（电力系统及其自动化专业论文）小水电站计算机监控系统上位机软件的开发.pdf

p4 6 6 7 5 9 独创性声明 本人卢明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文巾作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：锄f 葫i 易 时间：切叼v 年月夕日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在 不同媒体 二发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究牛签名：一一锄l 酗i 匆 时间：卜一o t 年月夕同 导师签名：诲以过 时问：如口z 年6 月夕日 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 我国的水利资源十分丰富，全国平均蕴藏量在1 0m w 以上的河流有1 5 9 8 条，总 蕴藏量在6 8 亿k w 以上，可开发量约3 7 亿k w ，居世界第一位。丰富的水利资源不 仅可为我国电力工业提供廉价的电力，又因水资源是一种可再生、清洁的能源，有利 于环境保护。水电厂由于运行上的特点，它还可以在电网中起着调峰、调频的任务。 随着计算机技术、电子技术和通信技术的高速发展，水电站自动化正在世界范围内逐 步实施。 我国2 0 世纪9 0 年代以前设计修建的水电厂基本上是建立在多人值班的基础上， 其特征是：自动化程度低，监控分散，用人众多，管理水平低。随着计算机技术、人丁 智能、专家系统、网络通信技术、现代控制技术、智能测量传感技术等高新技术的 不断发展和在电力r 业中越来越广泛的应用，用户对供电可靠性、供电质量的要求 不断提高，建立自动化程度较高、安全可靠的水电厂计算机监控系统已是大势所趋。 小型水电站具有如下的特点 1 、小水电站建设资金不富裕。 小型水电站多为地方投资或者集资兴建，资金来源有限。因此，往往在兴建过程 中力求设备简单、价格低廉，以节省投资。 2 、运行方式变化丈。 小型水电站一般水库容量很小，运行方式受降雨量的影响较大，而用电规律受 生产季节与生活用电的影响极大，因而运行方式变化大，机组启停频繁。 3 、电压变化较大。 小型水电站往往为独立供电，用户分散，输送距离远，负荷变化幅度又较人， 因而电压变化幅度较大。为了照顾首末端用户的使用电压，电压的设定和调节变化 频繁。 4 、无特殊用户。 小型水电站供电对象一般为乡镇加工企业和生活照明用电，无特殊要求不停电 以及高电能质量的企业及单位。 5 、技术力量相对薄弱。 中国农业大学硕士学位论文 小型水电站的运行维护人员一般均为非专业学校教育的技术人员，不可能去面 对复杂、繁多的自动化装置和应付复杂的运行方式。 6 、技术更新费片j 少。 小型水电站的年维护和更新费用是很少的，不可能象大中型水电站那样有计封j 地 去进行设备的更新和完善。 随着计算机技术与网络技术的飞速发展，以微计算机为核心的集多功能为一体 的数字式、智能化小水电站自动监控装置已经成为小水电站自动化装置发展的核心。 它具有以下几个方面的优点： l 、功能集成 住小型水电站中，各种保护和控制装置相对比较简单，其独立性的要求也相对较 低。这种情况下，特别是伴随着现代微控制器的高度发展，监控装置的硬件资源比 较富裕，可以将传统的保护、测量、监控、远动集成在起，避免二次设备重复投 资，简化了二次接线。 2 、远方控制和信息共享 在信息共享方面，主要是监控装置可以将事故时所记录下的故障前后的信息提供 给监控系统及调度中心，以便调度人员做出分析和控制。由于通信是双方向的，所 以，网络上的其它信息不会影响装置的正常工作。远方控制包括了远方修改保护的 限值及对装置进行直接的控制操作。 现在针对大、中型水电站开发的计算机监控系统很多，但专门针对小水电站的 计算机监控系统的开发基本上是空白。大、中型水电站中的计算机监控系统结构复 杂，如果直接应用到小水电站中，会造成功能浪费、操作复杂，加之价格昂贵，以 及小型水电站技术相对简单的特点，因此不适合小水电站使用。 本课题基于上述的实际情况，开发适合小水电站计算机监控系统的上位机软件， 要具有操作简单、控制方便、人机界面友好、通用性好、安装方便的特点。 2 中国农业大学硕士学位论文 1 2 国内外小水电站计算机监控系统的历史及现状 小型水电站的计算机监控系统是小型水电站自动化的重要内容，小型水电站自动化 具有如下的特点： ( 1 ) 良好的经济性 根据小型水电站的特点，自动化装置首先要有良好的经济性，包括投资的经济 性和维护的经济性。 ( 2 ) 技术先进性 随着电子、计算机、通讯和网络技术的成熟和发展，小型水电站的自动化监控 装置的功能也相应地提高。陈旧的监控装置故障率高，维护工作量大，已经不适应 电力系统发展的需要，应该向可靠性高、维护简单的电子技术和计算机技术发展。 ( 3 ) 高可靠性 小水电由于技术力量薄弱，技术支持不强，要求其自动化装置具有高可靠性、 维护 ：作量小、寿命长的特点。 ( 4 ) 完整的主要功能 过去对小水电为了省投资，将功能减到最低限度，使信号、保护、自动化功能 都不完整。因而可靠性低、故障率高、电能质量差。这已经不能满足现代乡村经济 的要求。因此小型水电站应要求主要功能完整，具有一定的自动化程度。各类自动 化参数应符合国家有关标准的要求。 ( 5 ) 向综合自动化发展 为了减少投资就要简化设备，但功能又要完整。为达到目的就应该向综合自动 化方向发展。随着计算机技术的成熟，实现小水电的综合自动化是可行的，许多研 究单位已经走出了这一步，并取得了一些成果。 ( 6 ) 由少人值守过渡到无人值班 小型水电站过去自动化程度较低，人工操作和调节频繁，如果提高了自动化程 度实现了综合自动化，小型水电站应该实现集中控制，由少人值守再过渡到无人值 班，以提高劳动生产率。 ( 7 ) 自动化设备参数虑符合国家有关标准 为了使小水电站规范化，能接入电网，自动化设备参数必须符合国家有关标准。 1 2 1 国外小水电发展状况 全世界小水电已开发总装机容量约为2 0 0 0 万k w ，到2 0 2 0 年，总装机容最将是 目前的3 倍。 中国农业大学硕士学位论文 在2 0 世纪 7 0 年代，限于技术和设备的制造水平，小水电站采用常规的控制方 法，安全性和可靠性不高。随着计算机技术、通信技术、网络技术、人工智能技术 的迅猛发展，计算机技术已成为小水电站监控系统的主要手段。国外发达国家的小 水电计算机控制起步较早，技术领先，像美国sts 水电咨询公司在8 0 年代初期就 住小水电站实现了“四遥”功能。目前发达国家已经普遍实现了小水电站自动化， 枢纽水电站集中监控，自动经济运行，水情信息测报，基础自动化比较完善，运行可 靠，小水电站的安全经济运行达到了很高的水平，普遍实现了少人或无人值班。 但是商到现在，所采用的控制功能的方法和仪器的布置大部分沿用传统的方法。 一般分为两个控制层，控制过程的末端是单元控制层，它由不同的项目组的控制功 能组成，例如，水轮机，发电机等。水电站控制层由监测控制、人机通讯和远程控 制等构成。欧洲和北美洲水电发达的国家，如瑞典、法国、芬兰、美国、加拿大等 国的小水电站的控制大多沿用这种方法。 随着技术的发展，小水电站的监控越来越趋向在调度中心进行，指令和信号通 过调度中心和控制系统的连接线路传播。小水电站监控系统的最新发展要很好地适 应各种控制的需要。a b b 公司开发的套全新的计算机监控系统已彼瑞典所采用， 这套系统基丁这样一种方法，利用控制功能强大、能分配到整个水电站的计算机来 运行，计算机与高速通讯网相联接，确保各种控制函数间的数据有效地传输。 法国电力系统运行的水力发电设施约有5 0 0 个左右，基本上全足自动化操作。 这些发电设施般位于山区。大约5 0 的发电设施发电量不足5 0 0 0 k w ，并且无人操 作。早在1 9 8 8 年，法国电力系统水力发电部门就感到降低操作费用是非常必要的。 r 是开发了“t e l l e x ”遥控运行系统，它具有以下特点：远程监测，运行数据的远 程查询，远程诊断，生成运行数据报表、查询、辅助分析，远程控制和远程维护。 但是，国外产品的控制操作比较复杂，需要运行人员的操作水平较高，汉化程 度不高，加之国外产品昂贵的价格，所以难以适应我国小水电站的需要。 1 2 2 国内小水电站计算机监控技术的发展和现状 国内研制水电站计算机监控系统的厂家很多，主要的厂家有南京自动化研究所、 4 中国农业大学硕士学位论文 南瑞公司、中国自动化工业控制总公司和常州自动化分公司。但是，它们开发的水 电站计算机监控系统主要是针对大、中型水电厂，功能虽然完全，并且大多采用新 的辅助机械，操作较复杂而且又昂贵。对于那些较早建造的老水电站，尤其是位于 偏远、贫困地区里的小水电站，由于改造资金困难，无法承担和应用。 小型水电站分布在水力资源丰富的地方，但是由于技术力量跟不上水电站运行 管理的需要，所以普遍存在着技术落后或者设备陈旧、电能质量差无法上网运行、 可靠性低等问题。大、中型水电站中的计算机监控系统结构复杂，如果直接应用到 小水电站中，会造成功能浪费、操作复杂，加之价格昂贵，因此不适合在小水电站 使用。 1 3 计算机监控系统的结构模式 目前，水电站计算机监控系统有各种不同的结构模式，可以分为集中式监控系统、 分散式监控系统、分布式监控系统等。 i 、集中式监控系统 水电站早期应用的计算机，由于价格昂贵，一般没置一台或两台计算机对整个 水电站进行集中监视、控制，构成集中式监控系统。由于水电站所有信息都要送到 计算机进行处理，所有的操作、控制命令都由计算机发出，因而计算机故障，将导 致全系统瘫痪其次，生产过程所需采集的状态和参数均直接引入计算机，当机组 台数较多时，现场敷设的电缆过多过长。随着计算机技术的迅猛发展，计算机的性 能价格比日益提高，目前，大、中型水电站均不采用集中式监控系统。在机组台数 少、机组容量小，主接线简单、送变电设备较少的小型水电站，采用集中式监控系 统的结构模式可以节省投资，是小型水电站计算机监控系统的一种参考模式。 2 、分散式监控系统 中国农业大学硕士学位论文 上世纪8 0 年代以后，随着水电站机组台数的增多，装机容量的增大，主接线和 辅助设备的复杂，提出了新的可靠性要求，集中式监控系统模式的缺点越来越突出 促使控制系统走向分散化，使控制系统实现功能分散、负载分散、危险分散、地域分 散。 分散式监控系统是指以功能的分散为主要特征，就水电站生产过程监控系统的功 能而言，主要是数据采集和控制调节、事件记录等功能，因此可以按照这些功能设立 多套相应的设备，独立完成各自的功能。功能分散式监控系统并没有解决信息过于集 中的问题，某个单功能装置的计算机发生故障，则全厂的这部分功能将全部丧失，影 响较大。但由于水电站生产过程的特点，许多功能不可能截然分开，与分布式监控系 统t t 较，其缺点尤为明显，今后在我国的水电站监控系统中不宜采用这种监控模式。 3 、分布式监控系统 分布式监控系统是在克服分散式监控系统的缺点上提出来的。分布式监控系统是 指以控制对象分散为主要特征。就水电站而言，控制对象主要是水轮发电机组、开关 站、公用设备、闸门及船闸等，按控制对象为单元设置多套相应的装置，构成水电站 的就地控制单元，完成控制对象的数据采集和处理，机组等主要设备的控制和调节 装置的数据通信等功能。 水电站采用分布式处理一般与水电站的分层控制结合起来，形成水电站分层分布 控制系统，这种模式在国内外水电站得到日益广泛的应用。此结构模式集分散式、分 布式的优点于一身，还具有适合于水电站生产过程和管理体制的分层管理、集中控制 的特点，一般采用分层分布监控系统的水电站都分为两层，设置全厂控制级和单元控 制级，单元控制级按被控制对象( 如水轮发电机、开关站、公用设备、闸门等) 由多 台单元控制装置组成，般称为就地控制单元( l c u ) ；全厂控制级计算机控制各种信 息通道的联系，对各r t u 送来的各类数据进行处理，实现全厂的安全监控、经济运行 6 中垦窒些奎堂堡主堂垡笙奎 一 和运行管理自动化。 1 4 本课题的研究内容和意义 1 4 1 本课题的研究内容 由丁分布式的监控系统具有以控制对象分散的特征，本课题采用分布式的监控 系统结构。借鉴国内外水电站计算机监控系统的经验，以r t u 为监控装置，结合水 力机械的控制规律，针对小水电站的特点，使用面向对象的编程语言v i s u a lb a s ic 6 0 、人型商用数据库s q ls e r v e r7 0 为开发工具，开发比较先进实用、操作简单、 控制方便、人机界面友好、通用性好、安装方便的小水电站计算机监控系统上位机 软件。 本课题要实现数据采集和处理、控制操作与调整、人机接口、通讯接口的功能。 1 、数据采集和处理 数据采集包括对各类模拟量、数字量、开关量进行采集。数据处理包括对所采集到 的数据进行归类显示、计算、比较判断、越限报警、开关变位报警、报表打印、数据记 录等。 2 、控制、操作与调整 包括机组的顺序控制( 开、停机，运行工作状况的转换) 、自动倒闸操作、断路器分 合、电气与水机保护的复归、并网发电等。 3 、人机接口 设计形象生动的操作、监视界面，有利于值守人员及时掌握设备运行状况。运行 人员可以通过键盘或鼠标选择控制界面，如功率棒图、及各种实时数据表。制表、打 印和记录各类操作、事故和故障，并要有相应的报警功能。 4 、通信接口 7 中里奎、业奎兰堡主兰垡笙苎 一 对小水电站内部所有的监测点的通信、与上级调度系统通信等接口。 1 4 2 意义 本软件的开发成功将进一步推进小型水电站的自动化水平，真正做到集测量、 控制、远动、保护等功能于一体的分布式小水电站计算机监控系统的上位机软件， 便于小水电站管理人员正确掌握站内的运行状况，方便控制操作，实现自动并网、 自动起机和停机等控制操作。 中国农业大学硕士学位论文 第二章监控系统软件的设计和实现 2 1 本软件的设计思想 结合小水电站的特点，从用户的方面出发。本软件的设计思想如下 l 、界面的设计要有基本统一的风格 本软件的界面设计大部分采用选项卡的形式，把具有类似功能的部分以不同选 项告的形式放在同一个窗体中。这样就保证了大部分界面具有相同的风格，方便用户 的操作控制。 2 、功能要按模块化编程实现 本软件把功能进行分类设计，可以分为通讯模块、参数设置模块、遥控遥调模 块、数据采集及处理模块、查询及报表打印模块、报警模块及负荷曲线模块等。把各 个模块分别作为相对独立的模块编程实现，这样的模块化设计使程序易于扩展和维护。 3 、用户的操作要简单、容易、实用，人机界面要友好 在运行中，用户可以通过鼠标或键盘能对界面进行操作，而且操作界面要简单、 实用，让用户要能很容易地对各个模块进行设置、控制。 4 、要具有一定的通用性 由于软件开发时和实际的运行情况总有些差异，所以，要保证本软件具有一 定的通用性，尤其是参数设置部分和遥控遥调部分，必须保证很好的灵活性和通用性。 5 、对数据库的访问要尽可能的快速 对实时数据库一定要保证数据的实时性和正确性；对历史数据库的访问要使用 快速和简单的访问方法，保证数据的正确性和可靠性。 6 、要有错误处理 9 中国农业大学硕士学位论文 程序的运行不可避免地会发生一些错误，有的是外部的错误，有的是程序本身 的错误。所以，只要有错误发生就进行错误处理，使其他程序能继续正常地运行。 本软件要实现通讯、参数设置、遥控遥调、数据采集与处理、实时显示、查询和 报表打印、报警、负荷曲线的功能。 2 2 监控系统的结构 由r 分布式的监控结构具有按控制对象分散的特点，可以有针对性地对设备进行 控制操作，所以本课题采用了分布式的结构模式。厂站端由上位机系统和现场控制单 元( r t u ) 两大部分组成( 如图所示) 。小水电厂的上位机系统既可有1 台主控制级计算 机，也可以有2 台主控制级计算机，互为热备用，通过双机切换装置自带的通讯口进 行软件切换。现场控制单元根据小水电厂实际情况可分为机组和公用设备配置。现场 控制单元与上位机通过串行总线连接。根据自动化设计的要求，小水电站适宜采用以 计算机和常规控制设备相结合的小水电站监控系统，计算机监控系统主要完成常规控 制设备所不能完成的功能。监控系统要能满足实时性、可靠性、安全性的要求。 监控系统结构框图 1 0 中国农业大学硕士学位论文 _ _ - _ p _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ 一一一 2 3 监控系统上位机软件结构 本软件的遥行需要一个稳定的运行环境，要求系统软件的安全性、稳定性好。由 于小水电站的数据量大且种类多，数据的流通和使用频繁，要求有可靠性高的数据库 的支撑软件来保证数据的可靠性。基于模块化设计的思想，把本软件的功能分块设计， 所以，采刚了分层分块的软件结构。这样模块化设计的程序，使程序编写容易、易于 扩展、易于维护和调试方便，本课题的上位机软件的软件结构如图所示。 监控系统的软件结构 本软件由系统软件、支撑软件和应用软件构成。 、l引j， 件 件 中国农业大学硕士学位论文 2 3 1 系统软件 系统软件是上位机软件能安全、正常运行的基础，宜采用实时性好、多任务、多 线程、安全性好的w i n d o w s 2 0 0 0 n t 的开发环境。 本课题在软件设计时选用了m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s2 0 0 0 p r o f ess i o n a l ( w i n d o w s 2 0 0 0 专业版) 操作系统。w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 是专为 各种桌面计算机和便携机开发的新一代操作系统。w i n d o w s2 0 0 0 结合了w i n d o w s9 8 和w i n d o w sn t4 0 的很多优良的功能性能于一身，实现了如下的安全特性：数据安 全性、企业间通信的安全性、企业和i n t e r n e t 网的单点安全登录、以及易用和良好 扩展性的安全管理。 2 3 2 支撑软件 本课题采用支撑软件由实时数据库和历史数据库组成。支撑软件保证了数据的正 确性和可靠性。本课题的实时数据库由自己开发，历史数据库采用大型关系数据库s q l s e r v e r 7 0 。在下一章有对数据库的详细介绍，在此就不熏复介绍了。 2 3 3 应用软件 小水电厂计算机监控系统应用软件选型的关键在于工业控制数据库及其组态软 件，目前在小水电厂计算机监控系统中采用的工业控制数据库及组态软件大多是通 过国外引进，并经过国内软件开发商的二次开发所形成的。在选型时应考虑其应用的 成熟度、应用程序接口的开放性及人机界面汉化程度，其功能及技术指标应能够满足 原电力部1 9 9 5 年1 2 月实施的“水电厂计算机监控系统基本技术条件”。 本课题选用微软公司的面向对象的程序设计语言y is u a lb a s ic 6 0 作为应用软 件的编程语言。应用软件部分包括通讯模块、参数设置模块、遥控遥调模块、数据采 1 2 中国农业大学硕士学位论文 集和处理模块、实时数据库模块、历史数据模块、报警模块、查询及报表打印模块、 负荷曲线模块、实时显示模块等。 2 3 3 1 面向对象程序设计方法 随着软件产业的发展，软件的开发方法由结构化程序设计( s t r u c t u r e d p r o g r a m m i n g ) 发展到面向对象的程序设计( o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g o o p ) 。 o o p 把计算过程看作对象的分类过程加上其状态变换的过程，也就是将一个应用程序 逐步划分成相互关联的多个对象，并且执行相应的事件过程以引起对象状态的改变，从 而最终达到完成计算的目的。面向对象的程序设计方法使软件开发更加模块化，标准 化。 在o o p 中，对象( o b j e c t ) 是一个包括数据和方法( 操作) 的并被封装起来的整体 它是对数据和功能的抽象和统一。面向对象的程序设计是程序设计的一种新思想，其 基本思想是：通过建立与具体实际应用相对应的对象，并通过这些对象的组合来创建 具体的应用程序a 面向对象的程序设计语言即是支持这种思想的程序设计语言。 v is u a lb a s ic 6 0 语言即是面向对象的程序设计语言。 2 3 3 2v is u a lb a s i c 6 0 开发环境 v is u a lb a s i c6 0 ( 简称v i s u a l b a s i c ) 是m i c r o s o f t 公司推出的一种程序设计 语言。它具有良好的图形用户界面( g u i ) ，同时又完全支持面向对象的程序设计，是 个3 2 他的应用程序开发工具。它综合运用了b a s i c 语言的结构化的特点和g u i 可视 化设计j 具( 控件、卜拉式菜单、窗口、对话框等) ，并采用了事件驱动的编程机制 因而非常适用于图形界面的编程方式。 作为高质量的开发软件，v i s u a lb a s i c6 0 中文版具有以下显著的优点。 1 3 中舅查、业奎堂堡主堂垡鲨墨 一 一 v i s u mb a s i c6 0 简单易学，只需很短的时间就能学会，并能使用它编写较简单的程 序，1 f 常适合时间短、任务紧的工程需要。 语句生成器和强大的中文帮助m s d n 使用户不必记忆成千上万的属性和方法，能在 较短的时间内开发出功能强大的应用程序。 支持包括a c t i v e x 数据对象( a d o ) 在内的各种数据对象的访问，通过它们，应用 程序可以轻松地访问到远程、本地的各种数据源。允许对包括m ic r o s o f ts q l s e r v e r 和其它企业数据库在内的大部分数据库进行读写。 强大的i n t , e r n e t 应用程序开发功能。 已完成的应用程序可以生成真正的e x e 文件，并提供运行时可以自由发布的动态 连接库( d l l 文件) 。提供了各种向导，比如安装程序向导，用户使用它可以轻松 快捷地制作安装程序。 l e 是基于v i s u a lb a s i c6 0 的上述优点，所以本课题选用它作为应用软件的编 程语言。 2 4 上位机应用软件及其实现 2 4 1 通讯模块及其实现 2 4 1 】通讯模块的结构 通讯模块是联系r t u 与上位机及上级调度的信息枢纽，承担r t u 与上位机及 上级调度的信息和命令的上传、下发的重要任务，是整个上位机软件的数据信息来 源。 由于上位机的监控程序相当庞大，如果把通讯和监控程序结合在一起，程序代 码相当庞大，且不容易编写，调试时也不容易找出错误的所在。所以，本软件采用 了把通讯与监控程序分离设计的方法。 1 4 中国农业大学硕士学位论文 把通讯与前台监控程序分离设计，可以使w i n d o w s 操作系统占先式、多任务和 多线程的优点得到充分发挥；可以使上位机监控程序模块化，便于调式，扩展及升 级：可以使数据的流向清晰直观：可以增加整个程序运行的可靠性。鉴于有如上的 优点，本课题选择了把通讯部分作为一个单独的模块加以开发。 通讯模块须同调度端、r t u ( 预留了5 0 个r t u ) 或p l c 单元、上位机监控程 序( 以后简称前台程序) 三个方向进行通讯，此模块的任务是将各方向的数据包传 送剑指定的位置，功能类似i n t e r n e t 的路由器。 各方向无指令时，由此模块自主向r t u 发送常用的读取数据的指令，存放于缓 冲中，并且采取轮训的方式，循环读取数据，实时刷新缓冲中的数据。当调度端或 前台程序向r t u 发送读取数据的指令时，此模块直接由缓冲中取出数据，而不是把 指令f 发给r t u ，这样就减少了数据包的流量，读取数据快速，使数据的实时性得 到了最大程度上的保证。 本课题采用了自定义的通讯规约，使用自主开发的监控装置，经调试运行，能 很好地实现数据的通讯功能。 软件的运行数据流通结构如下图所示。 中国农业大学硕士学位论文 1 6 中国农业大学硕士学位论文 通讯模块的模型图如上图所示 模型图说明： g d i s p a t c h s e n d 2 6 4 ： 将要发送到调度端发送缓冲，( 括号内为内存占用字节数，下同) g d i s p a t c hr e c e i v e d 2 6 4 】：己接收到调度端来的指令缓冲。 g r t us e n d 2 6 6 1 ： 将要往r t u 发送的指令包缓冲。 g r t ur e c e i v e d 2 6 4 1 ： 已接收到的r t u 响应数据包缓冲。 g w i n s o c k lr e c e i v e d f l 0 2 4 ：已接收到前台主程序发送的指令的指令队列。 g d a t ac a c h e 【1 0 0 ，8 6 】：读取数据指令的r t u 响应包缓冲，5 0 个r t u 的空间。 t i m e rd i s p a t c h s e n d ： 发送到调度的专用线程。 t i m e rq u e r y ：统筹指令队列，在允许的情况下才启动r t u 发送线程，兼有 t i m e rr t u s e n d d i s p a t c h f l a g ： 主动查错、容错的功能。 发送到r t u 的专用线程。 存储往调度发送数据的来源方向。 存储往r t u 发的指令的方向。 模型的实际运行参考上图，整个上位机软件的通讯由本模块进行完全控制。为 此，t i m e rq u e r y 定时器循环地对各个方向进行查询，如若发现调度或前台程序有指 令到达，则读接收缓冲，启动t i m e rr t u s e n d 定时器线程向r t u 发送指令：无指 令时，由t i m e rr t u s e n d 向r t u 发送通讯规约中的读数据指令。r t u 响应后，判断 发送指令的方向，按原路返回数据，对读数据指令则以规定格式存于缓冲中。对于 从调度端来得指令，接收到指令后，进行判断，对于缓冲区有的指令则从缓冲区读 取返同，其余往r t u 传送，对于重要的控制指令则须同样传送给前台程序。 2 4 1 2 通讯模块中通讯的检验 r t u 通过r s 一4 8 5 总线连接，可以有效地防止杂讯的干扰。r t u 及调度端通过计算 机的串行通信端口和通讯模块实现通讯；通讯模块和上位机的前台程序利用w i n s o c k 控件实现数据的传输和通讯。此通讯模块和前台程序在同一台计算机中运行，经北京 共立康桥公司的实际检测，表明通讯模块可以满足实际工程的需要，能快速、实时地 与r t u 、前台程序进行通讯。 1 7 中国农业大学硕士学位论文 2 4 1 3m s c o m m 控件、w i n s o c k 控件的使用 m s c o m m 控件、w i n s o c k 控件是v is u a lb a s ic6 0 提供的a c t i v e x 控件，是v b 中的两个重要的通讯控件。 m s c o m m 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。 m s c o m m 控件提供下列两种处理通讯的方式： 事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况f ， 在事件发生时需要得到通知，就可以利用m s c o m m 控件的o n c o m m 事件捕 获并处理这些通讯事件。o n c o m m 事件还可以检查和处理通讯错误。 在程序的每个关键功能之后，可以通过检查c o m m e v e n t 属性的值来查询事件 和错误。 每个使用的m s c o m m 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串 行端口，必须使用多个m s c o m m 控件。可以在w i n d o w s “控制面板”中改变端口地 址和中断地址。 本模块的m s c o m m 控件采用事件驱动通讯的方式。 w i n s o c k 控件提供w i n d o w s 通用的连接和数据交换控制，利用w i n s o c k 控件 可以与远程计算机建立连接，并通过用户数据文报协议( u d p ，u s e rd a t a g r a m p r o t o c 0 1 ) 或者传输控制协议( t c p ，t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 进行数据交换。这 两种协议都可以用来创建客户与服务器应用程序，可以在不同计算机之间的通讯。 w i n s o c k 控件在运行时是不可见的。 w i n s o c k 控件可以使不同的计算机实现通讯，只要用协议建立起连接即可。使 用w i n s o c k 控件，易于程序的扩展，非常适应网络化的需要，因此本课题选用 w i n s o c k 控件作为前台程序和通讯模块之间的接口。 由r 本课题的通讯模块和前台程序要在同一台计算机中运行，因此，只要把前台 程序的w i n s o c k 控件的r e m o t e h o s t n a m e 属性和通讯模块w i n s o c k 控件的 l o c a l h o s t n a m e 属性都设定为运行计算机的名称或i p 地址，这样就可以把前台程序 1 8 中国农业大学硕士学位论文 认定为服务器端，通讯模块认定为客户端，在同一台计算机中实现服务器端和客户端 的连接和通讯。 t c p 协议是个基于连接的允许创建和维护与远程计算机的连接，连接两台计算 机就可以彼此进行数据传输，只要第一次建立了连接就可以持续不断地交换信息。而 u d p 协议则是一个无连接的协议，为了维持信息的连续不断，必须每次进行新的连 接才行。简单地说，可以把t c p 和u d p 分别看作打电话和写信。由于监控程序需要 持续不断地向r t u 读取数据，所以，本课题的w i n s o c k 控件采用t c p 协议。 2 4 2 参数设置模块及其实现 为了监控程序的正常运行，必须根据用户的实际情况对参数进行初始化设置。结 合小水电站的运行特点，本课题所用到的监控装置( r t u ) 有三种类型，分别是线路 监控装置、发电机主监控装置、发电机副监控装置。 2 4 2 1 参数设置模块 本软件中的参数设置分为两大部分：运行参数的设置；r t u 的接线定义的设置。 运行参数的设置包括厂站设备的设置、线路监控装置参数设置、发电机监控装置 参数设鼍、电度参数设置、保护及通信参数的设置、事件动作的设置、校对时钟、负 荷管理、光字牌和用户管理。 以线路监控装置参数设置为例，来说明运行参数设置的功能是如何实现的。 线路监控装置参数设置需要设置的项目有：新r t u 地址、新r t u 密码、p t 变 比、c t 变比、中线c t 变比、定时记录间隔( 单位为分钟) 、通讯波特率、循环显示 保持时间、旁带回路号、断路器合信号定义、继电器动作总允许、继电器】工作模式、 继电器2 工作模式、继电器31 二作模式、继电器4 工作模式、直流电流l 换算比例、 直流电流显示单位、电压模式、电流模式、相序等。 具体的操作如下： 选择要设置的r t u ，并输入r t u 的密码 选择命令，比如选择了置参数的命令 中国农业大学硕士学位论文 在表格中对每个项目填写或选择数据 点击“执行命令”按钮，程序按照通讯规约把所填的信息下发给r t u ，如果 r t u 接受了参数设置，则使“存盘”按钮有效，系统自动提示用户要存盘。 点击“存盘”按钮，则把已设置的r t u 信息存入到数据库中。 如果r t u 没有接受参数设置，则弹出参数设置失败的提示。 运行参数设置的界面如下图所示。 由丁r t u 所监测的数据是由r t u 的实际接线决定的，但在软件开发时，开发人 员并不了解现场r t u 的具体接线情况：软件使用时不可能要求用户按照自己所设计 的固定的接线方式来进行接线；更重要的是每个水电站的r t u 接线方式不可能完全 相同。所以，为了使本软件能在不同的水电站都能使用，必须使用户能按照自己的 r t u 的接线情况进行定义。 r t u 的接线定义是让用户定义r t u 监测的是什么数据，比如，地址为5 1 1 的r t u 的实际接线是要监测设备名称为线路2 的三相电压和三相电流，那么用户在r t u 的 2 0 中国农业大学硕士学位论文 接线定义时就要对地址为5 1 1 的r t u 的第一电压到第三电压、第一电流到第三电流 的内容分别定义为线路2 a 相电压、线路2 b 相电压、线路2 c 相电压、线路2 a 相电 流、线路2 b 相电流、线路2 c 相电流，并且最后选择能读取这些数据的通讯规约命 令。 由于小水电站的监测数据种类多，每个r t u 监测的数据种类可能不同，比如， 发电机主监控装置和发电机副监控装置所监测的数据种类就不相同，发电机主监控装 置可以监测交流模拟量、直流模拟量、开入量、开出量；而发电机副监控装置可以监 测发电机温度、开入量。如果把每个r t u 可监测的所有数据都一起定义，会使得设 置界面复杂，且程序不容易实现。因此，本课题把数据分为五种类型，分别是交流模 拟量、直流模拟量、发电机温度、开入量、开出量。对r t u 的接线定义就按照数据 类璎分别进行定义，这样程序容易实现，而且界面简单明了。 r t u 的接线定义设置包括从端地址信息设置、交流模拟量接线定义、直流模拟量 接线定义、发电机温度接线定义、开入量接线定义、开出量接线定义，此部分的设置 是在r t u 已经完成接线工作并且在确认接线完全正确的条件下进行的，否则前台程 序对r t u 的所监测的数据和实际情况不相同，造成数据的紊乱，使监控程序不能l e 常运行。 r t u 的接线定义设置均以r t u 的地址( 也称为从端地址) 为主键进行的，即是 针对从端地址进行设置，而不是针对设备进行的。用户可以根据实际的接线情况进行 设置，保证了本软件的灵活性、通用性好。r t u 的接线定义是软件运行的基础，所 以，对r t u 接线定义的设置正确是其它程序正确运行的基础。 r t u 接线定义参数设置的界面如下图所示。 2 l 主里奎些奎堂堡主堂鱼堡壅 2 4 2 2m s f l e x g r i d 控件的使用 小水电站的参数很多，如果在界面上放置很多的文本框，显得界面很杂乱，而且 州户设置参数时容易出错和发生遗漏，本软件从简洁、方便、正确性上考虑，采用表 格的方式设置参数可以有效地避免这些现象。 m ic r o s o f tf 1 e x g r i d ( m s f l e x g r i d ) 控件可以显示网格数据，也可以对其进行 操作。它提供了高度灵活的网格排序、合并和格式设置功能，网格中可以包含字符串 和图片。但m s f l e x g r i d 控件只能显示数据，并不能对它的网格进行编辑处理，也就是 不能输入数据。为此，本软件采用了把文本框( t e x t b o x ) 、组合框( c o m b o b o x ) 移动 到网格的方法来使m s f l e x g r i d 控件具有输入和选择数据的可编辑处理的功能。 具体方法是：在窗体上放置文本框或组合框，双击m s f l e x g r i d 控件的要编辑处理 的网格，确定此网格对应的行号和列号，让文本框或组合框可见，把文本框或组合框 移动到行号和列号对应的位置，并且把文本框或组合框的尺寸大小调整得和阿格大小 2 2 中国农业大学硕士学位论文 一样，这样就使用户可以输入数据或选择数据，当文本框或组合框失去焦点或敲回车 键均可以使输入的数据或选择的数据赋给对应的网格，并且文本框或组台框不可见。 本软件采用了双击网格的方法使文本框或组合框移动到网格的位置，使用户看起 来好象网格被激活，具有可编辑处理的功能，主要是基于如下的考虑：在w i n d o w s 中， 双击文件夹或文件可以直接打开此文件夹或文件，人们已经熟悉了这种操作模式；另 外，在本软件中有一些参数只有0 和1 两种值，单击网格可以使其在0 和l 之间相互 转换，不用输入数值。所以，从用户的习惯和本软件的编程处理上，采用了双击网格 的方法。 f 面仅以实现只可输入数据的方法的代码说明此方法。 设t e x t b o x 的名称为t x t d a t a，m s f l e x g r i d 的名称为m s f g l p r iv a t es u bm s f g l 一d b l c l i c k ( ) t x t d a t a v i s i b i e = t r u e 使t x t d a t a可见 t x t d a t a m o v e m s f g l l e f t + m s f g l c e l l l e f t m s f g i t o p + m s f g i c e l l t o p m s f g1 c e l l w i d t h ，m s f g1 c e l l h e i g h t 把t x t d a t a 移动到m s f g l 的网格位置 t x t d a ta w i d t h = m s f g l c o l w i d t h ( m s f g lc o l 、 t x t d a ta h e i g h t = m s f g l r o w h e i g h t ( m s f g l r o w ) 调整t x t d a t a 大小 e n ds u b p r i v a t es u bt x t d a t a c h a n g e ( ) i f t x t d a t a t e x t m s f g l t e x tt t h e n m s f g1 ，t e x t = t x t t d a t a t e x t e n d i f e n ds u b p r i v a t es u bt x t d a t a _ k e y p r e s s ( k e y a s c i ia si n t e g e r l i fk e y a s c i i = v b k e y r e t u r nt h e n k e y a s c i i = 0 t x t d a t av i s i b l e = f a l s e 中国农业大学硕士学位论文 m s f g1s e t f o e u s e n d i f e n ds u b p r i v a t es u bt x t d a t a l o s t f o c u s ( ) t x t d a t av i s i b l e = f a l s e m s f g1 s e t f o c u s e n ds u b 2 4 2 3 参数设置功能的实现 用户设置好参数后，如果需要下发给r t u ，则下发命令，如果r t u 接受了参数设置， 则存盘处理；如果r t u 不接受参数设置，则要弹出提示，建议用户重新下发命令。如 果不需要p 发给r t u ，则直接存盘处理。 用户可以读取r t u 已有的参数值，并在表格中对应显示出来。 2 4 3 遥控遥调模块及其实现 2 4 3 1 遥控遥调模块 遥控遥调模块可以分为生产过程动作设置模块和遥控遥调的执行模块两部分。遥 控是上位机向r t u 发布命令，直接进行断路器的分闸或合闸操作；遥调是上位机向r t u 发布调节命令，实际上是给厂站端设备的自动调节器设置整定值，设定命令中应包括 调节对象的编号及设定数值。 小水电站的主要控制操作有：机组开、 网发电操作；机组有功、无功的调节操作； 公_ l j 设备及辅助设备启、停控制操作。 停机操作：机组紧急停机操作；机组的并 断路器投、切操作：隔离开关投、切操作： 由于小水电站的遥控遥调过程较复杂，并且对同一个操作过程每个小水电站都有 自己的不同的生产操作流程，通过对几个小水电站的自动开机、自动停机和并网发电 的操作过程的分析研究，目前还没有一个统一的可以用来作为标准的操作流程。因此， 为了监控软件的灵活性、通用性好，适合不同用户的具体的实际情况，本软件把遥控 中国农业大学硕士学位论文 遥调的动作过程可以让用户自己来设置，本软件根据设定的过程动作来自动执行遥控 遥调的命令。 生产过程动作设置可以对每个动作过程的动作次序、动作名称、动作方式、动作 时间、动作效果( 每个动作次序最多可以设置4 个动作效果) 、动作条件( 每个动作次 序最多可以设置1 6 个动作条件) 进行设置，并且是针对设备来进行设置的，人机交互 比较直观。根据已有的运行参数和r t u 接线定义用户可以对上述的各项进行选择或填 弓设置，最后把设置好的动作过程存入数据库中，作为遥控遥调的动作流程。 遥控遥调的执行就是根据设定好的动作过程进行自动操作，可以实现对设备的自 动控制。考虑到实际的生产情况及通讯的过程，还有运行人员可以手动控制及控制失 败的可恢复功能，最大程度上从用户