精度測試16序號12330實際值（m3）1 302.412.723.08采樣值（m3）1 312.422.703.06誤差-0.77%-0.41%0.74%0.65%序號1230平均標準12121212輸出12.412.011.5512.3波動4%序號1230平均標準12121