（电力系统及其自动化专业论文）变电站实时监控系统的研究.pdf

abstract this paper introduces the development of monitoring and control system in power system, and discusses the method of real-time monitoring and control system of the transformer substation. in the system the master station communicates with the intelligent terminals (rtu) through rs-232-c bus, and realize the real-time monitoring and control of some parameter for the substation, such as voltage, current, active power, power factor and so on. the system has a friendly man-machine interface (mmi) which program with vc+ and compatible with windows 2000. using application programming interfaces and multiple threading, the system enhances the stability and real-time communication. in addition, the usage of communication protocol in domestic transformer substation automation system has been confused. basically, each vender has not used unified standard, so that devices communication between different venders is difficult, and that makes great hidden trouble to system maintenance and update. the thesis puts forward a case through creates a database of communication protocol. in this way, the system can supports varies communication protocol and the protocol update convenience. the experimental operation results show that the system, being satisfied with the design requirements, can operate stably and reliably. keyword: real-time monitoring and control system rs232c communication protocol iii 三峡大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明 确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期： i 引 言 变电站实时监控系统是变电站自动化的核心。通过监控系统的局域通讯网络，实 时监控系统把变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和 远动装置等）采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据 处理及功能的重新组合， 按照预定的程序和要求， 对变电站实现综合性的监视和调度。 从而实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监控、测量、控制、微机保护 以及与调度通讯等综合性的自动化功能。 1 1 绪论 1.1 变电站自动化概述 变电站是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可 靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工 作性能。在常规变电站中，继电保护、中央信号系统、变送器、远动及故障录波装置 等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，而且站内配置有大量控制、保护、计量 用屏盘。这些设备设置复杂，占地面积大，日常维护管理工作繁重，一旦出现了所料 未及的设备故障，便会给整个变电站的运行带来灾难性的后果。 随着计算机技术的发展，变电站的装置开始采用微机技术。微机化后的设备体积 缩小，可靠性提高，使变电站设计简捷、布局紧凑，变电站的运行更加安全可靠。从 技术管理的综合自动化方面，人们考虑全微机化变电站二次部分的优化设计，合理的 共享软件和硬件资源，提出了变电站自动化。 变电站自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自 动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电 子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自 动监控、测量、控制、微机保护以及调度通信等自动化功能。 变电站自动化系统的基本配置如图所示： 中心处理机调制解调时钟系统 调度端 网络 模拟量开关量采集装置 综合测量控制装置 继电保护装置 自动装置 遥控遥调装置 保护单元 1保护单元 2保护单元 3保护单元 n 工作站 主控 图 1.1 变电站自动化系统基本配置图 图 1.1 变电站自动化系统基本配置图 1.2 课题的提出 电力系统地域广阔，电网结构复杂。为了保证电力系统运行的安全性和经济性， 2 变电站调度人员必须随时了解电网的运行情况，这就需要调度人员快速、准确的获得 运行时的电网数据，并及时对事故或异常情况采取相应的处理，使电网经济、安全、 稳定运行。当调度人员面对复杂繁多的数据时，使用人工方式显然已经不能正常的处 理。变电站自动化通过监控系统，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采集的 模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组 合，按照预定的程序和要求，对变电站实现综合性的监视和调度。因此，监控系统的 实时性和准确性对整个系统性能的重要性不言而喻。 同时，变电站的这些自动设备所使用的通讯规约种类繁多，各个厂商之间的产品 并不能很好的兼容，需要进行费时费力的规约转换，影响着自动化的发展。 鉴于此，本文对通用的变电站实时监控系统的进行了研究。 1.3 实时监控系统的发展概况 国际上对于变电站自动化的研究，可追溯到上个世纪，到现今已取得了令人瞩目 的进展。早在七十年代末，日本就研制出了世界上第一套综合数字式保护和控制系统 sdcs-。此后，美国、英国、法国、德国等一些发达国家也相继在此领域内取得不 同程度的进展。在八十年代初，美国一家电力公司研制了 impac 模块化保护和控制 系统。 美国西屋公司和 epri 联合研制出了 spcs 变电站保护和控制综合自动化系统。 到 1984 年，瑞士的 bbc 公司首次推出了他们的变电站综合自动化系统。1985 年， 德国的西门子公司又推出了他们研制的第一套变电站综合自动化系统 lsa678。变电 站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。例如美国、德国、法国、意大利等 国家，在他们所属的某些电力公司里，大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值 班方式。 国内是从六十年代开始研制变电站自动化技术。到七十年代初，便先后研制出了 电气集中控制装置和集保护、 控制及信号为一体的 “四合一” 装置。 在八十年代中期， 由清华大学研制的 35kv 变电站微机保护、 监测自动化系统在威海望岛变电站投入运 行。与此同时，南京自动化研究院也开发出了 220kv 梅河口变电站综合自动化系统。 此外，国内许多高等院校及科研单位也在这方面做了大量的工作推出一些不同类型、 功能各异的自动化系统。 为国内的变电站自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作 用。 纵观我国七、八十年代的变电站自动化发展状况，可以看到，初期的变电站自动 化，只是在常规二次设备配置的基础上增加了计算机管理功能。如 crt 屏幕监视、 数值计算、自动巡检打印及自动报表等。所增加的这些计算机功能并不能取代常规的 操作监视设备，因而这种自动化方式只能称作计算机辅助管理。八十年代以后，由于 微机技术的发展，使变电站自动化技术得到了进一步的提高，但是此时的自动化管理 3 仍未涉及到继电保护、故障录波等功能。这种初期的自动化管理方式，各专业在技术 上相互独立，资源不能共享，设备设置重复，功能交叉覆盖，无论在技术上或是经济 上都不尽合理。进入九十年代后，由于数字保护技术的发展，才使得变电站综合自动 化技术产生了一个飞跃，使这项技术在我国进入了实质性发展阶段。目前国内推出的 较有代表性的装置应属南京自动化研究院生产的 dsa 和南京力导电子公司生产的 dmp300 变电站综合自动化系统。 由此可见，我国在变电站自动化技术方面，发展和应用前景是非常可观的。 1.4 本文研究的内容 本文首先分析了变电站综合自动化系统的整体设计方案， 然后从变电站综合自动 化对监控系统的要求出发，在确保稳定、可靠的前提下，设计实现了一套实时监控系 统，完成了对变电站各保护单元的“四遥”功能；完成上位机对数据进行查询、处理、 显示、保存功能；实现与其他应用软件的数据接口功能。本文主要做的工作包括： 1）查阅、收集了国内外变电站自动化系统的资料，并根据资料设计了实时监控 系统的总体结构。 2）应用面向对象技术开发了基于 windows2000 的人机界面模块，为整个系统的 各级用户提供了简单友好、方便灵活的监视控制图形用户界面。人机系统提供权限管 理，不同级别的用户有不同的权限，系统管理员为最高级用户，可以增加、删除其他 级别用户。 3）开发了通讯管理模块的应用程序，完成 rs-232 串口与监控系统的实时数据库 接口通讯功能。 4）开发的历史数据库系统以 microsoft sql server 2000 为基层数据库平台，采用 了 ado 数据库连接标准管理历史数据。系统提供了查询、增加、删除、修改等功能。 5）以 vc为开发语言，自行设计了数据库管理系统。该管理系统除了及时准 确地获得现场数据以外，同时也可以实现与图形系统、历史数据库系统、远方调度通 讯、报表系统、报警系统等的连接功能。 6）开发了通讯规约库的接口，对各种常见通讯规约以动态链接库 dll 的方式进 行调用。 7）本文完成了软件的编程、调试工作，并通过实例验证了本文所述方法的正确 性。 4 2 变电站实时监控系统总体结构 2.1 需求分析 2.1.1 功能分析 变电站实时监控系统的总目标是：在计算机网络，数据库和先进的开发平台上， 利用现有的软件，配置一定的硬件，开发一个具有开放体系结构的、易扩充的、易维 护的、具有良好人机交互界面的变电站实时监控系统，实现变电站自动化的计算机系 统，为决策层提供准确、精细、迅速的电网各实测信息。 变电站实时监控系统要实现的功能有： 1）数据采集 数据采集是其它各个功能的基础，通过实时采集各厂站 rtu 遥测、遥信、电能、 数字量等数据，以备其它的功能使用。 2）监视与事件处理 对采集来的数据进行监视，并对不正常的数据进行相应的处理，这样有利于提高 系统的可靠性与安全性。 3）控制功能 根据采集来的数据，分析电网的状态，然后对远端的设备进行遥控，遥调，提高 系统的稳定性与经济性。 4）数据存储 对采集的数据进行存储，能够在以后分析电网，或者在事故后用于对事故的重演 分析。 2.1.2 性能需求 为了保证系统能够长期、安全、稳定、可靠、高效的运行，变电站实时监控系统 应该满足以下的性能需求： 1）准确性和实时性 由于系统的数据采集功能对于整个系统的功能和性能完成举足轻重。 数据的采集 是否准确是数据处理的前提，采集数据的错误会导致系统输出的不正确和不可用，从 而使系统的工作失去意义。数据采集之后，要进行校验，并具有一定的容错性。系统 在日常处理中的响应速度为毫秒级，达到实时要求，以及时反馈信息。在进行统计分 析时，根据所需数据量的不同，而从秒级到分钟级，原则是保证操作人员不会因为速 度问题而影响工作效率。作为系统的很多数据来源，其准确性和实时性很大程度上决 定了变电站实时监控系统的成败。 2）开放性和可扩充性 变电站实时监控系统在开发过程中，应该充分考虑以后的可扩充性。例如电网联 5 接方式的改变，通讯规约新标准的制定，用户的需求也会不断的更新和完善。所有这 些，都要求系统提供足够的手段进行功能的调整和扩充。而要实现这一点，应通过变 电站实时监控系统的开放性来完成， 即系统应是一个开放系统， 只要符合一定的规范， 可以简单的加入和减少系统的模块，配置系统的硬件。通过软件的修补、替换完成系 统的升级和更新换代。 3）易用性和易维护性 变电站实时监控系统是直接面对使用人员的， 而使用人员往往对计算机并不是非 常熟悉。这就要求系统能够提供良好的用户接口，易用的人机交互界面。要实现这一 点，就要求系统应该尽量使用用户熟悉的术语和中文信息的图形化界面；针对用户可 能出现的使用问题，要提供足够的在线帮助，缩短用户对系统熟悉的过程。实时监控 系统中涉及到的数据是电网运行中相当重要的信息， 系统要提供方便的手段供系统维 护人员进行数据的备份，日常的安全管理，系统意外崩溃时数据的恢复等工作。 4）系统的安全性和稳定性 变电站实时监控系统在变电站中的作用是不可替代的， 是保证电网安全稳定运行 的基础。电力系统是一个高度复杂和高度相关的系统。一个细小环节的失效，将有可 能会导致全局的崩溃，并带来灾难性的后果。所以对于整个的系统的安全性和稳定性 有很高的要求，系统设有不同的权限，实行专人专用，并系统本身具有的检测错误和 纠错功能。 2.2 系统体系构成 系统采用分层分步式体系结构，从逻辑上将变电站实时监控系统划分为两层，即 变电站层(站级测控主单元)和间隔层(间隔单元)。 在间隔层中，采用一种面向对象的设计思想，按每个电网元件(例如：一条出线、 一台变压器、一组电容器等)为对象，集测量、保护、控制为一体，设计在同一机箱， 分散安装在开关柜上或其他一次设备附近。这些现场单元部件可独立完成遥测、遥信 的数据采集及处理、遥控命令的执行以及继电保护功能。 在变电站层中，采用分步式配置。由四个子系统组成，中间通过符合工业标准的 通信网络相联。其中，通信远动服务器提供外部数据源的接口，数据服务器提供数据 的安全有效管理，人机接口服务器提供用户对控制中心操作的有效界面，应用服务器 为实时和研究方式应用软件提供数据。 采用分层分步式体系结构： 1）配电线路的保护和测控单元，采用分散式结构，就地安装在各开关柜内，减 少了保护屏数量，使主控室面积大大缩小，也有利于实现无人值班。 2）保护和控制功能集中到同一装置中，简化了变电站二次设备之间的互连线， 6 节省了大量连接电缆。 3）现场单元可独立完成监控和保护功能，即使通信网出现问题，各间隔层的下 位仍能执行其相应功能。增加了保护的可靠性。 4）各模块与监控主机间通过局域网或现场总线连接，信息的传输均为数字信号， 所以系统抗干扰能力强。 5）各服务器之间采用网络技术实现数据通讯，提高了处理并行多发事件的能力， 解决了计算处理的瓶颈问题。 人机接口服务器 数 据 服 务 器应 用 服 务 器通信远动服务器 总线 变电站层 间隔层 线 路 开关柜1 保 护 监 控 单 元 线 路 开关柜n 保 护 监 控 单 元 主 变 压 器 监 控 单 元 电 压 无 功 控 制 备 用 电 源 图 2.1 系统分层分步结构示意图 图 2.1 系统分层分步结构示意图 2.3 系统的数据流程 以图 2.2 为例来说明数据流程，左侧为一次系统，右侧为二次系统。 图图 2.2 数据流程示意图 数据流程示意图 一次系统 监 控 传输媒体 收 信 机 主站计算机 调度 中心 变电站 电压互感器 rtu 电压变送器 电压变送器 功率变送器 电流互感器 发 信 机 二次系统 1）变电站通过电压互感器和电流互感器采集电气量。 2）利用变送器将互感器采集到的电气量转化成微小的直流电压信号。 3）在远程终端（rtu）中经过多路采样、模数转换、抗干扰编码形成待传送的 7 数字信号，然后将其调制在信息载体上，调制方式一般为调幅、调频和调相等。 4）传输信道完成信号处理、发送与接收。 5）在主站计算机中解调后的信息经智能接口进行串并转换和译码处理；在前置 机对信息进行刻度转换及初步检测；主机确认其可用性后送入数据库。 6）计算机通过模拟盘和彩色显示器将现场量测量和状态量提供给调度中心的调 度员，以实现调度员对一次系统的监视与控制。 2.4 软件结构和模块设计 接线图管理模块 数据通讯模块 监视与事件处理模块 控制功能模块 数据库管理模块 打印模块 变电站实时监控系统 图图 2.3 总体结构 总体结构 根据变电站实时监控系统的功能要求，采用结构化的设计方法，将系统按功能的 不同化分为不同的模块，如图 2.3 所示。框内注明了模块的名字，方框之间的直线表 示模块的调用关系。在系统启动后，首先调用数据库管理模块，为其它各模块提供数 据库的支持，然后有选择的调用接线图管理模块功能，并对监控对象进行初始化，接 着启动数据通讯模块，将采集数据实时显示在监控界面上，同时也作为历史数据保存 入数据库中，当数据出现异常时事件处理功能发挥作用，启动报警，并进行预设的操 作，当操作人员对远端设备进行遥调和遥控时，控制功能模块启动。以上就是这几个 模块之间的关系，它们组合在一起，构成了整个变电站实时监控系统。 2.4.1 接线图管理模块 接线图管理模块是通过使用图形化界面，管理变电站接线图，能够生成，保存， 编辑接线图，以适应不同变电站的需要，提高系统的通用性。 管理模块对接线图中的各种元件进行抽象分类，并对这些元件进行统一编号，保 存在数据库中，在需要使用时直接从库中取出。在变电站接线图发生改变时，也有很 方便的对数据库操作，完成接线图的修改。 2.4.2 数据通讯模块 数据通讯模块是变电站实时监控系统的核心，它实时采集各厂站 rtu 遥测、遥 信、电能、数字量等数据。 8 数据通讯模块首先与设备建立连接， 然后按不同的设备调用不同的通讯规约进行 通讯，并对采集的数据进行校验，从而完成一次采集。采集的数据在本系统中，根据 类型的不同，划分为二类：状态量和量测量。 1）状态量 本系统应用于变电站，状态量一般包括断路器位置，隔离开关位置，事故跳闸信 号，预告信号和其它信号等。状态量只有两种状态，断开状态和闭合状态。对于一般 状态量用 2 个二进制的位（bit）表示，如用 00 来表示断开状态，用 11 来表示闭合状 态。与用 1 个二进制的位来表示的状态量相比，使用 2 个二进制位的状态量可以用 01 或 10 来表示状态量出错。而用 3 个二进制的位虽然可靠性更高，甚至可以表示： 合开合的重合闸过程，但使用较复杂，本系统也不采用。 2）量测量 变电站中的量测量也称模拟量，主要包括：电流值，电压值，有功功率，无功功 率，油温值和其它测量值等。一般这些量随时间而变化，量测值反映的是量测对象的 瞬间状态。量测量也是电网中的重要运行参数，一般情况下会带有小数位，本系统在 数据采集时对这些量测量的整数部分和小数部分分别采集，然后在系统内部进行组 合，得到实际的量测值。如对于电流量，采集的数据为两位字节（31h，63h），第一 位字节（31h）表示电流整数部分为 49，第二位（63h）表示小数部分为 99，则实测 的电流大小为 49.99。 2.4.3 监视与事件处理模块 对于采集的数据，变电站实时监控系统将自动进行监视。在本系统中，主要监视 的内容为状态量的变化，并记录其时间序列，量测量应保持在允许范围内，对超出限 值者应加以记录，并报警。报警在系统中通过声音，监控界面的图像来提醒值班人员 的注意，减少事故的发生。 2.4.4 控制功能模块 根据采集数据的分类，控制功能也可以分为两类，一类为开关量输出（遥控）， 另一类为模拟量输出（遥调）。 开关量输出具备核对功能。过程如下： 1）选择动作开关点。 2）发出遥控命令。 3）由主站首先根据数据库内动作开关遥信质量开关，及开关状态确认该开关是 否允许操作、操作状态是否正常。 4）将命令传送至 rtu，由 rtu 再校验。 5）将校验结果返回人机界面。 9 6）操作人员根据校验结果，执行或撤消命令。 7）由 rtu 执行遥控命令、引起开关变位及事件顺序结果，推出画面显示执行结 果，并打印记录。 8）将调度员进行的遥控操作内容、时间、结果及人员姓名登录下来备查。 模拟量输出，过程如下： 1）能过人机界面由操作人员召唤显示现有遥测量。 2）操作人员修改遥调值并发送。 3）rtu 校核遥调值并返送校核结果。 4）操作人员确认执行。 5）回送遥调执行结果相关的遥测量。 2.4.5 数据库管理模块 数据库的管理一直贯穿整个监控系统。它不但包括前面提到的主接线图存储，更 重要的是对历史数据的存储和故障数据的存储。 历史数据的存储主要来源是实时量测数据，每一条记录包含实时值、质量标志和 时间标志；而一些统计数据则针对规定周期记录其平均值、最大值和最小值等。历史 数据一般是按时间顺序流水排列，但缓冲区是有限的，新数据的进入要挤掉最早的数 据，因此要按周期将缓冲区的数据转移到别处。记录的周期视需要而定，报表一般按 小时和日记录，而要校核电量值时就要求每分钟记录一次功率。 故障数据的存储主要是为了分析事故和预防事故，它分为顺序事件记录（soe： sequence of event recording）和事故追忆（pdr：post disturbance review）两部分。顺 序事件记录正常状态下以的周期、较低的优先级作为监控系统正常扫描的一部分，一 旦出现状态量变化，立即提高其优先顺序记录事件信息，用于事后追查和分析事故。 事故追忆用于记录电力系统事故前后的量测数据和状态数据， 使以后方便时用画面研 究事故的成因。一旦出现规定的事件，连续记录的数据就送到专门的存储区 pdr 区， 状态量的变化和量测值越限均可引起 pdr 动作（数据冻结）。 2.4.6 打印模块 打印模块包括制表和打印两个功能。 操作人员以交互的方式自定义报表的格式和数据，能方便的提取历史数据库数 据。系统除了应提供报表中经常要使用的计算公式(最大、最小、平均和带条件计算 等)外，维护人员还可以自己制作计算公式。报表数据维护，包括制作、修改有权限 规定。方便用户自己定义各种统计分析报表，如供电可靠性、设备可靠性统计分析报 表等。 10 3 监控主接线图生成 3.1 主接线图生成的意义 主接线图形象的表明了变电站监控的电网拓扑结构，并直观的显示了监控的对 象。然而，不同的变电站，其主接线图也千差万别，针对变电站实时监控系统通用性 的要求，提出通用的接线图生成，针对不同的变电站接线形式，由用户编辑生成不同 的主接线图，或当变电站设备发生变化时，由用户自己能够的调整主接线图。 现有一些通用的绘图工具，如画笔、autocad 等，可以用来绘制各种图形，这 些工具在电力系统中已经得到广泛的使用。然而这些绘图工具使用起来并不方便，尤 其是在应用系统中无法与整个系统相结合，无法与后台数据库很好的接口。本系统采 用自己开发的一套编辑器，很好的解决了这方面的问题。 3.2 主接线图分析 在变电站的主接线图中， 无论有多少个电压等级， 采取何种接线形式和运行方式， 都是由发电机、母线、变压器、断路器、开关、线路、互感器等元件组成的，这些元 件为组成接线图的基本单位。 只要这些基本单位的坐标， 大小， 方向等参数固定之后， 整个接线的形式也随之确定。 因此形成接线图形的关键在于对这些基本单位的绘制和 对参数信息的反映。 3.2.1 元件的抽象 根据面向对象的设计思想，将上述这些基本单位看作是一个个的对象，根据它们 共同的特点，抽象出所有元件的一个基类 celement，它具有所有元件的共有特性。 如：类型，编号，名字，位置，大小，颜色等。定义如下： / 元件类 class celement public: int m_type; / 设备类型 int m_id; / 设备编号 cstring m_namestr; / 设备名称 int m_left; int m_top; int m_width; int m_height; int m_linewidth; / 线宽 colorref m_pencolor; / 画笔颜色 11 colorref m_fillcolor; / 画刷颜色 virtual void drew(); virtual void rotate(); 这就是一个元件抽象的基类，每个元件均由此类派生出来，继承整个元件共有的 属性和操作。然后进一步细分，再抽象出几类具有共同特性的元件(对象)，如图 3.1 所示： 线路类 互感器类 变压器类 刀闸类 隔离开关类 断路器类 母线类 发电机类 基类（celement） 图 3.1 元件的分类 图 3.1 元件的分类 按这几类的标准划分，对元件详细的分类，可以得到如下元件分类图表： 表 3.1 元件分类表表 3.1 元件分类表 元件类型编号 元件类型名 所属元件类 01 发电机 发电机类 02 母线 母线类 03 母线 母线类 04 母线 母线类 05 旁路母线 母线类 06 进线断路器 断路器类 07 出线断路器 断路器类 08 旁路断路器 断路器类 09 分段断路器 断路器类 10 发电机主开关 隔离开关类 11 母线隔离开关 隔离开关类 12 母线隔离开关 隔离开关类 13 母线隔离开关 隔离开关类 14 旁路侧隔离开关 隔离开关类 15 出线侧隔离开关 隔离开关类 16 分段隔离开关 隔离开关类 17 断路器出线侧地刀 刀闸类 18 断路器母线侧地刀 刀闸类 19 线路侧地刀 刀闸类 20 双绕组变压器 变压器类 21 三绕组变压器 变压器类 22 自耦变压器 变压器类 12 23 电压互感器 互感器类 24 电流互感器 互感器类 25 线路 线路类 26 地线 线路类 27 出线 线路类 28 文本标识 标识类 3.2.2 元件命名 在一幅电网接线图中，无论采取何种方式命名，元件的名称必须是唯一的。在本系统接线图 中各个元件的命名方式为：元件类型名元件序号。 3.2.3 元件位置 要清楚的识别一个元件(对象)，首先描述元件所处的位置，接着给出它的类型。 例如： 变电站主接线图 1 left = 134, top = 175, width = 12, height = 16 出线断路器 元件位置的描述为：先描述包含该元件的电网接线图变电站主接线图 1，然 后读出该元件的位置坐标。 按照这种描述方法可以得出构成图形信息数据模型的普遍 规则。 系统中元件在接线图中的位置是由元件的left、top、width和height确定的，其 中left为元件所在的最小矩形的左上角的x1坐标，top为元件所在的最小矩形的左上 角的y1坐标，width为元件的宽度，height为元件的高度（若元件所在的最小矩形的 右下角的坐标为x3，y3，则widthx3x1，heighty3y1） 。 图 3.2 以双绕组变压器为例，说明了元件的位置确定法。其中外框表示是屏幕的 大小。 位置 类型 left width height top （x3，y3） （x1，y1） 图 3.2 元件在屏幕中的位置 图 3.2 元件在屏幕中的位置 13 3.3 接线图信息的保存 图形元件有两类属性，一类是它的固有属性，包括元件的位置、颜色、名称等， 另一类属性是它所代表的设备属性，该属性是数据库中的一条记录，这条记录与该图 形元件绑定。 电网接线图绘制完毕后，要进行保存。本文所述的画图软件对图形的保存采用的 方式是：将所绘图形存入图形数据表。图形数据表里记录了不同组件的各自的固有属 性值，对应关系如图 3.3 所示。 tx_name(char) tx_tag(int) tx_classname(char) tx_brushcolor(char) tx_pencolor(char) tx_penwidth(int) tx_width(int) tx_height(int) tx_left(int) tx_top(int) tx_dwname（int) name id classname brushcolor pencolor penwidth width height left top 组件所属电网编码 组 件 对 象 图形信息表字段 图 3.3 图形属性与图形信息表对应关系图 图 3.3 图形属性与图形信息表对应关系图 以断路器类为例，图形元件的属性包括：元件类型编码、元件状态、元件 x 坐 标(left)、元件 y 坐标(top)、元件宽、元件高、元件形状、元件颜色等。 qf 图 3.4 双母线带旁母出线间隔图 图 3.4 双母线带旁母出线间隔图 对于图 3.4，当用户在绘图区绘制断路器 qf 时，系统自动创建断路器类的新实 14 例 qf，并赋予相关属性值如：元件类型编码7(表示元件类型为出线断路器)；元件 在绘图区的 left134；top175；width12；height116。 保存接线图 3.4 时，系统将扫描所有元件类实例，将其属性值存储到关系型数据 库，分别如表 3.2、表 3.3 所示，从而完成对双母线带旁母出线间隔的保存。(假设该 电网所属的电网编码为 001) 表 3.2 图形背景信息表 表 3.2 图形背景信息表 元件序号 元件类型编号 元件编码 left topwidth height 设备代码 1 07 001071 134 17512 116 s1 2 12 001122 94 29612 91 s2 3 13 001133 170 29612 60 s3 4 17 001174 94 17512 60 s4 5 18 001185 94 23612 55 s5 6 15 001156 134 12312 52 s6 7 14 001147 164 58 12 60 s7 8 19 001198 94 83 12 60 s8 9 25 001259 140 11830 5 s9 10 25 0012510 100 78 40 5 s10 11 25 0012511 100 17040 5 s11 12 25 0012512 100 29170 5 s12 表 3.3 元件状态参数表 表 3.3 元件状态参数表 设备代码 所属电网编码 运行状态 颜色 修改标志 s1 001 1 clblue 0 s2 001 0 clred 0 s3 001 0 clred 0 s4 001 0 clred 0 s5 001 0 clred 0 s6 001 0 clred 0 s7 001 0 clred 0 s8 001 0 clred 0 表中的设备代码用于在图形绘制时候指向档案参数数据库表， 从而实现了图形属 性与数据库的绑定， 设备代码字段一般在档案参数 （设备管理） 数据库定位一条记录。 该记录具有字段为：设备名称、型号、厂家、生产日期、特性等，如下所示： 设备代码 设备名称 型号 厂家 生产日期 特性 15 通过设备代码还可以访问实时数据库，获得实时信息，更新元件状态参数表，实 现电网接线图的实时性。 这样，接线图信息按统一的格式存放在数据库中，要修改时也仅仅需要简单的改 变库中的几个参数。也为得到元件信息提供了便利手段。 16 4 实时监控数据通讯 4.1 串口通讯基本概念 通讯是指不同的独立系统之间通过线路的信息交换，以达到硬件、软件资源及数 据处理、信息资源的共享。通讯的目的是进行数据交换，因为数据必须经过交换才能 从一端传送到另一端。 发送端所使用的方法就是将数据通过一定的程序与线路发送出 去，接收端则按照协商好的方式将数据收集起来并保存或显示出来。 基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。 4.1.1 串行通讯与并行通讯 并行通讯是指一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式。在并行数据传输中有 多个数据位，例如 8 个数据位(如下图所示)，同时在两个设备之间传输。发送设备将 8 个数据位通过 8 条数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可 同时接收到这些数据，不需做任何变换就可直接使用。 数据线 8 7 6 5 4 3 2 1 校验 发送设备 接收设备 图图 4.1 并行数据传输 并行数据传输 串行通讯是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。 如图 2.4 所示， 串行数据传输时，先由具有 8 位总线的计算机内的发送设备，将 8 位并行数据经并一 串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数 据从串行方式重新转换成并行方式，以便使用。 8 7 6 5 4 3 2 数据线 5 4 3 2 16781 发送设备 接收设备 串行数据位 图图 4.2 串行数据传输 串行数据传输 17 并行传输速度快，处理简单。但进行远距离数据传输时，由于至少需要八根数据 线使线路费用增加。这种情况下，使用现成的电话线进行的串行数据传输就经济得多 了。由于公用电话系统已形成了一个覆盖面极其广阔的网络，所以串行传输方式通讯 对于计算机网络来说具有更大的现实意义。因此，特别适合于远距离传输。在实时控 制和管理方面，采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中，各 cpu 之间的通信 一般都是串行方式。 4.1.2 rs232c 串口标准 eia232、eia-422 和 eia485 都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业 协会（eia）制订并发布的，由于 eia 提出的建议标准都是以“rs”作为前缀，所以 在工业通信领域，仍然习惯将上述标准以 rs 作前缀称谓。eia-232 在 1962 年发布， 后来陆续有不少改进版本，其中最常用的是 eia-232-c 版。 目前 eia-232 是 pc 机与通讯工业中应用最广泛的一种串行接口。eia-232 被定 义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。eia-232 采取不平衡传输方 式， 即所谓单端通讯。 标准规定， eia232 的传送距离要求可达 50 英尺 （约 15 米） ， 最高速率为 20kbps。 现在，计算机上的串行通讯口(rs-232)是标准配置，用途上则以连接调制解调器 进行通讯传输最为常见。rs-232 的通讯端口是每台计算机上的必要配置，通常含有 coml 与 com2 两个端口。过去的计算机将 com1 以 9 引脚的接头接出而以 25 引脚的接头将 com2 接出，现在的计算机均以 9 引脚的接头接出所有的 rs-232 通讯端口。在计算机上的 rs-232 均是公头，即使是 25 引脚也是公头。通 常与计算机连接的设备，最简单的通讯接口就是 rs-232，不仅实现简单，而且价格 上也便宜很多；许多的数控设备、智能仪表、调制解调器等很多都提供 rs-232 作为 与计算机通讯的接口。 图 4.3 rs232 db25 连接器引脚 图 4.3 rs232 db25 连接器引脚 rs-232c 规标准接口有 25 条线，4 条数据线、11 条控制线、3 条定时线、7 条备 18 用和未定义线，常用的只有 9 根，它们是： 1）联络控制信号线： 数据装置准备好（data set ready-dsr)有效时（on）状态，表明 modem 处 于可以使用的状态。 数据终端准备好(data set ready-dtr)有效时（on）状态，表明数据终端可 以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只 表示设备本身可用，并不说明通讯链路可以开始进行通讯了，能否开始进行通讯要由 下面的控制信号决定。 请求发送(request to send-rts)用来表示 dte 请求 dce 发送数据， 即当终端 要发送数据时， 使该信号有效 （on 状态） ， 向 modem 请求发送。 它用来控制 modem 是否要进入发送状态。 允许发送（clear to send-cts）用来表示 dce 准备好接收 dte 发来的数据， 是对请求发送信号 rts 的响应信号。当 modem 已准备好接收终端传来的数据，并 向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线 txd 发送数据。 这对 rts/cts 请求应答联络信号是用于半双工 modem 系统中发送方式和接收 方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统 中，因配置双向通道，故不需要 rts/cts 联络信号，使其变高。 接收线信号检出(received line detection-rlsd)用来表示dce已接通通讯链 路，告知 dte 准备接收数据。当本地的 modem 收到由通讯链路另一端（远地）的 modem 送来的载波信号时， 使 rlsd 信号有效， 通知终端准备接收， 并且由 modem 将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线 rxd 送到终端。此线也 叫做数据载波检出(data carrier dectection-dcd）线。 振铃指示(ringing-ri)当 modem 收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该 信号有效（on 状态），通知终端，已被呼叫。 2）数据发送与接收线： 发送数据(transmitted data-txd)通过 txd 终端将串行数据发送到 modem， (dtedce)。 接收数据(received data-rxd)通过 rxd 线终端接收从 modem 发来的串行 数据，(dcedte)。 3）地线 有两根线 sg、pg信号地和保护地信号线，无方向。 上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如， 19 只有当 dsr 和 dtr 都处于有效（on）状态时，才能在 dte 和 dce 之间进行传送 操作。若 dte 要发送数据，则预先将 dtr 线置成有效(on)状态，等 cts 线上收到 有效(on)状态的回答后，才能在 txd 线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工 的通讯线路特别有用， 因为半双工的通讯才能确定 dce 已由接收方向改为发送方向， 这时线路才能开始发送。 4.2 串口通讯的实现 目前，串口通信所使用的方法有两种，一种是通过调用串口编程控件 mscomm， 另一种方法为使用 win32 api 通讯函数。使用串口控件可以让程序实现起来非常简 单，结构清晰，但对串口的操作欠灵活，而使用 win32 api 函数可以请求操作系统完 成一些低级服务，功能强大，操作灵活，可以满足系统的特殊要求。 在变电站实时监控系统中，首先调用 win32 api 函数 createfile 来打开一个串口 设备。 handle m_hcomm; m_hcomm = createfile(szport, / 串口号 generic_read | generic_write, / 操作类型 0, / 独占模式 null, open_existing, / 打开方式 file_flag_overlapped, / 工作模式 0); if (m_hcomm = invalid_handle_value) /如果打开串口出现错误，任务取消。 在 createfile 函数中，串口号是按传统的命名方式，如“com1”，“com2” 等。对于串口通讯来话，函数的第三个参数和第五个参数必须设为独占模式 0 和打开 方式 openexisting， 以保证串口的正常工作。 第六个参数工作模式 fileflag overlapped 指出串口以重叠 i/o 方式工作，在此方式中，api 会立即返回，操 作在后台进行，避免线程的阻塞。 找开串口后，就要对串口参数进行设置。配置串口是通过改变设备控制块 dcb(device control block) 的成员变量值来实现的， 接收缓冲区和发送缓冲区的大小 可通过 setupcomm 函数来设置。 dcb 结构体定义为： typedef struct _dcb dword dcblength; / dcb 块的大小 20 dword baudrate; / 当前波特率 dword fbinary: 1; / 二进制模式，无 eof 标志 dword fparity: 1; / 允许校验 dword foutxctsflow:1; / cts 输出流控制 dword foutxdsrflow:1; / dsr 输出流控制 dword fdtrcontrol:2; / dtr 流控制 dword fdsrsensitivity:1; / dsr 位数据敏感 dword ftxcontinueonxoff:1; / xoff 持续传送 dword foutx: 1; / xon/xoff 作输出流控制标志 dword finx: 1; / xon/xoff 作输入流控制标志 dword ferrorchar: 1; /