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)變電站實時監(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“無人值班，少人值守”的變電站發(fā)展趨勢，采用組態(tài)王電力版（6.53）軟件開發(fā)設(shè)計，通過上位機與下位機的數(shù)據(jù)實時傳輸，實現(xiàn)人機界面友好，運行可靠的監(jiān)控系統(tǒng)。此監(jiān)控系統(tǒng)不僅實現(xiàn)遙調(diào)、遙測、遙控、遙信的“四遙”基本功能，而且可以實現(xiàn)曲線、報警、打印、數(shù)據(jù)庫管理等功能，可應(yīng)用于變電站和電力企業(yè)的實時監(jiān)控。

變電站；組態(tài)王；監(jiān)控系統(tǒng)

（一）前言

由于計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化技術(shù)的提升，變電站自動化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，它不僅提高了變電站的安全與經(jīng)濟運行水平，降低變電站造價，而且正逐步實行“無人值班，少人值守”。變電站自動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行方式，它實現(xiàn)的前提是電力系統(tǒng)的運行和管理水平的提高，但高成本，自主開發(fā)實時監(jiān)控系統(tǒng)此時呈現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

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，不需要單獨進行具體電路設(shè)計，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）進行變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件的組態(tài)工作，來實現(xiàn)變電站各種數(shù)據(jù)的采集、處理和記錄及報警、打印各種棒圖等。

（二）系統(tǒng)總體設(shè)計思路與理論依據(jù)

變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、信號實時采集入計算機，進行實時顯示，并能夠在線切換設(shè)備的運行狀態(tài)，打印報表和歷史或?qū)崟r曲線，進行監(jiān)控系統(tǒng)的界面設(shè)計和數(shù)據(jù)顯示動畫連接，實現(xiàn)遙測、遙調(diào)、遙信和遙控，開發(fā)出一個能夠良好運行的小型變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)。

變電站實時監(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算機，不同的硬件設(shè)施就可以運用組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，并可以根據(jù)需要進行相應(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)

變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機和下位機組成，上位機和下位機之間通過電纜利用串行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。上位機由軟件和硬件組成，主要功能是向下位機讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，生成各種曲線和完成一些操作；下位機通過電纜與上位機進行通信，主要負責(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)，繼電保護動作信號、運行告警信號，有功電能、無功電能等。

由于上位機串口要與多個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，實現(xiàn)一個計算機串口與多個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)王是運行于Microsoft Windows中文平臺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，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，可以實現(xiàn)實時多任務(wù)。并且軟件運行穩(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，便于進行二次開發(fā)。

1.系統(tǒng)開發(fā)的難點

（1）系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫

實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王開發(fā)軟件的核心，在建立合理的實時數(shù)據(jù)庫之前必須對整個變電站的構(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)對象是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，有開關(guān)型、數(shù)值型、字符型、事件型、組對象和內(nèi)部數(shù)據(jù)對象等六種類型，它反映了監(jiān)控對象的各種屬性，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)運行時間、保護動作順序記錄等。

（2）系統(tǒng)硬件及其通訊參數(shù)

針對不同硬件，系統(tǒng)必須測量不同數(shù)值和類型的數(shù)據(jù)，上位機與下位機通過電纜利用串行接口實現(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

在確定系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫后，要將相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象反映到人機界面中。

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)計了一套單母線分段式主接線、升降壓按鈕、時鐘顯示、報警指示燈、用戶登錄界面、以及與各種曲線動態(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算機系統(tǒng)之間通信可以通過人機界面實現(xiàn)，可以在人機界面上完成設(shè)定參數(shù)、報警、報表打印、實時或歷史曲線在線顯示、SOE測試等操作。此外，主界面還可以實時顯示主變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)用程序命令語言對話框。

\本站點年=\本站點$年；

\本站點月=\本站點$月；

\本站點日=\本站點$日；

\本站點日期標志=1；

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

停止時的命令語言：

SQLConnect(DeviceID)

自定義函數(shù)命令語言可以實現(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，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)置時期選擇控件時，需要定義無返回類型的年月日。

年=ADate4.Year;

月=ADate4.Month;

日=ADate4.Day;

\本站點日期標志=1；

3.監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫定義

數(shù)據(jù)庫是組態(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，它既通過下位機對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，又支持這些數(shù)據(jù)進行曲線生成。數(shù)據(jù)庫定義包括變量名、變量類型、初始值、數(shù)值范圍、連接設(shè)備、寄存器和報警組。

本系統(tǒng)要實現(xiàn)變電站不同設(shè)備不同參數(shù)的顯示與采集，現(xiàn)場狀況要以動畫的形式在主界面上顯示，操作人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)控等都是以實時數(shù)據(jù)庫為中心，因此對于不同參數(shù)，變量名最好與采集的參數(shù)名相一致。

4.監(jiān)控系統(tǒng)報警窗口設(shè)計

針對下位機采集的數(shù)據(jù)類型，本系統(tǒng)報警窗口有兩種：一種是遙信報警，用于監(jiān)測斷路器、隔離開關(guān)、變壓器、繼電保護裝置等儀器的狀態(tài)；另一種是遙測報警，主要用于監(jiān)測各段母線、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。通過這些報警窗口，用戶可以方便的監(jiān)視和查看系統(tǒng)的報警、操作和各個工作站的運行情況。

當(dāng)報警事件發(fā)生時，組態(tài)王把這些事件存于內(nèi)存中的緩沖區(qū)中，并以先進先出的隊列形式存儲；當(dāng)緩沖區(qū)達到一定數(shù)目或記錄定時時間到時，系統(tǒng)會自動將報警和事件信息寫到報警存儲文件、打印機或數(shù)據(jù)庫中，報警在報警窗口中會按照設(shè)置的過濾條件實時顯示出來。

5.監(jiān)控系統(tǒng)曲線設(shè)計

變電站時間監(jiān)控系統(tǒng)曲線包括實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線，通過不同曲線的變化情況可以對站內(nèi)進行實時監(jiān)控和了解數(shù)據(jù)的歷史變化情況。實時趨勢曲線顯示一個或多個數(shù)據(jù)對象數(shù)值的動畫圖形，實時記錄數(shù)據(jù)對象值的變化情況。

實時趨勢曲線用絕對時間為橫軸標度，構(gòu)件顯示的是數(shù)據(jù)對象的值與時間的函數(shù)關(guān)系；歷史趨勢曲線的功能是實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽。運行時，歷史曲線能夠根據(jù)需要畫出相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢效果圖，對于歷史數(shù)據(jù)的變化有一個很好的體現(xiàn)和描述。

圖3 實時趨勢曲線與歷史趨勢曲線

設(shè)計中，在實時趨勢曲線和歷史趨勢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)對象：電壓、電流，有功和無功。選擇“絕對時鐘實時（或歷史）趨勢曲線”作為橫坐標的標度，顯示各數(shù)據(jù)對象隨時間的變化曲線。

6.監(jiān)控系統(tǒng)報表打印設(shè)計

數(shù)據(jù)報表反映變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，是對數(shù)據(jù)進行記錄的一種重要形式，是設(shè)計過程不可缺少的一個部分。

本系統(tǒng)報表打印模塊設(shè)計包括實時報表和日報表。實時報表以秒為單位對變電站采集的數(shù)據(jù)進行記錄，反映系統(tǒng)實時的工作情況；日報表記錄每天從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)自動打印出日報表，進行統(tǒng)計分析，使操作人員能夠?qū)崟r掌握和分析生產(chǎn)情況。

（五）系統(tǒng)意義

本系統(tǒng)運用組態(tài)王電力版（6.53）軟件實現(xiàn)上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，運行穩(wěn)定，大大縮短開發(fā)周期和變電站勞動強度，提高了系統(tǒng)的可靠性，可應(yīng)用于變電站和電力企業(yè)的實時監(jiān)控，其核心在于下位機進行現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集，并利用串行接口傳輸至上位機構(gòu)成數(shù)據(jù)庫。隨著新型變電站運行方式的普及，本系統(tǒng)為實現(xiàn)“無人值班，少人值守”提供了可靠的基礎(chǔ)，獲得滿意的實踐效果，具有工程實際推廣價值。

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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，研究方向為自動發(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。