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某大型电动公交充换电站监控系统

一. 项目概况

1、 项目背景

汽车虽给国民经济带来了发展给人类带来了方便,但也给人类带来了巨大的灾害,42%的环境污染是来源于燃油汽车的排放,80%的城市噪声是由交通工具产生的,当今世界石油储量日趋减少,而燃油汽车是消耗石油的大户!因而当今汽车工业发展势必寻求低噪声、零排放、综合利用能源的方向。

目前在能源危机和环境保护的双重制约下,国家积极发展电动汽车产业,而电动汽车充电站是其中最关键的配套环节,电动新能源汽车作为未来汽车发展的方向,充电设施是否完善直接关系到它能否大规模推广。

充换电站监控系统是电动汽车充换电站的重要组成部分。可以对新型电动汽车的充电情况进行实时的数据监控,实时得到各个充电箱的工作情况,实时检测各个电池的状态,对充电箱、电池组等状态的异常进行报警。

2、 建设目标

充电监控系统计划完成对下属充电站的充电机、蓄电池、换电机器人的数据采集及监

系统完成功能如下:

Ø 充电机、蓄电池、换电机器人相关参数的采集与存储。

Ø 充电机、蓄电池、换电机器人主要参数,主要工艺画面的监视。

Ø 充电机、蓄电池、换电机器人主要参数的统计及分析。

Ø 充电机、蓄电池、换电机器人主要参数的趋势图,饼图,棒图展示。

Ø 充电机、蓄电池、换电机器人主要参数的日报,月报,季报,年报。

Ø 各充电机、蓄电池、换电机器人的联动控制。

Ø 各充电机、蓄电池、换电机器人充换电相关信息及事件记录。

Ø 整个系统的WEB发布,满足用户在任何时间,任何地点都可通过用户认证方式访问此系统。

Ø 整个系统具有很好的扩展性,伸缩性。使得后期新增监控中心可以低成本无缝接入。

Ø 整个系统具有批次管理功能,实现与SQL SERVER 关系数据库的无缝挂接。

3、 技术难点

Ø 充电设备属于新型设备通讯协议没有统一标准,监控软件需要能够根据设备协议调整方便更新,便于系统维护;

Ø 各充电机及充电机器人独立工作,难以统一协调工作,造成浪费;

Ø 监控系统对设备操控的高度实时性、准确性与可靠性,对设备的操作需要有严格的限制;

Ø 监控系统需具备扩容能力,方便系统改造;

Ø 充电站运营管理系统数据量大,分析困难

二.系统设计

为了实现对电动汽车充换电站的整体监控,力控科技在pspace平台的基础上开发出大型电动汽车充换电站监控系统,并成功应用在北京某大型电动公交车充换电站。该系统主要分成充电系统、换电系统、配电系统三个部分。

1、 充电系统

实时数据采集:充电机通过CAN总线与电池箱内置的电池管理系统(BMS)通信获取电池状态、运行信息,通过CAN转以太网模块,将数据转换为以太网方式与站级控制层设备进行通讯。采集充电机工作状态、温度故障信号、功率、电压、电流、电量,电池组温度、荷电状态(SOC)、电压、电流、电池故障信号等。

充电系统运行监控:充电机、电池组群组配置,四个工位运行信息监控,一拖一、一拖二充电机运行监控,电池架运行监控,充电柜运行监控。

报表数据查询:充电机充电信息查询,电池组充电信息查询,充电过程相关信息,充电机事件查询,电池箱事件查询。

曲线数据查询:监控系统可以显示充电过程数据实时/历史曲线图、棒图等。

报警数据存储及查询:可以为充电机操作及其异常信息提供图形、文字、声音等报警方式与相应的报警处理功能。系统运行信息的报警事件可在事件打印机上打印当前事件内容,系统自动推出相关联的报警、事件画面。

事件记录:可对充电机启停操作、充电机故障、充电运行异常参数、电池组异常参数进行记录。可以对充电机状态变位、输出电压、电流越限、电池组故障、充电机启停操作等事件按时间、类型、充电装置等分类显示,并给出相应的告警信息。可以按设定周期记录实时工程值、相应的统计值、生成历史数据库。

2、 换电系统

实时数据采集:换电系统针对所涉及的设备,如充电机、充电架、充电仓、电池箱、电池库、电池仓、机器人以及更换轨道等进行实时状态监控,对换电流程进行实时监控。设备通过以太网接口将相关信息上传到后台监控系统,并接收来自后台监控系统的指令。后台监控系统可采集更换设备的运行状态信息、位置信息、故障信息。

换电系统运行监控:显示打组后各个组内电池箱的状态、充满电完成时间、更换机器人的状态及位置信息,运行维护人员可以下发更换电池命令。在手动设定过程中可显示人工输入信息。在出现故障时应有相应的提示信息。

报表数据查询:换电事件报表。

报警数据存储及查询:可记录换电系统更换电池操作及相关设备的异常信息,提供图形、文字、声音等报警方式与相应的报警处理功能。系统运行信息的报警事件可在事件打印机上打印当前事件内容,系统自动推出相关联的报警、事件画面。

3、 配电系统

实时数据采集:采集充电站/电池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电能计量信息等信息。采集10kV侧母线线电压,10kV进、出线及AC相和零序电流,直流母线电压、380V侧母线电压,380V进线三相电流,380V出线单相电流;配变有功功率、无功功率、功率因数、有功电量和配变负载率,380V出线有功电量等数据。

配电系统运行监控:本站主接线图、实时数据表格、负荷曲线、电压棒形图、饼形图及系统工况图。

报警数据存储及查询:可以为配电系统遥控操作及相关设备的异常信息提供图形、文字、声音等报警方式与相应的报警处理功能。系统运行信息的报警事件可在事件打印机上打印当前事件内容。系统自动推出相关联的报警、事件画面。

三.系统架构

后台系统监控中心以软冗余的服务器作为两台前置服务器,部署两套力控pspace标准网络版软件。主要用于各充换电设备实时数据的采集。两台硬冗余的服务器作为历史服务器,部署两套力控pspace软件。主要用于对前置服务器的实时数据二次处理(如统计计算等)以及数据的历史存储。数据服务器上的相关服务程序接收(主或备)前置机发送的实时数据,并进行相关处理后保存到本地的商用数据库中,同时为监控工作站提供数据来源。

监控工作站主要用于展示各充换电设备的实时运行状态数据,值班监控人员还可以在本机上对某些充换电设备进行遥控操作。监控工作站实时向前置发送实时数据提供请求,并且在查询历史数据时,将查询命令发送给数据服务器上的历史数据服务程序,该程序再查询存储在数据服务器上商用数据库中的历史数据,并返回给监控工作站上的客户端程序,客户端程序负责查询结果的展现。

四.系统功能

1、 实时数据采集

完成对全部充电机、电池箱、换电机器人、烟雾报警等设备的实时数据的采集。数据量达到10万点。

2、 历史数据存储

完成对充电机、电池箱、换电机器人等设备关键参数的历史数据存储。历史数据点数达到4万点。

3、 充电机、电池箱分组设定

完成对充电机和电池箱分组任意配置功能,有效解决了由于个别充电机或电池箱硬件损坏导致整组充电设备不能使用的情况。提高了设备的利用率。在个别设备发生故障时可以及时的切换到备用设备上,提高了系统的运行效率。

分组显示界面:


分组配置界面:

4、 充电机、电池箱数据显示

完成数百台充电机实时数据显示功能。充分运用力控pspace系列软件界面模板功能,通过变量替换的方式实现只组态一个界面即可浏览数百台充电机数据的功能。缩短了软件开发周期,降低了监控主机的运行压力。

充电柜状态显示:

电池架状态显示

运行状态分组显示:

充电机详细信息显示:

5、 数据报表查询

1) 充电机充电查询报表:

报表功能:按照充电机查询充电信息

报表内容:工位号、充电柜号、充电机编号、充电起始时间、充电结束时间、电池组号、电池箱号1、起始SOC、终止SOC、电池箱号2、起始SOC、终止SOC

查询条件:工位号(1-4、所有)

  充电柜号(1-32、所有)

  充电机编号(1-120、所有)

  开始时间(充电起始时间>=开始时间)

  结束时间(充电结束时间<=结束时间)

生成条件:充电开始时生成记录,充电结束时完成(包括正常结束、故障结束),通讯中断时需判断如果通讯中断前充电机为充电状态通讯恢复后需判断是否仍处于充电状态,如果处于充电状态默认为通讯中断前充电过程的延续,否则记录当前时间为充电结束时间。

2) 电池箱充电查询报表:

报表功能:按照电池组号查询充电信

报表内容:电池箱组号、电池箱序号、充电起始时间、充电结束时间、起始SOC、终止SOC、充电机编号、车牌号。

查询条件:电池组号(1-N、所有)

  电池箱号(1-8、所有)

  开始时间(充电起始时间>=开始时间)

  结束时间(充电结束时间<=结束时间)

生成条件:充电开始时生成记录,充电结束时完成(包括正常结束、故障结束),通讯中断时需判断如果通讯中断前充电机为充电状态通讯恢复后需判断是否仍处于充电状态,如果处于充电状态默认为通讯中断前充电过程的延续,否则记录当前时间为充电结束时间。

3) 充电机事件查询报表

报表功能:查询充电机事件(故障开始、故障复归/用户操作(启、停))

报表内容:工位号、充电柜号、充电机编号、事件发生时间、事件内容、当前用户

查询条件:工位号(1-4、所有)

  充电柜号(1-32、所有)

  充电机编号(1-120、所有)

  开始时间(事件发生时间>=开始时间)

  结束时间(事件发生时间<=结束时间)

生成条件:事件发生时生成记录

4) 电池箱事件报表

报表功能:查询电池箱故障(故障开始,故障复归)

报表内容:电池箱组号、电池箱序号、事件发生时间、充电机编号、事件内容、当前用户

查询条件:电池箱组号(1-N、所有)

电池箱序号(1-8、所有)

  开始时间(事件发生时间>=开始时间)

  结束时间(事件发生时间<=结束时间)

5) 换电事件报表

报表功能:查询机器人事件(换电开始、换电结束、故障开始、故障复归)

报表内容:工位号、机器人编号、事件发生时间、事件内容、当前用户。

查询条件:工位号(1-4、所有)

  机器人编号(12

  开始时间(事件发生时间>=开始时间)

  结束时间(事件发生时间<=结束时间)

生成条件:事件发生时生成记录

报表查询显示界面:

6、 数据曲线查询

线界面分成三组曲线,分别是充电机曲线:充电机电压、充电机电流;第一箱电压曲线:单体电压;第二箱电压曲线:单体电压。电池箱电压曲线要求所有曲线可任意组合(曲线条数,曲线编号可选)

曲线查询显示界面:

五.项目总结

力控pspace系列软件在某大型公交车充换电站的应用,成功解决了充电机和电池箱分组无法自由配置问题,实现了充电机和电池箱分组的灵活配置。解决了由于单个充电机或电池箱故障导致整组设备无法使用的问题。当某个充电机后电池箱故障时通过软件配置可以灵活切换到备用设备,缩短了设备维修时间,提高了设备的利用率。

界面模板功能的运用解决了大量相同界面占用系统资源问题,通过pspace界面模板功能实现了通过一个界面模板显示不同充电机数据功能,画面个数减少了80%。提高了系统运行效率。

根据现场工作人员需求,针对性的制作了各种数据和事件报表。方便现场工作人员及时掌握充电机、电池箱和车辆的整体运行情况。