張 征 陳 琦 饒 攀

（華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

應(yīng)用組態(tài)王開發(fā)變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

張 征 陳 琦 饒 攀

（華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

針對(duì)“無人值班，少人值守”的變電站發(fā)展趨勢(shì)，采用組態(tài)王電力版（6.53）軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，通過上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面友好，運(yùn)行可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)遙調(diào)、遙測(cè)、遙控、遙信的“四遙”基本功能，而且可以實(shí)現(xiàn)曲線、報(bào)警、打印、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，可應(yīng)用于變電站和電力企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

變電站；組態(tài)王；監(jiān)控系統(tǒng)

（一）前言

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的提升，變電站自動(dòng)化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，它不僅提高了變電站的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低變電站造價(jià)，而且正逐步實(shí)行“無人值班，少人值守”。變電站自動(dòng)化和無人值班是電力工業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新型的變電站運(yùn)行方式，它實(shí)現(xiàn)的前提是電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理水平的提高，但高成本，自主開發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)此時(shí)呈現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。

組態(tài)軟件可以滿足用戶的自主開發(fā)，系統(tǒng)擁有大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置間的通訊I/O接口設(shè)備，不需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)，用戶也不需要掌握太多的編程語言技術(shù)，這不僅大大縮短開發(fā)周期，更提高了系統(tǒng)的可靠性，使用戶把更多注意力集中在如何設(shè)計(jì)最優(yōu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上。

此次開發(fā)，我們采用了北京亞控公司推出的組態(tài)王電力版（6.53）進(jìn)行變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件的組態(tài)工作，來實(shí)現(xiàn)變電站各種數(shù)據(jù)的采集、處理和記錄及報(bào)警、打印各種棒圖等。

（二）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路與理論依據(jù)

變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、信號(hào)實(shí)時(shí)采集入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能夠在線切換設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，打印報(bào)表和歷史或?qū)崟r(shí)曲線，進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)顯示動(dòng)畫連接，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙調(diào)、遙信和遙控，開發(fā)出一個(gè)能夠良好運(yùn)行的小型變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括人機(jī)系統(tǒng)、控制中心和通道與RTU。

圖1 變電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

組態(tài)王提供多種數(shù)據(jù)采集程序，配置相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)程序，使用串口RS-232或RS-485將數(shù)據(jù)傳送到控制中心的主計(jì)算機(jī)，不同的硬件設(shè)施就可以運(yùn)用組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并可以根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的配置，如可以選擇COM2作為連接硬件設(shè)備的串行接口，進(jìn)線安裝設(shè)備的地址配置，通信參數(shù)的設(shè)定。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)和下位機(jī)之間通過電纜利用串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)由軟件和硬件組成，主要功能是向下位機(jī)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，生成各種曲線和完成一些操作；下位機(jī)通過電纜與上位機(jī)進(jìn)行通信，主要負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的采集并保存在寄存器中，包括各段母線電壓、電流，有功功率、無功功率，頻率、相位，隔離開關(guān)與斷路器的狀態(tài)，繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行告警信號(hào)，有功電能、無功電能等。

由于上位機(jī)串口要與多個(gè)I/O設(shè)備相連，可以將RS-232轉(zhuǎn)化為RS-485，再經(jīng)一次RS-485到RS-232的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)算機(jī)串口與多個(gè)I/O設(shè)備連接。

（四）監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

選用組態(tài)王電力版（6.53）軟件。組態(tài)王是運(yùn)行于Microsoft Windows中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好的特點(diǎn)，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)。并且軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使開發(fā)的系統(tǒng)更有通用性，減少了開發(fā)者的重復(fù)性工作，便于進(jìn)行二次開發(fā)。

1.系統(tǒng)開發(fā)的難點(diǎn)

（1）系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)王開發(fā)軟件的核心，在建立合理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之前必須對(duì)整個(gè)變電站的構(gòu)成有充分的了解，明確監(jiān)控要求和技術(shù)要求等。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，有開關(guān)型、數(shù)值型、字符型、事件型、組對(duì)象和內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象等六種類型，它反映了監(jiān)控對(duì)象的各種屬性，比如斷路器和隔離開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)、饋出線的電流電壓功率、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、保護(hù)動(dòng)作順序記錄等。

（2）系統(tǒng)硬件及其通訊參數(shù)

針對(duì)不同硬件，系統(tǒng)必須測(cè)量不同數(shù)值和類型的數(shù)據(jù)，上位機(jī)與下位機(jī)通過電纜利用串行接口實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸前提是設(shè)定硬件類型、地址和參數(shù)。

2.監(jiān)控系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

在確定系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)后，要將相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象反映到人機(jī)界面中。

本監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)主界面

主界面中設(shè)計(jì)了一套單母線分段式主接線、升降壓按鈕、時(shí)鐘顯示、報(bào)警指示燈、用戶登錄界面、以及與各種曲線動(dòng)態(tài)連接的命令按鈕等。通過友好的主界面，用戶與控制中心主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間通信可以通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，可以在人機(jī)界面上完成設(shè)定參數(shù)、報(bào)警、報(bào)表打印、實(shí)時(shí)或歷史曲線在線顯示、SOE測(cè)試等操作。此外，主界面還可以實(shí)時(shí)顯示主變A、B、C三相的線電壓、相電流、有功功率和無功功率等。

畫面的命令語言包括：應(yīng)用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言和自定義函數(shù)命令語言。應(yīng)用程序命令語言主要用于系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)退出時(shí)的處理以及常規(guī)程序處理。組態(tài)王工程管理器中，選擇菜單“文件命令語言應(yīng)用程序命令語言”，在目錄內(nèi)容顯示區(qū)單擊“新建”，將出現(xiàn)應(yīng)用程序命令語言對(duì)話框。

\本站點(diǎn)年=\本站點(diǎn)$年；

\本站點(diǎn)月=\本站點(diǎn)$月；

\本站點(diǎn)日=\本站點(diǎn)$日；

\本站點(diǎn)日期標(biāo)志=1；

SQLConnect(DeviceID,”dsn=bdz;uid=;pwd=”);

停止時(shí)的命令語言：

SQLConnect(DeviceID)

自定義函數(shù)命令語言可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)組態(tài)王提供的各種函數(shù)不能滿足工程的需要時(shí)，通過自定義語言自定義各種類型的函數(shù)。為了滿足本系統(tǒng)的特殊需要，在設(shè)置時(shí)期選擇控件時(shí)，需要定義無返回類型的年月日。

年=ADate4.Year;

月=ADate4.Month;

日=ADate4.Day;

\本站點(diǎn)日期標(biāo)志=1；

3.監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)定義

數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心，是數(shù)據(jù)處理的核心，它既通過下位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，又支持這些數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線生成。數(shù)據(jù)庫(kù)定義包括變量名、變量類型、初始值、數(shù)值范圍、連接設(shè)備、寄存器和報(bào)警組。

本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)變電站不同設(shè)備不同參數(shù)的顯示與采集，現(xiàn)場(chǎng)狀況要以動(dòng)畫的形式在主界面上顯示，操作人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控等都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，因此對(duì)于不同參數(shù)，變量名最好與采集的參數(shù)名相一致。

4.監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警窗口設(shè)計(jì)

針對(duì)下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)類型，本系統(tǒng)報(bào)警窗口有兩種：一種是遙信報(bào)警，用于監(jiān)測(cè)斷路器、隔離開關(guān)、變壓器、繼電保護(hù)裝置等儀器的狀態(tài)；另一種是遙測(cè)報(bào)警，主要用于監(jiān)測(cè)各段母線、電容器、饋線的電壓電流，主變的油溫、直流電源電壓、站用變壓器電壓等。通過這些報(bào)警窗口，用戶可以方便的監(jiān)視和查看系統(tǒng)的報(bào)警、操作和各個(gè)工作站的運(yùn)行情況。

當(dāng)報(bào)警事件發(fā)生時(shí)，組態(tài)王把這些事件存于內(nèi)存中的緩沖區(qū)中，并以先進(jìn)先出的隊(duì)列形式存儲(chǔ)；當(dāng)緩沖區(qū)達(dá)到一定數(shù)目或記錄定時(shí)時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將報(bào)警和事件信息寫到報(bào)警存儲(chǔ)文件、打印機(jī)或數(shù)據(jù)庫(kù)中，報(bào)警在報(bào)警窗口中會(huì)按照設(shè)置的過濾條件實(shí)時(shí)顯示出來。

5.監(jiān)控系統(tǒng)曲線設(shè)計(jì)

變電站時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)曲線包括實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線，通過不同曲線的變化情況可以對(duì)站內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和了解數(shù)據(jù)的歷史變化情況。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線顯示一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)值的動(dòng)畫圖形，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)對(duì)象值的變化情況。

實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線用絕對(duì)時(shí)間為橫軸標(biāo)度，構(gòu)件顯示的是數(shù)據(jù)對(duì)象的值與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系；歷史趨勢(shì)曲線的功能是實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽。運(yùn)行時(shí)，歷史曲線能夠根據(jù)需要畫出相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)效果圖，對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的變化有一個(gè)很好的體現(xiàn)和描述。

圖3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線與歷史趨勢(shì)曲線

設(shè)計(jì)中，在實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線窗口繪制四條曲線并可通過曲線顏色的變化加以區(qū)分，分別代表數(shù)據(jù)對(duì)象：電壓、電流，有功和無功。選擇“絕對(duì)時(shí)鐘實(shí)時(shí)（或歷史）趨勢(shì)曲線”作為橫坐標(biāo)的標(biāo)度，顯示各數(shù)據(jù)對(duì)象隨時(shí)間的變化曲線。

6.監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)表打印設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)報(bào)表反映變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式，是設(shè)計(jì)過程不可缺少的一個(gè)部分。

本系統(tǒng)報(bào)表打印模塊設(shè)計(jì)包括實(shí)時(shí)報(bào)表和日?qǐng)?bào)表。實(shí)時(shí)報(bào)表以秒為單位對(duì)變電站采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)的工作情況；日?qǐng)?bào)表記錄每天從00:00到24:00的數(shù)據(jù)變化情況，并設(shè)定每天00:01系統(tǒng)自動(dòng)打印出日?qǐng)?bào)表，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使操作人員能夠?qū)崟r(shí)掌握和分析生產(chǎn)情況。

（五）系統(tǒng)意義

本系統(tǒng)運(yùn)用組態(tài)王電力版（6.53）軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，大大縮短開發(fā)周期和變電站勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的可靠性，可應(yīng)用于變電站和電力企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其核心在于下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并利用串行接口傳輸至上位機(jī)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著新型變電站運(yùn)行方式的普及，本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”提供了可靠的基礎(chǔ)，獲得滿意的實(shí)踐效果，具有工程實(shí)際推廣價(jià)值。

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TM63

A

1008-1151(2010)04-0125-02

2010-01-20

張征（1986－），男，江西余干人，華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院在讀碩士生，研究方向?yàn)樽詣?dòng)發(fā)電控制策略；陳琦（1984－），男，福建福州人，華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院在讀碩士生。