戴迪，王麗麗，鄭華，閻冬梅

(1.湖北超高壓輸變電公司，湖北 武漢 430050；2.三峽電力職業(yè)學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

1 前言

MACH2(Modular advanced control HVDC＆SVC 2ndedition)系統(tǒng)稱為超高壓直流以及輸電以及靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)诙K化高級(jí)控制系統(tǒng)，是ABB公司開發(fā)的用于輸電工程的一種控制保護(hù)系統(tǒng)。MACH2系統(tǒng)是一種基于軟件和硬件的開發(fā)平臺(tái)，也是一種適用于直流輸電的控制保護(hù)系統(tǒng)。

MACH2系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分組成:

硬件:包括標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)計(jì)算機(jī)、PCI板卡，多種專用電路板。

軟件:包括操作系統(tǒng)(XEX，Win NT)及相關(guān)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件，編程和調(diào)試環(huán)境Hidraw，輔助系統(tǒng)等。

MACH2系統(tǒng)盡可能多的使用商業(yè)的“集成軟件”，以Window NT/XP為基礎(chǔ)的HMI人機(jī)接口(Human Machine Interface)、暫態(tài)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和查看器、通訊等組成。常見的MACH2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)MACH2系統(tǒng)整體可分為兩個(gè)層次:站層和設(shè)備層。其中，站層主要包括SCADA和遠(yuǎn)動(dòng)通訊系統(tǒng)及站級(jí)CAN網(wǎng)，設(shè)備層則包括交直流站控系統(tǒng)、直流極控系統(tǒng)、直流保護(hù)系統(tǒng)等。HMI程序工作于圖1所示的SCADA工作站上，故本文的主要研究對(duì)象為站層。目前江陵換流站采用的是直流輸電系統(tǒng)中較為常用的MACH2系統(tǒng)，故本文以江陵換流站為例對(duì)其HMI程序進(jìn)行研究和分析。

2 MACH2系統(tǒng)HMI實(shí)現(xiàn)

2.1 InTouch介紹

現(xiàn)在在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，使用了多種人機(jī)界面，有的是通用軟件，有的是專門開發(fā)的軟件。目前江陵換流站使用的是基于InTouch開發(fā)的HMI，In-Touch和這些軟件相比，主要特點(diǎn)是［1］:

(1)最大限度的開放性。InTouch的運(yùn)行環(huán)境是WinNT/XP，基本的通訊格式包括“快速DDE”和SuiteLink。其中，快速DDE兼容微軟的 DDE，因此許多Windows下運(yùn)行的軟件都可以與InTouch直接通訊。為了與其他設(shè)備通訊，InTouch有600種通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件(I/O Server)，可以與不同的設(shè)備通訊。InTouch還提供了一個(gè)工具軟件，幫助編寫通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件。

圖1 MACH2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(2)網(wǎng)絡(luò)功能。InTouch支持微軟的各種網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)非常簡(jiǎn)單。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)功能。InTouch除了自身帶有數(shù)據(jù)庫(kù)以外，還支持SQL語(yǔ)言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

(4)易使用和掌握。InTouch的編程因?yàn)榉椒ǚ浅：?jiǎn)單，所以多稱為組態(tài)，是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的工程人員，任何專業(yè)的工程技術(shù)人員和維修人員都可以掌握。一方面縮短了應(yīng)用開發(fā)周期，另一方面方便了變電站用戶修改和開放上位軟件。

圖2顯示用于構(gòu)建與運(yùn)行應(yīng)用程序的InTouch HMI核心組件。

圖2 Intouch核心組件關(guān)系圖

從圖2可以看出，整個(gè)Intouch HMI由應(yīng)用程序管理器、Windows Maker、Windows Viewer以及用戶 HMI程序構(gòu)成，通過(guò)應(yīng)用程序管理器可以分別啟動(dòng)Windows Maker和Windows Viewer組件對(duì)用戶HMI程序進(jìn)行編輯和運(yùn)行。目前江陵換流站全部OWS均安裝了Windows Viewer，但僅在 EWS上安裝了 Windows Maker，通過(guò) Windows Maker可以查看HMI內(nèi)部的代碼，了解整個(gè)HMI程序運(yùn)行過(guò)程。

2.2 標(biāo)記

在InTouch應(yīng)用程序中，標(biāo)記代表數(shù)據(jù)項(xiàng)，在腳本中相當(dāng)于全局變量。對(duì)于需要使用應(yīng)用程序?qū)ζ鋵傩赃M(jìn)行監(jiān)視或控制的過(guò)程組件，可以為其創(chuàng)建標(biāo)記。

在Intouch中標(biāo)記可分為內(nèi)存標(biāo)記和I/O標(biāo)記，內(nèi)存標(biāo)記相當(dāng)于本地變量和其他語(yǔ)言一樣，這些變量用于存放程序運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)。I/O標(biāo)記存放的則不是數(shù)據(jù)而是一個(gè)遠(yuǎn)程的鏈接標(biāo)識(shí)，通過(guò)對(duì)I/O變量的調(diào)用，即可訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，若要使用I/O型變量，必需在標(biāo)記名典中對(duì)其訪問(wèn)名進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置［2］。

(1)訪問(wèn)名:可隨意填寫，為方便維護(hù)，一般使其與主題名相同。

(2)節(jié)點(diǎn)名:I/O Server所在上位機(jī)的IP地址，若其與InTouch安裝在同一臺(tái)機(jī)器上，則可不填。本例中，I/O Server裝MACH2前置機(jī)上，故該項(xiàng)應(yīng)填寫相應(yīng)的MACH2主機(jī)名。

(3)應(yīng)用程序名:InTouch所要訪問(wèn)的I/O Server的進(jìn)程名稱。

(4)主題名:應(yīng)與I/O Server中的對(duì)應(yīng)的 Topic Name(題名)相同，以保證InTouch與I/O Server的正常通訊。

在MACH2系統(tǒng)中前置機(jī)上的各種模擬及開關(guān)量正是通過(guò)I/O標(biāo)記取得的，下面將對(duì)I/O標(biāo)記如何在江陵站HMI程序中獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程做一個(gè)深入的分析。

HMI與前置MACH2主機(jī)交換數(shù)據(jù)是通過(guò)I/O標(biāo)記來(lái)完成的，通過(guò)使用不同的I/O標(biāo)記HMI可以從前置機(jī)獲得狀態(tài)信息、數(shù)值信息等。在前置MACH2主機(jī)中所運(yùn)行的MAIN程序起到了I/O Server的作用，MAIN程序?qū)⑴渲煤玫腎/O標(biāo)記利用站LAN和SuiteLink協(xié)議將這些標(biāo)記共享給OWS等運(yùn)行HMI程序的機(jī)器。HMI程序通過(guò)配置好的I/O標(biāo)記獲得這些被共享的I/O標(biāo)記信息，其詳細(xì)過(guò)程如圖3所示［3］。

圖3 I/O標(biāo)記數(shù)據(jù)交換示意圖

圖3中MACH2主機(jī)在站LAN里的主機(jī)名應(yīng)為HMI程序里訪問(wèn)名中的節(jié)點(diǎn)名稱，應(yīng)用程序名則應(yīng)為MACH2主機(jī)上提供I/O服務(wù)的程序的進(jìn)程名，這里應(yīng)為MAIN。主題名和項(xiàng)目名稱應(yīng)與MAIN程序共享的主題名和項(xiàng)目名對(duì)應(yīng)。

2.3 狀態(tài)量數(shù)據(jù)交換分析

首先在 Windows Maker界面打開窗口 Jingzhou LAN，如圖4所示。

圖4 Jingzhou LAN窗口編輯界面

本文將以ACP1A狀態(tài)指示燈為例，分析開關(guān)量是如何從MACH2前置主機(jī)最終傳遞到HMI界面上的。雙擊ACP1A旁的綠色方塊，出現(xiàn)該方塊的屬性對(duì)話框，在屬性對(duì)話框中選擇模擬屬性彈出圖5窗口。

將以上表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果和斷點(diǎn)值進(jìn)行比較即可決定該長(zhǎng)方形對(duì)象的顏色，在InTouch里最多可設(shè)置9個(gè)斷點(diǎn)值，最多可改變10種顏色。從圖6中可以看到該對(duì)象共使用了4個(gè)斷點(diǎn)值從而劃分出了5個(gè)顏色區(qū)間，其顏色與表達(dá)式值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

圖5 ACP1A狀態(tài)指示方塊模擬屬性

表1 表達(dá)式與顏色對(duì)應(yīng)表

下面以ACP11SystemActive標(biāo)記為例來(lái)分析該標(biāo)記的值是從何處獲得的。

為了了解ACP11SystemActive標(biāo)記獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程，首先必須找到ACP11SystemActive標(biāo)記獲取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。啟動(dòng)Intouch應(yīng)用程序管理器，在應(yīng)用程序選擇列表中，選擇江陵換流站目前所使用的HMI程序，選定后啟動(dòng)Windows Maker進(jìn)入開發(fā)界面。在開發(fā)界面中選擇“特別”菜單，在彈出的下拉菜單中選擇標(biāo)記管理器，之后出現(xiàn)圖6窗口。

圖6 標(biāo)記名屬性對(duì)話框

點(diǎn)擊選擇按鈕后彈出標(biāo)記名列表，從列表中找到ACP11SystemActive標(biāo)記，選擇該標(biāo)記即可進(jìn)入該標(biāo)記的屬性對(duì)話框。點(diǎn)擊圖7中的訪問(wèn)名按鈕，彈出訪問(wèn)名列表，選擇ACP11SystemActive標(biāo)記對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)名ACP1A，點(diǎn)擊修改進(jìn)入訪問(wèn)名配置對(duì)話框，如圖7所示。

從圖6和圖7可以看出ACP11SystemActive標(biāo)記是一個(gè)I/O標(biāo)記，它對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)名為ACP1A。它使用SuiteLink協(xié)議從主機(jī)名為X51的主機(jī)上的Main程序獲取數(shù)據(jù)。在EWS上打開資源管理器查看站LAN上的計(jì)算機(jī)后發(fā)現(xiàn)站LAN上并沒(méi)有主機(jī)名為X51的計(jì)算機(jī)，由此可以判斷，該I/O標(biāo)記的主機(jī)名是在HMI程序運(yùn)行時(shí)重新指定的。

圖7 訪問(wèn)名配置對(duì)話框

選擇“特別”菜單下的腳本按鈕，點(diǎn)擊應(yīng)用程序腳本，此時(shí)可以查看應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行時(shí)和結(jié)束時(shí)所執(zhí)行的腳本。在應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)包含如下腳本:

CALL StartupScript();

由上面代碼可以看出，應(yīng)用程序在啟動(dòng)時(shí)調(diào)用了StartupScript函數(shù)，在 QuickFunction中找到 Startup-Script函數(shù)，該函數(shù)部分代碼如下:

………

CALL ReadConsolData();

CALL SetDdeApplicationTopic();

由以上代碼可以看到StartupScript函數(shù)調(diào)用了ReadConsolData函數(shù)，在 ReadConsolData函數(shù)中可以找到如下兩段代碼:

IniFileName=InfoInTouchAppDir()+“Application.INI”;

Mach2_ACP1A =INIReadString(IniFileName，“INIT”，“Mach2 S1 ACP1A Node Name”);

第一行代碼是獲取HMI程序全路徑，并將該路徑輸出到內(nèi)存標(biāo)記IniFileName，第二行代碼是從該路徑下的 Application.INI文件中找出 Mach2 S1 ACP1A Node Name對(duì)應(yīng)的值，并將結(jié)果返回給內(nèi)存消息標(biāo)記Mach2_ACP1A。

在當(dāng)前HMI程序目錄下找到 Application.INI文件，用記事本打開，發(fā)現(xiàn)如下配置信息:

………

Mach2 S1 ACP1A Node Name=GG_S1－ACP1A

Mach2 S1 ACP1B Node Name=GG_S1－ACP1B－

而站LAN中ACP1A主機(jī)的主機(jī)名為GG_S1－ACP1A－，可見第二行代碼已將正確的ACP1A的主機(jī)名傳遞給了標(biāo)記Mach2_ACP1A。

ReadConsolData函數(shù)執(zhí)行完后又重新返回StartupScript函數(shù)，而StartupScript函數(shù)又調(diào)用了 SetDde-ApplicationTopic函數(shù)，打開該函數(shù)可以找到以下腳本:

IOSetAccessName( “ACP1A”，Mach2_ACP1A，“”，“”);

IOSetAccessName函數(shù)的功能正是實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)名的重新配置，該語(yǔ)句的含義是將Mach2_ACP1A中的字符變量作為訪問(wèn)名ACP1A的節(jié)點(diǎn)名。由此可以看到ACP1A訪問(wèn)名已經(jīng)配置正確，此時(shí)標(biāo)記名ACP11SystemActive就可以通過(guò) SuiteLink協(xié)議和站LAN獲取ACP1A主機(jī)上的標(biāo)記信息。該標(biāo)記獲得數(shù)據(jù)后通過(guò)和表達(dá)式內(nèi)的其他標(biāo)記共同計(jì)算出表達(dá)式內(nèi)的值從而確定長(zhǎng)方形對(duì)象的顏色為用戶提供當(dāng)前主機(jī)的工作狀態(tài)［4］。

2.4 HMI與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換分析

HMI程序除了從MACH2主機(jī)獲取各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)外還要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將各種事件從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取到HMI程序中來(lái)。首先簡(jiǎn)要介紹一下SQL訪問(wèn)管理器。

在Intouch中數(shù)據(jù)庫(kù)在共享的屬性或字段的表中存儲(chǔ)信息?！敖Y(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言”(Structured Query Language，簡(jiǎn)稱SQL)是以查詢的形式訪問(wèn)該類信息的語(yǔ)言?！癝QL訪問(wèn)管理器”讓您可以使用查詢來(lái)訪問(wèn)、修改、創(chuàng)建以及刪除數(shù)據(jù)庫(kù)表。在HMI使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟可分為如下3步:

(1)連接數(shù)據(jù)庫(kù)

連接SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)使用函數(shù)SQLConnect，其語(yǔ)法格式如下:

［ResultCode=］SQLConnect(ConnectionID，“ConnectString”):

SQLConnect()返回一個(gè)值給 ConnectionID參數(shù)，后續(xù)的所有SQL函數(shù)都將它用作參數(shù)。

(2)填寫SQL腳本

填寫SQL腳本的工作由函數(shù)SQLAppendStatement完成，其語(yǔ)法格式為:

［ResultCode=］SQLAppendStatement(Connection-ID，“SQLStatement”):

SQLAppendStatement()函數(shù)使用字符串得內(nèi)容來(lái)追加SQL語(yǔ)句。返回值指出在函數(shù)調(diào)用過(guò)程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。

(3)執(zhí)行SQL語(yǔ)句返回結(jié)果

SQLExecute函數(shù)在腳本中運(yùn)行 SQL查詢。其語(yǔ)法為:

SQLExecute(ConnectionID，BindList，StatementID):

如果語(yǔ)句包含 SELECT，則 BindList參數(shù)指定用于綁定數(shù)據(jù)庫(kù)列與 InTouch標(biāo)記的“綁定列表”的名稱。如果“綁定列表”為 NULL，則不進(jìn)行任何關(guān)聯(lián)標(biāo)記的操作。

下面以江陵換流站“Event List”事件列表實(shí)現(xiàn)列表顯示為例，說(shuō)明以上三個(gè)函數(shù)是如何將數(shù)據(jù)庫(kù)記錄顯示到InTouch界面上的。

首先簡(jiǎn)要介紹一下江陵換流站SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)的表結(jié)構(gòu)。江陵換流站數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用SQL Server 2008，其數(shù)據(jù)庫(kù)名為SCMDB，其中共有48張表，其中事件均存放在Point表中。當(dāng)日事件存放于Event表中，其他一些表作為Point表的外鍵表或存放一些輔助信息。

打開Windows Maker查看其中QuickFunction中的BottomOfEventList函數(shù)，發(fā)現(xiàn)如下代碼:

CALL PrepareEventStatement();

ResultCode=SQLExecute(EventListConnectionID，“SQLBindlist”，SQLHandle);

查看PrepareEventStatement函數(shù)發(fā)現(xiàn)如下代碼:

ResultCode=SQLConnect(EventListConnection-ID，“DSN=”+ODBC_DSN+“;UID=”+ODBC_User+ “;PWD=ows”);

ResultCode = SQLAppendStatement(EventList-ConnectionID，“Select* from event”);

SQLAppendStatement ( EventListConnectionID，EventSelectSTR):

SQLAppendStatement ( EventListConnectionID，EventSelectSTR2);

在PrepareEventStatement函數(shù)內(nèi)，第一行代碼實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，并將連接存放在了標(biāo)記EventList-ConnectionID中，后面三行代碼實(shí)現(xiàn)了該連接的查詢語(yǔ)句，其中EventSelectSTR和EventSelectSTR2的值標(biāo)記可以在InitSelectStrings函數(shù)中找到在這里不再詳細(xì)介紹。

PrepareEventStatement函數(shù)執(zhí)行完后返回 BottomOfEventList函數(shù)并利用SQLExecute函數(shù)完成將查詢到的數(shù)據(jù)集綁定到SQLBindlist列表中。SQLBindlist的列表綁定配置如圖8所示。

此時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)被加載到SQLBindList中，之后通過(guò)進(jìn)一步調(diào)用InsertEventRow函數(shù)將該列表中的每一行插入到HMI的顯示界面中，便實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢操作。

以上介紹了InTouch與MACH2系統(tǒng)各主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換過(guò)程，這對(duì)于排除各種InTouch程序界面顯示異?；驍?shù)據(jù)不刷新故障有著重要意義。

圖8 列表綁定配置

3 總結(jié)與展望

本文以ABB公司的MACH2系統(tǒng)為例，介紹了目前直流系統(tǒng)所采用的控制保護(hù)系統(tǒng)，不足之處有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善，對(duì)于控制保護(hù)軟件仍需深入研究。

［1］ 尹麗娟，徐勤.InTouch組態(tài)軟件在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(13)：3273 －3276.

［2］ 安連祥，蔡召君，張少如，等.InTouch在冷軋機(jī)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程，2007，32(22)：225 －226.

［3］ 張穎，史麗萍，張廣龍.基于組態(tài)軟件InTouch的變電所監(jiān)控系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006(26)：323 －324.

［4］ Wonderware.InTouch9.0 使用手冊(cè)［Z］，2006.