孫巍巍
摘要:為了提高變電站從業(yè)人員的實(shí)際操作能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,介紹了關(guān)于Citect SCADA組態(tài)軟件在模擬變電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹了Citect的通訊設(shè)置、變量標(biāo)簽的定義、組態(tài)界面的組成以及Cicode語(yǔ)言的編程,最后介紹了Citect的通訊接口DDE。本系統(tǒng)通過(guò)二次連線將保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、交直流設(shè)備、配電裝置按實(shí)際接線聯(lián)系起來(lái),搭建了一個(gè)與實(shí)物環(huán)境一樣模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)直觀、友好的組態(tài)畫(huà)面,能夠使學(xué)員快速掌握變電站的操作要領(lǐng),從而提高其操作技能。
關(guān)鍵詞:Citect; 模擬變電站; 可編程控制器; Cicode
中圖分類(lèi)號(hào):TP3095 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-2163(2013)06-0101-04
0引言
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)能源需求也越來(lái)越大,電力作為最終的能源產(chǎn)物,其穩(wěn)定性和安全性受到日益嚴(yán)峻的考驗(yàn),加之電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,設(shè)備的陸續(xù)更新,對(duì)于電力變電站來(lái)說(shuō),應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)至關(guān)重要的一步就是培養(yǎng)一支快速高效的從業(yè)人員隊(duì)伍,在實(shí)訓(xùn)過(guò)程的模擬操作環(huán)境中使其精湛掌握變電站的裝置設(shè)備,旨在盡快提升就業(yè)人員在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的實(shí)際操作能力,進(jìn)而增強(qiáng)其面對(duì)問(wèn)題時(shí)的實(shí)際應(yīng)變能力。因此,該方面的相關(guān)研究即已成為當(dāng)前的一個(gè)重要方向。
基于上述目的,本系統(tǒng)通過(guò)二次連線將保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、交直流設(shè)備、配電裝置按實(shí)際接線聯(lián)系起來(lái),搭建一個(gè)與實(shí)物環(huán)境相同的模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)下位機(jī)采用三菱公司的Q系列PLC作為變電站一、二次設(shè)備聯(lián)動(dòng)、互鎖的控制器,上位機(jī)以澳大利亞悉雅特公司的Citect軟件設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面以及編寫(xiě)程序,上位機(jī)與下位機(jī)采用TCP/IP通訊;在上位機(jī)軟件部分,變電站的組態(tài)控制軟件與實(shí)訓(xùn)教師管理軟件選擇了通用的DDE接口,完成了實(shí)訓(xùn)教師對(duì)學(xué)員的操作培訓(xùn)以及評(píng)分。其完整的功能可描述為:故障的設(shè)定以及排除、閘刀的聯(lián)動(dòng)互鎖、狀態(tài)的顯示、評(píng)分計(jì)算等。
1Citect組態(tài)軟件介紹
Citect組態(tài)軟件由澳大利亞悉雅特公司研制開(kāi)發(fā),是目前最為流行的工控軟件之一,具有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能以及強(qiáng)大的互連能力,能兼容ABB、GE、MOX等多種TCP/IP、OPC協(xié)議,可以與現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊傳輸控制。同時(shí),其自帶的豐富圖庫(kù)還可將各道工序、控制參數(shù)直觀地顯示出來(lái),并且對(duì)不同控制系統(tǒng)間的控制畫(huà)面進(jìn)行了高度統(tǒng)一化的呈現(xiàn),由此而有效地降低了控制系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn),并提高了系統(tǒng)的可靠性。Citect主要配置是Server(服務(wù)器)/client(客戶端),其中Server(服務(wù)器)互為冗余,Client可以有多個(gè);Server(服務(wù)器)需要設(shè)置I/O Server等通訊參數(shù)。在顯示畫(huà)面時(shí),Client客戶端通過(guò)Ethernet可讀取Server服務(wù)器上的數(shù)據(jù),而Server(服務(wù)器)也可以作為畫(huà)面顯示操作員站。采用Cicode可以進(jìn)行語(yǔ)句編程,其中的數(shù)據(jù)類(lèi)型則包括了實(shí)型數(shù)值數(shù)據(jù)、整型數(shù)值數(shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)量狀態(tài)數(shù)據(jù)等簡(jiǎn)單變量以及標(biāo)簽、報(bào)警、實(shí)時(shí)歷史趨勢(shì)等復(fù)雜變量[1-2]。
2變電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組成
變電站模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)共有八個(gè)電氣柜、下位機(jī)PLC控制器、上位機(jī)Citect SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控組態(tài)軟件以及實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理軟件組成。其中,電氣柜主要由一號(hào)主變、二號(hào)主變、220KV線路1輸入/輸出、220KV線路2輸入/輸出、220KV旁路、220KV母聯(lián)、110KV設(shè)備、35KV線路、10KV主變等組成。通過(guò)對(duì)模擬裝置斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、備自投等設(shè)備的配置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相流變、重合閘、負(fù)載開(kāi)關(guān)投切、母差流變、差動(dòng)保護(hù)、開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能等功能的模擬仿真,再通過(guò)分段分閘電流的顯示、事故音響的反饋、聯(lián)動(dòng)負(fù)載開(kāi)關(guān)投切位置的顯示、線路的重動(dòng)等,綜合判斷學(xué)員的實(shí)際操作能力[3-4]。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
在系統(tǒng)中,PLC采用三菱公司生產(chǎn)的Q02H型號(hào),帶有以太網(wǎng)通訊接口,并可支持4 096個(gè)節(jié)點(diǎn),所有的節(jié)點(diǎn)通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式串聯(lián)起來(lái)。而且,該款PLC支持結(jié)構(gòu)化編程,內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的RAM及ROM,采用USB編程接口,能支持100M以太網(wǎng)。上位機(jī)通過(guò)WEB SERVER模塊,直接監(jiān)控PLC,實(shí)現(xiàn)了程序監(jiān)控、讀寫(xiě)等遠(yuǎn)程維護(hù)功能。
3變電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
在變電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,采用了Citect SCADA組態(tài)軟件,對(duì)每一個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)一個(gè)組態(tài)畫(huà)面,通過(guò)頁(yè)面的切換,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有功能的操作測(cè)試。其中,組態(tài)畫(huà)面有:系統(tǒng)接線總畫(huà)面,220KV進(jìn)線畫(huà)面,220KV出線畫(huà)面,220KV母聯(lián)畫(huà)面,220KV旁路畫(huà)面,220KV 1號(hào)主變畫(huà)面,220KV 2號(hào)主變畫(huà)面,110KV設(shè)備畫(huà)面,35KV線路畫(huà)面,以及用于狀態(tài)監(jiān)控的光字牌畫(huà)面。在組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)中,可以采用Citect軟件本身帶有的圖符集,并且也支持位圖。通過(guò)控制組態(tài)畫(huà)面里的標(biāo)簽變量,完成系統(tǒng)的各個(gè)功能。在系統(tǒng)內(nèi),主要采用變量標(biāo)簽,由于涉及的控制量均為開(kāi)關(guān)量,在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)類(lèi)型上,即都選擇了digital類(lèi)型,而對(duì)變量標(biāo)簽的地址,則應(yīng)與PLC地址保持一致。通訊采用MELSECQ協(xié)議,這是日本三菱電機(jī)公司的通訊協(xié)議,在Citect組態(tài)軟件中,通過(guò)設(shè)置端口名稱(chēng)以及以太網(wǎng)參數(shù)設(shè)置,即可實(shí)現(xiàn)與三菱PLC的通訊。
3.1Citect通訊設(shè)置
Citect能和具有通訊口或數(shù)據(jù)通道的任何I/O設(shè)備通訊,包括可編程控制器(PLC),通過(guò)直接和I/O設(shè)備通訊,使得數(shù)據(jù)在設(shè)備與控制系統(tǒng)之間傳輸。在Citect通訊設(shè)置中,對(duì)于每一個(gè)Citect工程,都必須至少定義一個(gè)I/O Server。而且,對(duì)于在Citect中用到的每一個(gè)I/O Device都必須配置正確的通訊協(xié)議,并進(jìn)行通訊參數(shù)的相應(yīng)設(shè)置。可以通過(guò)選擇快速I(mǎi)/O設(shè)置向?qū)?,按有關(guān)步驟依序進(jìn)行。此處創(chuàng)建I/O服務(wù)器,將其命名為IOServer,再[下一步]新建I/O設(shè)備,由于采用了三菱公司的Q02H型號(hào)PLC,故命名為q_plc,選擇的I/O設(shè)備類(lèi)型為外部I/O設(shè)備,選用的驅(qū)動(dòng)即為三菱Mitsubishi中的Melsec Q/QnA series下的Ethernet (TCP/IP),在其下的IP地址中,應(yīng)與PLC中設(shè)置的IP地址相同,故為192.168.0.2,通訊板上的端口則為5002。
3.2變量的設(shè)置
變量標(biāo)簽是定義在I/O Device和Citect I/O Server之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。每一個(gè)變量標(biāo)簽都有自己的變量名,相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型以及地址。在這里,由于涉及的數(shù)據(jù)量大部分是針對(duì)與PLC交互的,因而變量的類(lèi)型主要分為PLC輸入的變量、PLC輸出的變量、中間變量。對(duì)于輸入輸出變量標(biāo)簽,地址應(yīng)與PLC的I/O地址相一致。具體地,可以通過(guò)點(diǎn)擊添加、替換、刪除等按鈕,實(shí)現(xiàn)對(duì)變量標(biāo)簽的增加、修改、刪除操作[5]。此外,對(duì)于數(shù)目較大的變量標(biāo)簽,可以采用Microsoft Excel工具添加標(biāo)簽,打開(kāi)\Citect\User\工程文件名\下的Variable.dbf即可。
3.3Cicode語(yǔ)言
在Citect組態(tài)軟件中,支持Cicode和VBA兩種語(yǔ)言。其中,Cicode是一種簡(jiǎn)單易用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言,是針對(duì)工廠自動(dòng)化監(jiān)控而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言,其變量的定義類(lèi)似C語(yǔ)言,而語(yǔ)法則類(lèi)似Visual Basic語(yǔ)言。使用Cicode,用戶可以直接實(shí)時(shí)訪問(wèn)Citect工程數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)變量,如變量標(biāo)簽、報(bào)警、趨勢(shì)以及報(bào)表等,也可以控制組態(tài)頁(yè)面上的符號(hào)、趨勢(shì)和按鈕等動(dòng)態(tài)組件,還能支持多任務(wù)、多線程和遠(yuǎn)程調(diào)用[6]。通過(guò)Cicode語(yǔ)句,可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)使用菜單工具或某一單獨(dú)函數(shù)而無(wú)法完成的復(fù)雜操作。
3.4一次系統(tǒng)接線監(jiān)控畫(huà)面
在設(shè)置完成通訊參數(shù)和變量標(biāo)簽后,可以進(jìn)行組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)。如圖2所示,一次系統(tǒng)接線監(jiān)控畫(huà)面主要包括220KV線路監(jiān)控畫(huà)面,110KV線路監(jiān)控畫(huà)面,35KV線路監(jiān)控畫(huà)面以及切換畫(huà)面等。在設(shè)計(jì)畫(huà)面上,通過(guò)不同的顏色區(qū)分不同的控制部分,如220KV線路,包括母聯(lián)和旁路以及一號(hào)和兩號(hào)主變,均采用褐色;而110KV設(shè)備線路,采用了紅色;35KV的線路則采用了綠色,對(duì)于10KV主變,即采用了黑色。在組態(tài)畫(huà)面上,通過(guò)右下方的按鈕鏈接,可以實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的切換。
3.5回路監(jiān)控畫(huà)面
在每一個(gè)組態(tài)畫(huà)面上,通過(guò)右下方的按鈕鏈接,跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的回路監(jiān)控畫(huà)面?;芈繁O(jiān)控畫(huà)面包括220KV母聯(lián)、220KV旁路、220KV 1#主變、220KV 2#主變、110KV設(shè)備、10KV線路、35KV線路、35KV分段等組態(tài)畫(huà)面。
每一個(gè)組態(tài)畫(huà)面,都有正母閘刀、副母閘刀、接地閘刀以及SF6閉鎖分閘,由于正副母閘刀不能同時(shí)合上以及接地閘刀和SF6閉鎖分閘刀不能同時(shí)合上,存在互鎖功能。設(shè)計(jì)時(shí),在組的屬性訪問(wèn)欄里,通過(guò)邏輯組合,設(shè)定互鎖功能[7],如對(duì)110KV設(shè)備組態(tài)畫(huà)面的7 031正母閘刀進(jìn)行互鎖,即禁止訪問(wèn)的條件為:m535=1 or m536=1 or m537=1。其中,m535、m536、m537分別為副母閘刀、接地閘刀、SF6閉鎖分閘刀的狀態(tài)。通過(guò)函數(shù)toggle(),實(shí)現(xiàn)組態(tài)畫(huà)面閘刀的開(kāi)合動(dòng)作。
對(duì)于比較重要的,如SF6閉鎖分閘刀的開(kāi)合,通過(guò)內(nèi)嵌Citect集成的Cicode函數(shù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)作確認(rèn)的人機(jī)界面,以防操作員出現(xiàn)誤動(dòng)作。其函數(shù)為FUNCTION tt(STRING sTAG,STRING sHINT1,STRING sHINT2)。函數(shù)中,sTAG代表要觸發(fā)的變量標(biāo)簽,sHINT1和sHINT2代表提示。具體代碼為:
3.6狀態(tài)顯示光字牌的設(shè)計(jì)
在測(cè)試操作的同時(shí),通過(guò)光字牌顯示來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)的狀態(tài),包括流變的顯示。當(dāng)進(jìn)行某一操作時(shí),相應(yīng)的光字牌上就顯示紅條框。而光字牌也是通過(guò)讀取變量標(biāo)簽的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行顯示,還可通過(guò)右下角的按鈕翻看下一頁(yè)的狀態(tài)顯示,如圖4所示。
4通信功能
在CITECT組態(tài)軟件與實(shí)訓(xùn)教師管理平臺(tái)的通訊方式上,采用目前較為流行、更為常用的DDE數(shù)據(jù)交換,主要適用于對(duì)數(shù)據(jù)交換要求不是很高的情況。而且,DDE數(shù)據(jù)交換既可以在本地計(jì)算機(jī)上,也可以在同一網(wǎng)絡(luò)的不同計(jì)算機(jī)上。而Citect組態(tài)軟件既可以做DDE服務(wù)器,也可以做DDE客戶端。此外,在基于delphi軟件開(kāi)發(fā)的實(shí)訓(xùn)教師管理平臺(tái)內(nèi),通過(guò)調(diào)用DDE實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的交換,調(diào)用的格式如:
5結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)Citect組態(tài)軟件在變電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用,簡(jiǎn)潔扼要地介紹了系統(tǒng)的組成、Cicode函數(shù)的編寫(xiě)以及通過(guò)DDE數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)管理平臺(tái)與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。通過(guò)直觀友好的組態(tài)畫(huà)面,使學(xué)員能快速掌握變電站的操作要領(lǐng),進(jìn)而提高其相應(yīng)的職業(yè)操作技能。
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