變電所的自動化 更新或更換舊的監控和數據采集（SCADA）設備是很有挑戰性的。當威斯康星公共服務公司（WPS）決定要更換位于Green Bay附近的工作站的遠程遙測系統（RTU）時，許多老牌和新興的RTU生產商都參與競標。有些廠家提供的方案投資過高，而另一些廠家的產品性能有局限性。在考慮了各種情況后，WPS選擇了一套PC遠程自動系統，該系統滿足用戶所有的要求，并具有進一步擴容的能力，而投資只是傳統RTU系統的三分之一。這套系統就是由Opto22提供的。 計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（EMS）中的SCADA部分，更換地點共有12處。在其中一個系統中，所處的位置是關鍵因素，該系統的發電能力為1800兆瓦，共有537000個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機和現場設備網絡，用于監視和控制WPS系統的發電、電力輸送和分配。所有EMS的SCADA軟件都屬于該網絡系統。PC網絡也可用作前端服務器與現場設備聯在一起。WPS原來安裝的傳統RTU把變電所和電廠與EMS聯在一起。這些RTU功能有限，只能進行單項的預編程任務，即數據采集和控制。WPS則把PLC用作TRU，就可以完成多項任務。這15個PLC可以進行局部控制，但不能用于編程后與WPS的EMS所使用的Westinghouse Redac 70H協議進行通訊。PLC的設備費用和它們的用戶界面也限制PLC在小地方的使用。為了開發變電所和裝置級的SCADA，WPS 開發采用新的方法。 Opto 22的方案使用了公司的Misitc工業自動系統，這個方案把軟件與硬件結合起來用于工業控制中。Opto同時還建議使用Mistic　M4RTU，這是一個開放的可擴展控制處理器，具有隨機的智能單點I/O和通訊能力，是專為遠程應用而設計的。 WPS對每個產品都進行用戶可編程性、投資效益、易于使用的操作界面和使用幾種協議通訊的能力等幾方面進行評價，當評估完成后，WPS認為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要求，即用戶可編程性的要求。這兩個軟件都是包括公用數據庫的目標編程技術軟件包，同時，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系統的先進通訊能力支持WPS使用的所有協議，其中包括Redac。 M4RTU的基本組態有兩個內置式串行接口。可是這個接口組態是可擴容的，WPS在上面增加了一個雙串行端口卡，用于與其它設備的通訊。在這項應用中，第一個端口是RS－232，用于與PC機或其它的與標準電話線、租用線路和無線電接收設備連接的處理設備進行通訊，這個端口可以讓WPS工程師把M4TRU與裝置的DCS連接起來。結果，它可以用來控制發電機、主EMS和DCS，通過在每個板上使用屏蔽絞合線，減少了分配I/O端口的配線。 第二個端口是一個RS－485，它是用于與附加I/O或第三方提供的設備之間的通訊，第三方提供的設備包括現場智能母線設備和分析儀等。在WPS，這種能力被用來連接SCADA與智能電子設備（IED），例如繼電器和電表等。第三個端口是專門用于與Mistic MMI中使用的PC機進行通訊，第四個端口通過WPS無線電系統技術與EMS的通訊。 自動控制功能 WPS為每個變電所安裝一個Mistic系統，該系統與遠程I/O連接，位于變電所控制室內的各種設備表盤上。變電所的大小和I/O數均不同，小的變電所只有一個數字和一個模擬點，而大的變電所則有48個模擬點（高密度）和150個數字點，Mistic系統的RS－485端口就是用于通過智能Mistic I/O塊來連接I/O點。 Mistic系統的一個主要優點是它能夠提供自動控制功能的能力，即其能用Cyrano控制軟件編程和它的智能I/O能力。該設備已經經過事先編程，除了可以進行一般的操作外，還可以提供自動斷路器閉合和自動母線分配功能。Mistic智能I/O具有許多獨立功能，其中包括PID控制回路、脈沖測量、高速閉鎖和峰-谷測量等。全部的光學儀器和電絕緣保護系統不受嚴重的電干擾的影響。 Mistic I/O塊提供了遠程工作的可能，并按系統操作站的要求閉合電路斷路器。事實上，Mistic系統由于易于編程，使得它優于WPS現有協議，并在不需要更換EMS主機的情況下加強了變電所的控制系統。Cyrano在許多方面都優于現有協議，與主機的通訊是通過RS－232端口和外部解調器來實現的，解調器通過租用的電話線與系統操作間連接。系統的界面還可以用于928/952MHz多地址無線電系統中。 WPS還開發了另一項先進的通訊功能，即利用M4RTU中的先進雙處理功能。當第二個處理器進行I/O操作和控制變電所過來的信號時，M4RTU的高速32位處理器可以進行EMS與裝置DCS之間的通訊，實現EMS和DCS與控制發電機之間的聯系。Mistic系統在向用戶供貨時配備有與Allen Bradley數據高速公路、Modbus的硬件通訊驅動器，在這種情況下，DCS的通訊是Modbus，EMS的通訊是Westinghouse Redac 70H。 Opto22系統的靈活性也使WPS可以在將來改變EMS通過協議。 人機界面 WPS使用Mistic MMI軟件為Pulliam 發電站開發了操作界面。這個工廠是Green Bay地區最重要的變電所之一，它包括兩條115KV電線、兩個138KV電容器組、六條138KV電線和兩個母線斷路器。 操作人員現在可以打開多個屏幕控制和監視變電所內所有的重要活動。屏幕包括一個顯示斷路器狀態的變電所單線圖和線路流通量、詳細的計量表顯示、一個母線電壓趨勢圖、報警器、軟件控制開關狀態和斷路器控制開關屏等。 Mistic MMI　為WPS提供了先進的繪圖環境，并包括有3－D圖的符號庫和標準ISA符號庫。使用MMI軟件，圖形可以連接到I/O端口、控制變量、監視報警狀態、去磁盤的邏輯數據和趨勢實時信息上。同時，Cyrano控制軟件和MMI使用共享的數據庫，這樣可以消除不必要的互相引用，并提高精度。 MMI的可靠性是一個必備條件。在PC機上一周7天、一天24小時運行MMI。通常變電所內沒有操作人員，只在操作人員進行設備檢查和維修時才有人。使用PC機上的觸屏，操作人員可以使用MMI來查看所需的數據。從主菜單上，操作人員一般查看變電所的單線圖。這是一個顯示線路流通量、母線電壓和變電所內啟動的斷路器的圖。 計算機上的設備圖模擬所要監視的設備，在設備的狀態發生變化時，計算機上的設備會改變顏色或閃爍。圖形旁邊的動畫數字使操作人員易于理解其含義。操作人員可以進入多個畫面來監視和控制變電所的狀態。計量屏幕上用數字詳細的表示出以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備。這就使操作人員易于理解，并避免產生誤解。例如，當操作人員要閉合一個斷路器時，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，操作人員只需觸動屏幕上的目標，屏幕上的圖像就會變成閉合的斷路器。同時，MMI會把這個請求傳給M4RTU，M4RTU就會關閉現場的斷路器。操作人員會一直看到一個報警窗口，正常情況下，報警窗口是位于屏幕底部的方框，框內有滾動的文字顯示，如果出現嚴重報警，報警框內就會變成紅色的背景并且開始閃爍，這就提醒操作人員要進一步查找報警原因。 MMI總是存儲歷史數據，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。 其它應用 M4RTU和MMI是WPS改變控制策略的一部分，由于這個項目的成功投用，使得WPS很快地把這項新技術應用到其它領域。這其中使用Mistic軟件是一個關鍵因素。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，大大減少了工程時間。在有些時候，工程技術人員只需更改設備名稱和一些I/O點。 Mistic在WPS的單個變電所內的應用和使用該系統的變電所總數都在增加。例如，在變電所中，Mistic用于控制并行負荷抽頭變壓器，它包括監視電壓的變化和每個變電器抽頭位置，這樣可以維持正常電壓并減少LTC的動作。另外，Mistic系統還用于測量供電線的張力。 另一個有趣的用途是在威斯康星州Marinette附近的Potato Rapids大壩上一個水電壩中，在這里，Mistic用于監視水壓頭，以保證WPS能夠滿足政府規定的水位要求。水壓頭是通過控制發電機的操作來實現的。WPS能夠把Mistic產品與大壩上使用的非常老的設備(circa 1920)結合起來，用于生成歷史數據，并利用在計算和記錄大壩的排出量中。 WPS還發揮了Mistic的與IED通訊的能力，WPS開發了Mistic新的用途，減少了WPS的投資。Mistic系統將用于讀寫變電所繼電保護器和電表數據。（繼電保護器中的故障數據對EMS很有用）。系統可以自動讀取故障數據并把這些數據發送到系統操作室。這就可以向WPS提供故障類型，并在系統操作室就可以得到數據，因此可以把線路維修人員直接派到出現故障的地點。 目前維修人員是通過巡檢出現故障的線路來查找故障。這項新應用投用后，可以減少現場巡檢時間，并可快速發現問題，使WPS較快地恢復向用戶的供電。 投資回報 使用Mistic而不是傳統的變電所控制設計減少了WPS總設備投資，可以用安裝在Green Bay的Pulliam變電所的Mistic系統來說明在投資方面的回報。WPS調查了建設一套新的傳統式控制系統的投資，該系統包括控制盤、控制開關、盤上指示燈、報警燈、盤計量表、帶狀記錄儀和重閉繼電器。在與Opto22提供的PC系統的投資對比后，WPS認為Mistic減少的投資很有吸引力。在Pulliam變電所，傳統設計的設備投資約為Mistic（128個數字輸入、32個數字輸出和48個模擬輸入）的三倍。另外，WPS還發現，與傳統的設計相比，Mistic系統的設計還大大減少<