东湖龙35KV变电站监控软件设计毕业论文.doc

中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文） 第44页东湖龙35KV变电站监控软件设计毕业论文1绪论变电站自动化监控系统是在计算机监控、远方调度控制和通信等技术的应用基础上发展起来的，利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供用电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切、更负责的关系，力求供电经济性最好，企业管理更为有效。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，实现对变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和保护，以及调度通信等综合自动化功能。变电站自动化系统，即利用多台计机算和大规模集成电路组成的自动化系 统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，利用微机保护代替常规的继电保护，并改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。此因无人职守的变电站既提高了供电可靠性又实现了减员增效。随着现代工业的发展，变电站自动化监控系统已成为一种必然趋势和发展方向1。1.1 变电站综合自动化监控系统在国内外的发展现状随着我国电网的建设，电网结构的日趋复杂，变电站作为系统的重要组成部分，其运行的经济性、安全性和可靠性变得越来越重要。监控软件作为变电站综合自动化系统的重要组成部分，集数据采集、显示、控制、通信等功能于一体，是变电站综合自动化系统的最终实现工具。随着计算机技术和通信技术的发展，人们对电力监控系统的要求越来越高。因此，开发专用的变电站监控组态软件成为满足变电站自动化技术发展的必然选择。运用变电站监控组态软件，变电站工作人员只需要简单地进行相应的参数组态工作，就能够实时、直观了解和监控整个变电站设备的运行情况。监控软件是变电站综合自动化系统的重要组成部分，集数据采集、显示、控制、通信等功能于一体，是变电站综合自动化系统的最终实现工具。随着计算机技术和通信技术的发展，人们对电力监控系统的要求越来越高。因此，开发专用的变电站监控组态软件成为满足变电站自动化技术发展的必然选择。运用变电站监控组态软件，变电站工作人员只需要简单地进行相应的参数组态工作，就能够实时、直观了解和监控整个变电站设备的运行情况。依据大电网会议WG34.03工作组的分析，变电站自动化系统较严格的定义为2:(l)远动功能(四遥功能);(2)自动控制功能(如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制(VQC)。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段隔离/非故障段恢复供电与网络重组等);(3)测量表计功能(如三相智能式电子电费计量表等);(4)继电保护功能;(5)与继电保护有关的功能(如故障录波、故障测距、小电流接地选线等);(6)接口功能(如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统(GPS)等IED的接口):(7)系统功能(与主站通信，当地SCADA等)。1.2 变电站综合自动化系统的要求变电站综合自动化改善了传统变电站电力系统安全性不高、稳定性不好以及不够经济、优化的不足。使用监控软件，完成诸如网络通讯、实时库生成、报警设计分析、历史库关机、报表管理等生成功能，使用于各种电压级变电站监视与控制、继电保护、自动化装置等综合自动化系统。变电站对计算机监控系统的要求是多方面的，主要有以下几个方面：1.先进性基本功能应能满足现场提出的检测，控制与通信的要求。总的原则是在技术上容许的条件下力求到先进水平（包括各项功能和技术经济指标）。2.可靠性对计算机监控系统来说，可靠性特别重要。计算机要能长期连续工作，要具有较强的抗干扰能力和自检自恢复功能。为了提高可靠性，要在硬件和软件两方面采取措施。硬件方面要选择可靠性较高的控制机，要有一个合理的结构，尽量采用标准化的功能模块，对 接口的可靠性要给予特别重视。实践表明，在计算机系统的故障中接口的故障率是最高的。软件方面也要有一个合理的结构，力求按模块化，构结化的要求设计程序。在可靠性要求特别高的场合，要采用双机或双重化系统。3.实时性计算机监控系统对各种信息的采集和处理要满足实时性的要求，对现场各种状态要能及时响应。在控制方面，控制信号要能及时发出。为了达到上述要求，硬件上要采用转换 速度比较快的接口及比较完善的中断申请和优先排队电路，软件上要尽量缩短处理和运算 时间，对任务进行合理安排和调度，使重要任务得到优先处理等，也可提高实时性。4.适应性计算机要能适应系统各种运行情况。当系统运行情况发生变化时，要求通过简单的开关操作或改变某些特征标志和整定值就能适应。此外还有可扩充性和可维护性1。1.3 变电站综合自动化系统的主要特点变电站监控系统具有以下基本特点:l)变电站监控系统的输入回路将各类信息转换为数字量，并通过计算机通信网络进行数据交换，实现信息共享。各种功能在微机硬件支持下，由软件和人机接口设备、输入和输出等设备协调完成。2)采用模数变换、数字滤波和处理技术，能保证各种量值的测量精度要求。采用防抖技术，冗余技术以及在线自检，自诊断等技术，提高了监视，控制的准确度和可靠性。3)变电站设备和电网运行状态，故障信息，设备操作等采用屏幕显示，电气操作人员可通过计算机进行全面监视与操作，取代了常规中央信号屏，控制屏等有关设备，为电气操作人员提供了方便直观的监控条件。4)监控系统可提供电压无功自动调节控制、电气操作防误闭锁及统计报表自动生成等高级应用功能。5)能减少重复性硬件设备，节约大量控制电缆，缩小控制室建筑面积，具有较好的经济性。6)站内温度、湿度、污染，振动，特别是强电磁干扰都对监控系统的正常运行带来不利影响，必须采用有效技术措施，使监控系统满足现场运行环境和电磁兼容技术标准的相关要求。7)监控系统可通过Mls系统上互联网，这样电气管理人员可在异地通过互联网直接监视变电站的工作情况。缩短了管理的距离。总之，变电站监控系统是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能的重要技术措施之一，具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化，运行管理智能化的基本特征，为电网调度自动化、配电自动化和电网的现代化管理奠定了良好的基础。1.4变电站综合自动化系统的优越性传统变电站存在以下问题：1) 安全性、可靠性不能满足化工企业用电高可靠性的要求。传统的变电站大多采用常规的设备, 它的二次设备结构复杂, 可靠性不强, 没有故障自诊断能力, 只在计划停车或保护装置发生拒动和误动时才能发现问题。2) 供电质量缺乏科学的保证。传统变电站大多不具备调压手段, 且缺乏科学的电能质量考核办法,不能满足企业考核的需求。3) 占地面积大, 增加征地资金。传统变电站二次设备体积大、笨重, 器件组屏数量多, 因此, 控制室和继电保护室占地面积大, 不能满足企业发展和扩规的要求。4) 不具备实时监控的要求。变电站要做到优质、可靠、安全运行, 必须掌握系统的运行工况, 才能采取一系列的自动控制和调节手段。传统的变电站不具备远方通讯功能, 缺乏自控手段和措施, 因此不利于变电站的安全、稳定运行。5) 设备可靠性差, 维护量大。常规的继电保护整定值必须定期停电校验, 保护整定值整定工作量大, 也无法实现远方参数或自动装置的整定值的修改。相比较而言，综合自动化系统的优越性体现在以下几个方面：1) 提高供电质量及电压合格率。由于变电站综合自动化系统中有电压、无功自动控制功能, 可大大提高电压合格率, 降低损耗, 节约电能, 保证电气设备的正常运行。2) 提高变电站的安全、可靠运行水平。变电站综合自动化系统具有保障自诊断功能, 发现不正常现象及时报警。由于微机的应用, 更突出了自动装置和四遥装置的有利特点, 这使得变电站的一、二次设备的可靠性大大提高。3) 提高系统的运行、管理水平。变电站实现自动化后, 监视、测量、记录、抄表等工作由计算机自动完成, 提高了测量精度, 避免了人为误差。实时工况、报警记录、各种运行趋势图等可供查询, 大大提高了运行的管理水平。4) 减小占地面积。变电站综合自动化系统采取计算机和先进的通信技术, 可实现资源和信息共享,同时大规模的集成电路结构紧凑、体积小、功能强,与传统变电站相比, 其性能大大提高, 控制室面积减少。5) 减少维护工作量, 减少劳动强度, 实现减人增效。由于综合自动化监控系统具备强大的数据采集及通讯功能, 减少了人工抄表等一系列工作量, 且能实现“四遥”、无人值守的状况, 可以达到减员增效的目的3。1.5课题来源及内容本课题来自东湖龙矿35KV地面变电所，研究对象为该变电站监控软件设计。该变电站原始资料如下：1.交通状况东湖龙矿位于J市西30KM处，交通运输方便，矿区铁路与市主要铁路干线相接，大型设备可通过铁路运输至本矿，矿区公路运输也相当方便，大型设备也可由公路运至本矿。2.地形、河流本地区地形为丘陵地带，地面工业广场海拔高度800m，土壤为黄土。 3.气候、地震情况本矿属大陆性半干燥气候，冬冷夏热，风沙大，日夜温差大，年平均气温5.88.2，极端最高气温38，极端最低气温-25，最热月平均最高温度30，最热月平均温度25，结冰期从11月到次年4月。土壤冻结深度为0.8m，全年主要风向为西北风，最大风速25m/s，年平均雷暴日为40日。矿区地震裂度为七度。4.矿区情况本矿井为低瓦斯矿井，矿井设计能力为年产120万吨，在册职工人数为5000人。矿井年最大负荷利用时数为4500小时，当地电费0.5月/KW。H，基本电费按安装容量计收为5元/KVA。月。变电所有一、二类负荷，为了保证供电的可靠性所以选择两台变压器，一台工作，一台备用。主变压器的容量: KVA，选用SFT7-16000/35型变压器。主变压器的负荷率: SFL7-16000/35型变压器主要技术数据见下表一:矿区西家庄站为110kV变电站，其35kV母线最大运行方式下的短路容量为400MVA，最小运行方式下短路容量为300MVA，继电保护的动作时间为2.5秒。电源的地理接线如图1-1：型号额定容量（KVA）额定电压（KV）额定损耗（KW）阻抗电压%空载电流%连接组别外形尺寸（mm）高压低压空载短路长宽高SFL7-16000/351600035631977807YN,d11422032604150表一 主变压器主要数据图1-1电源地理接线图对于矿井的供电网络中的核心部分地面35KV变电站来说，从该变电站正式投运到目前为止，由于种种原因，变电站基本内部设备没有进行过更新，特别是变电站二次设备，更是保持在矿井投产时的水平，主要表现在以下几个方面：1.变电站中继电保护仍然全部采用的是电磁继电器的保护，大部分继电器严重老化，保护动作不可靠，经常出现保护拒动和保护误动情况。2.站内直流系统严重老化，输出电压不稳定且波动大，无法保证变电站二次设备的直流供电的要求。3.由于保护和直流的陈旧，一旦设备出现故障和损坏也无法找到合适的零部件更换，造成设备瘫痪、无法运行。4.由于设备的信息化程度低，报警的自动化程度不完善，也带来一旦出现电力设备故障，值班人员和相关领导不能及时得知情况，不能做到故障的及时处理，严重影响电力设备的安全、正常运行。东湖龙矿负荷资料表如下表二：表二东湖龙矿负荷资料负荷名称电动机名称电动机额定容量/KW设备台数设备容量/KW需用系数功率因数距变电所距离重要负荷率%备注安装工作安装工作一、地面主井提升机绕线150011150015000.850.8250100副井提升机绕线150011150015000.850.8200100主扇风机同步160021320016000.90.93500100压风机同步7503250012000.80.9500100机修厂18850.250.6510000工人村19760.60.712000洗煤厂15980.80.780050锅炉房514.50.650.7280050东湖龙村598.90.650.715000外供电二、井下距井口最大80000.80.75300100正常70000.750.72300100 本设计要根据35KV东湖龙矿变电站供电系统情况及有关要求，简单展示了分层分布式变电站综合自动化系统并利用工业组态软件Intouch来实现监控系统基本功能的设计。 由于本人专业知识很有限，且关于东湖龙35KV地面变电站的资料掌握不全，该系统也不能实现实际的链接。该监控系统只能模拟整个系统的运行及功能的演示。本监控软件的设计目标为：（1） 通过主接线图可以清晰的看到变电站的一次接线情况，并且可以直观的监控到整个变电站供电系统的状态和运行情况。（2） 在主接线图界面，通过身份验证，可以实现对断路器及隔离开关的在线操作。（3） 当某线路的运行不正常或操作不当时会弹出警告窗口，并对其进行事件记录。（4） 对断路器和隔离开关的操作实现闭锁功能，并且提示正确操作，以减少操作人员的失误，避免事故。（5） 对断路器和隔离开关操作设有密码保护，只有通过密码校验获得认可，才能对相关器件进行操作。以保护系统的安全运行。（6） 设置监控屏，通过监控屏可以直观的读取一些数据。（7） 出现事故时，会弹出提示界面，告之发生意外请求处理，进行报警确认。2变电站综合自动化监控系统的结构设计2.1概述变电站监控系统的设备由带有通讯接口的采集控制模块:多功能电力综合仪表、开关量采集模块、电流量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制输出模块、通讯管理机、24V直流电源，低压电动机综合保护器、中压微机综合保护器以及中央监控主机等组成。中央监控主机是本系统的集中管理中心。一般安置在有人或无人值班的总值班室内，用于整个变配电系统的实时状态显示、数据分析、历史记录、故障报警、控制等。变配电站综合自动化系统的结构分为集中式和分层分布式两种形式。2.2集中式综合自动化监控系统的结构及特点以变电站为对象，面向功能设计的监控系统，称之为集中式计算机监控系统（图2-1所示）。即各系统功能都以整个为一个对象相对集中设计，而不是以内部和某元件或间隔为对象独立配置的方式。主要缺点:运行可靠性差，每台计算机的功能较集中，如果一台计算出故障，影响面较大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性;软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦;组态不灵活，对不同主接线或不同规模的变电站，软硬件都必须另行设计，可移植性差，不利于批量推广。但因其集保护功能、人机功能、“四遥”功能、自检功能于一身，具有工作可靠，结构简单，性价比比较高的特点，仍适用于一些小型变电站。远方调度中心打印机彩显当地监控系统键盘鼠标数据采集及控制部分微机保护管理单元MODEM交直流采样YC开关量采集YX电能表脉冲采集YM开关控制输出YK保护单元图2-1 集中式结构的综合自动化系统框图2.3分层分布式综合自动化监控系统的结构及特点2.3.1分层分布式监控系统的基本结构和特点分层分布式监控系统（图2-2所示）是以变电站内的电气间隔和元件(变压器、电抗器、电容器、中压开关柜、低压开关柜、钟S、直流屏等)为对象开发、生产、应用的计算机监控系统。分层分布式综合自动化监控系统一般分为三层，从底层往上层依次是:间隔层、通信管理层、站控层。每层由不同的设备或子系统组成，完成监测和遥控的功能。通常，变电站监控系统由站控层和间隔层两个基本部分组成。分层分布式监控系统基本结构、功能与特点：1）基本结构分层分布式系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控主单元）和间隔层（间隔单元）。站级位于变电站主控室内，间隔级面向变电站开关场各间隔内的一次电力设备。这种系统的主要特点是以一次电力设备为安装单位，讲控制、I/O、保护等单元分散地安装在一次电力设备屏柜上。站级控制单元通过串口与各一次电力设备屏柜相连，并与上位机和远方调度中心通信。变电站层包括前置机通信单元和后台监控主机单元，这些构成了上位机系统。间隔层也就是下位机系统，按断路器间隔划分，包括主变监控保护单元、主变后备保护单元、线路监测保护单元、电容器保护单元等。系统底层网络采用CAN总线技术。上位机和下位机的各单元分别作为CAN总线的节点挂接在总线上，互相之间通过总线进行数据传输和通信联系5。图2-2分散分布式结构的综合自动化系统框图2.3.2主要硬件设备及其功能l)间隔层间隔层保护装置的设备及功能:根据变配电站的规模以及是否是新建电站，间隔层保护监控装置可以采用分散安装在开关柜上，也可以集中组屏。一般新建变电站35kV及以下 间隔，保护分散安装在开关柜上和直流电源，UPS等设备上，元件保护装置一般集中组屏。间隔层保护装置二次设计思路:变配电站综合自动化系统的设计思路随着微机继电保护装置的不断发展而相应地做出调整。间隔层的设备还包括UPS、变频调速器、直流屏、小电流接地选线装置、无功补偿控制装置、智能消谐装置、电度表、多功能表以及其他智能装置。2)通信管理层通信管理层的功能是收集间隔层智能设备的数据信息，处理上行、下行的信息;完成不同协议的转发、实现不同系统的应用软件通信的透明传输。主要有集线器和网络交换等设备，通常由网络集线器、交换机、光电转换器、通讯管理机、接口设备和传输设备。有的项目还把通信管理层的设备集中设计成低压通讯柜和中压通讯柜。3)站控层站控层设备主要包括主机、操作员站、工程师站、远动通信设备等，其通常安放在主控室。站控层的主要功能进行数据的处理、存储以及转发，站控层同时具有良好的人机界面：变配电系统实时监控画面、实时和历史数据报表、实时和历史数据曲线、事件记录、故障录波分析等。站控层的主机也可作操作员站。站级监控主机采用高性能工控机或服务器，监控软件平台采用专业组态监控软件，具有高可靠性、实用性、可维护性以及高度的可扩展性。变电站级主要包括本地监控工作站和工程师工作站微机，以及用于传送远动信息的主站微机。间隔级在横向按站内一次设备（主变、线路等）分散配置。对于站级和出线间隔级功能进行微处理化和分散安装（地理上的分散和功能上的分布），站级主单元、间隔级I/O单元、保护单元或测控保护综合单元之间又分为保护相对独立，控制和测量合一及保护、控制和测量合一等两种模式。各单元相互之间依赖参数化方式达到组态的灵活性和可靠性。这种分层分布式系统同集中式系统相比具有以下明显优点：结构分散，有利于无人值班，系统可靠性高，局部故障不会导致全系统瘫痪；保护和控制功能集中到同一装置中，简化了二次设备之间的互连线，节省电缆，简化维护，减少了站级主机的负担；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，系统抗干扰能力强；系统响应速度快，因此，本设计选用分层分布式系统进行设计6。2.4变电站自动化系统数据通信2.4.1变电站监控系统数据通信概述数据通信是计算机技术和通信技术相结合的产物，它是各类计算机网络的基础，计算机监控系统的发展与通信技术密不可分。数据通信指通过某种类型的传输介质在两地之间传送二进制位串的过程，它包括数据处理和数据传输两部分。2.4.2变电站监控系统常用通信技术变电站监控系统的通信是随着本身的发展和通信技术的发展而发展的，它主要有串口通信、现场总线和局域网三个阶段。1、串行通信监控系统的串行通信主要是指数据终端设备 (DTE)和数据电路端接设备(DCE)之间的通信。在DTE和DCE之间传输信息时必须有协调的接口，国际组织对DTE和DCE之间物理连接的有关特性制定了多个标准。RS485接口采用的通信方式:每个信号都采用双绞线(两根信号线)传送，两条线间的电压差用于表示数字信号。RS485是最简单高效的串口，传输速率高，距离远，一条信号线上一般可以连接多达128台设备，执行器一般配备此接口。两台RS485设备之间的通信连接，只要直连即可，即正极连接正极，负极连接负极。2、现场总线(l)现场总线技术概念目前，公认的现场总线技术概念描述如下:现场总线是连接智能现场设备/仪表与自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。或者说，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。(2)现场总线技术产生的意义现场总线技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备(智能化、带有通信接口)连接，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。(3)现场总线的主要优点作为现场测控网络，现场总线适应工业现场的恶劣环境，并按国际标准化组织和开放系统互联提供了网络服务，具有互操作性好，开放式网络，可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通信速率快，行人低，维护成本低等特点。1)增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。2)开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去。3)系统可靠性高、可维护性好基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。4)降低了系统及工程成本对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。由于现场总线有以上很多优点，因此现场总线己广泛地应用于变电站监控系统。2.5变电站自动化系统的监控软件功能要求变电站自动化系统的监控软件功能具有以下要求：1)数据通信。包括与现场微机保护装置、智能仪表的通信，以及上一级调度维护主机的数据通信功能。2)数据监测。实时监测现场各智能仪表设备的运行情况，对装置的各模拟量、开关量的变化都能够进行相应的正确处理。3)现场智能仪表装置的控制和操作。如遥控分、合闸，遥控装置复位，修改装置的定值，更新装置时间等等。4)数据分析和整理等功能。如装置的模拟量越限判断和报警处理，开关量变位和报警处理，数据统计和计算，录波数据分析等等。5)历史数据的查询。如系统报警记录，SOE事件记录，操作记录等的查询。6)报警功能。当现场某装置的运行状态发生异常时，具有画面报警和声音报警功能。现场工程师在使用组态软件时只需要进行数据组态，再在图形组态环境下把被控对象(如微机保护装置、电压表、直流屏)形象地画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。在不同的变电站之间，只需要分别进行相应的数据组态和图形组态工作，就能够实现针对具体需求的变电站监控功能，功能多样，灵活方便，特别适合变电站监控系统的要求。因此，组态软件作为变电站监控后台软件系统的首选43组态软件3.1 组态软件概述分布式控制系统(DCS，又称集散式控制系统)的出现和发展，催生了“组态”(configuration)这个概念。组态，即利用软件工具对计算机及其软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足特定应用要求。组态软件是面向监控与数据采集(SCADA，即supervisory control And Data Acquisition)的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。利用组态软件，工程技术人员只需进行简单的数据连接和配置操作，就能实现监控主机与现场智能仪表设备进行数据通信和远程遥控的目的。组态软件最早出现时，人机接口HMI(Human Machine Interface)是其主要内涵，随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持己经成为它的主要内容。随着技术的发展，组态软件还将会不断被赋予新的内容4。变电所综合自动化系统的后台监控组态软件的开发属于工控组态的范畴。所谓工控组态是由图形、报表、元件及数据库组成，并能够与外部设备相连进行通信，交换数据的统一系统。其由驱动软件和硬件设备两部分构成。结合计算机技术，驱动软件一般包含直观丰富的操作界面。一方面，用户根据需要进行一定的操作，施发指令，通讯设备收集和整理外部所要控制对象的信息，在组态软件进行数据的处理之后，以报表、统计图等直观的形式传达给用户，这样用户可以达到了解控制对象情况的目的；另一方面，用户依据所了解到的情况，再通过组态软件控制外部设备的运行7。3.2 组态软件的发展情况组态软件产品大约在20世纪80年代中期在国外出现，在中国也有将近20年的历史。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及随着工业控制系统应用的深入，随着计算机硬件和软件技术的发展，工业控制系统应用规模逐步扩大，控制更为复杂，原有的上位机编程的开发方式费时费力，而且网络及数据库技术的发展，似的工业现场可以为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。（1）InTouch：是美国Wonderware公司的InTouch率先推出的16位Windows环境下的组态软件，是最早进入我国的组态软件。最新的InTouch 9.5版将世界领先的HMI软件与卓越的先进图形技术相结合，从而使客户获得运行和工程生产率上的显著提高。（2）iFix：iFix是Intellution Dynamics 自动化软件家族中的HMI/SCADA组件，是基于Windows NT的对生产过程监视和控制的自动化解决方案。在iFix中，Intellution提供了强大的组态功能，原有的Script语言改为VBA(visual basic for application)，并且在内部集成了微软的VBA开发环境。在iFix中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC组织的发起成员之一。（3）WinCC：Siemens的WinCC也是一套完备的组态开发坏境，Siemens提供类C语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。（4）组态王：亚控科技开发的组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。组态王是国内目前应用较广的组态软件。丰富的功能、有好的界面、庞大的I/O驱动使得该软件成为占有率最高的国内组态软件。它支持OPC接口和OLE技术，另外其完善的网络体系结构可以支持最新流行的各种通信方式。（5）力控：是国内最早用于Internet的软件，是基于B/S应用的组态软件。在最近几年，力控得到了长足的发展，最新版本的组态软件在功能、特性、易用性、开放性和I/O驱动数量上都得到了很大的提高。（6）MCGS：MCGS是北京昆仑通态的产品，出现比较晚，但功能强大。真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Windows95/98/NT2000平台；提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面；支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备；支持OPC接口、DDE接口和OLE技术；完善的网络体系结构可以支持最新流行的各种通信方式89。3.3 Intouch简介Wonderware 的Intouch软件是最早进入我国的组态软件，其专注于软件的开发，提供最大的可扩展性和上层网络的支持。组态软件一般都包括：项目管理器、开发编辑环境、运行环境。在Intouch中它们分别是：Intouch应用程序管理器、Window Maker和Window Viewer。Intouch的Window Maker是一种开发坏境，在其中可以使用面向对象的图形来创建富于动感的触控式显示窗口。这些显示窗口可以连接到工业I/O系统以及其他的Microsoft Windows应用程序。Window Viewer则是一种运行环境，用于显示在Window Maker中创建的图形窗口。Window Viewer可以执行Intouch Quick Script、执行落实数据记录与报告、处理报警记录与报告，并可以充当DDE、Suite link通信协议的客户端和服务器8。与其他组态软件相比，Intouch具有以下优势：（1）先进性和易用性。Intouch软件率先引入Microsoft Windows操作系统。有多种绘图工具，强大动画功能和丰富的图形元件库，能快速建立和部署实时生产过程的图形显示方案，组态灵活方便，减少开发时间和费用，提高工作效率。（2）无可匹敌的连接能力。Intouch支持最新的设备（如ABB、西门子、Modicon、Opto22等）通信协议，包括Wonderware的SuiteLink协议、OPC（OLE for Process Control）标准、动态数据交换（Dynamic Data Exchange, DEE）、Fast DDE和Net DDE;还允许安装第三方ActiveX控件并通过配置应用到程序中，组网方便简单。（3）稳定性和可靠性。Intouch软件经过技术人员的多次测试，性能超群。Wonderware公司已经在世界范围内安装了20万个Intouch HMI，是世界上销售量最大的HMI软件910。鉴于Intouch的这些优点，本设计选择使用Intouch组态软件作为平台实现对变电站的监控。3.4 Intouch的使用3.4.1简介首先，在Intouch的Window Maker开发环境中，可以新建你所需要的若干窗口，窗口大小颜色都可调整。并且可以通过添加很多窗口对象如线条、长方形、多边形、按钮、文本及位图等，也可以使用Windows控件向导添加一些复杂的对象。用来绘制需要的画面以进行下一步设置及连接。例如，双击一些对象（文本、按钮等）可以进行下一步设置和链接，如图3-1。通过动画链接，就可以为创建的图形对象或符号赋予“生命”，可以改变对象或符号的外观，以反映标记名或者表达式值所发生的变化。图3-1“文本”动画链接画面3.4.2 标记名字典“标记名字典”（运行时数据库）是Intouch的核心。在运行时，数据库包含数据库中所有项目的当前值。为了创建运行时数据库，Intouch需要了解所有要创建的变量的有关信息。必须给每个变量指定标记名和类型。系统提供DB Dump和DB Load这两个数据库实用程序来处理标记名来管理和维护标记名。在“菜单标记名字典” ，或者在左侧应用程序浏览器中，双击“标记名字典”如图3-2。 图3-2启动标记名字典此时出现标记名最长可达32个字符，必须以希腊字符开头。在其他地方实用未定义的字符串时，系统也会提示我们进行定义。3.4.3 脚本编写Intouch脚本是Intouch应用程序最强大的功能之一。Intouch Quick Script功能可供在满足指定条件的情况下执行特定的命令和逻辑运算。例如，键被按下、窗口被打开、值发生改变等。通过脚本，可以创建各种自定义和自动化的系统函数。常用的脚本类型：应用程序脚本：链接到整个应用程序。窗口脚本：链接到特定的窗口。键脚本：链接到键盘上特定的键或键组合。条件脚本：链接到离散型标记名或表达式。数据改变脚本：仅链接到标记名和（或）标记名点域。向导：运行时访问向导属性以便获取更强的功能。Quick Function：可以从其他Intouch Quick Script或动画链接表达式中进行调用的脚本。Quick Function既可以是同步也可以是异步，而所有其他脚本类型只能是同步的。图3-3为触动动作脚本 触动按钮动作脚本与链接到“触动链接动作按钮”的对象关联。有若干条件类型供用户选择，可根据需要来编写。数据改变脚本时当对应的标记名值或其他点域发生变化时，可以设置执行一系列脚本来达到所需要的目的。条件脚本一般用于某个条件一旦满足，就像整个应用程序的中断一样，立即执行。条件脚本的使用在本设计中应用较多，用于事故的判断，如线路电流是否大于保护整定值等。Quick Function脚本如同其他编程语言里的函数，即在各类脚本中均可以调用。对于动作脚本，即给某个窗口对象定义一系列动作，当对象的事件触动时，即执行脚本内容。3.4.4 报警Intouch提供了一个通知系统，可以向操作员通知生产过程与系统状况的有关信息。Intouch支持分布式报警系统，可供显示本地Intouch应用程序及其他网络Intouch应用程序的报警系统产生的报警与条件。Intouch分布式报警系统是独立于Window Viewer的一套软件组件。通常如果过程值消耗过用户定义的极限时，便会触发报警。待操作员确认报警以后，系统才会返回已确认的状态。用户可以通过标记名字典中的“详细和报警”来设置报警条件，可以配置报警状态是对应于离散型标记名的TRUE状态还是FALSE状态，以及相关的报警优先级。图3-4为离散型标记名的配置对话框。图3-4离散型标记名的配置对话框模拟类报警对应于整型或实型标记名。模拟类型共有7个报警类型包括4种值、两种偏差和一种变化率。图3-5为模拟型标记名的配置对话框。图3-5模拟型标记名的配置对话框3.4.5 报警数据存储分布式报警系统使用多种数据存储形式：报警缓存：有关当前与最新报警的大部分信息均缓存于各计算机节点的内存中。最早的Intouch报警系统使用两个高速缓冲存储器：一个用于存储当前报警，一个用来存储历史报警。在多节点环境下，各个节点上的报警缓存共同组成一个分布式内存数据库。报警记录：Alarm DB Logger会创建一个数据库，以记录报警发生、子状态转换、确认以及恢复正常的时间，这些数据会形成系统中的永久或准永久性报警历史记录。通过Alarm DB Logger可以实现历史事件的查询。分布式报警系统支持将报警记录到Microsoft SQL Server或MSDE之类的数据库。这些数据库支持通过开放的非专有接口进行访问，因而可以轻松检查或分析数据库内容。分布式报警系统以查询为基础，支持使用一个计算机节点来记录多个其他节点的报警。3.4.6 实时趋势与历史趋势Intouch提供了两种趋势显示对象：实时趋势和历史趋势。通过两种趋势对对象进行配置，用以显示特定时间内多个标记名的图形。实时趋势可供最多四支笔（数据值）画图，而历史趋势则可供最多八支笔画图。实时趋势是动态的，在运行期间不断更新。最多可以绘制四个本地标记名或表达式的变化。点击工具栏图标，将实时趋势图粘贴在窗口内（图3-6）。图3-6实时趋势双击进行配置（图3-7）。可以在其中设置标记名、时间刻度、值刻度以及最大值、最小值等，来满足用户的需求。图3-7实时趋势的配置在运行期间，数据会自右向左写入趋势图。历史趋势与实时趋势不同，历史趋势不是动态的，只有接收到指示时才会更新。历史趋势一次最多可以关联8个标记名。点击添加历史曲线图，配置方法与实时趋势相似。注意：使用历史趋势时，标记名需要选择“记录数据”，并设置最大、最小值。同时，要启用历史记录功能。否则，运行后无历史曲线产生。3.4.7 安全性Intouch既提供传统型基于Intouch的安全性选项，也提供选择基于操作系统或ArchestrA的安全性选项。通过创建不同的用户并设置密码、安全级别等，可以建立多个层次的访问权。实施安全性之后，便可以在按钮、动画链接、表达式或QuickScript等对象上使用多个内部安全标记名，控制是否允许登录的操作员执行特定的功能。当操作员登录到应用程序后，访问任何受保护的功能时，系统均会根据给链接到该功能的内部安全性标记名指定的值去验证操作员的口令和访问级别，以确定是否授予访问权。通过安全性的设置，可实现对不同身份的人进行识别，然后授予其不同的操作权限。以实现对系统的保护，避免误操作，避免事故。也让监控系统更有层次，更全面。3.4.8 数据库的建立为了使配电站的操作人员对电动机、变压器等设备的运行情况进行有效的检查，毕业建立起一个数据库系统对各个设备的测量信息进行收集和处理，然后输出其中的有效信息，供操作人员进行统计与分析。其中最有效的形式就是报表。报表应该包括两个基本的组成部分：数据源和布局。数据源可以是数据库中的表，也可以是视图、查询或者临时表，布局指的是报表的打印格式。通常可以选择Microsoft Office Access软件配合Intouch来建立数据库。可以将事件和数据存入数据库，也可以从该数据库中调入数据供系统使用。利用Access数据库的报表生成功能，能完成数据报表、事件报表的生成和打印功能。InTouch HistData程序还包含自己的内部数据库。内部数据库中的项目用于指定起始周期、持续时间及采样间隔等，以便访问存储的历史数据。HistData实用程序采用DDE（ Dynamic Data Exchange“动态数据交换” ）技术访问InTouch创建的历史数据文件。并可以将所选的历史数据移入提出请求的程序，如Microsoft Excel。4东湖龙35KV地面变电站监控软件的实现4.1变电站简介本矿井为低瓦斯矿井，矿井设计能力为年产120万吨，在册职工人数为5000人。矿井年最大负荷利用时数为4500小时，当地电费0.5月/KW.H，基本电费按安装容量计收为5元/KVA.月。矿区西家庄站为110kV变电站，其35kV母线最大运行方式下的短路容量为400MVA，最小运行方式下短路容量为300MVA，继电保护的动作时间为2.5秒。采用两回路独立电源供电，一条回路由李家屯变电所高压侧35kV母线供电，一条回路由西王庄变电所二次侧35kV母线供电。由西王庄做工作回路（图4-1）。图4-1变电站简介界面图4-2变电站地理位置4.2监控系统的主要界面4.2.1登录界面进入系统首先弹出登录界面（图4-3），要求用户选择用户名并输入密码，通过确认身份和密码，实现安全登录。所有已注册的用户在登录界面中都会通过下拉列表被列出。用户在登录时选择自己的用户名，然后输入相应的密码，系统会通过程序对所输入信息进行核对，正确之后才可以进入到下一界面，即监控系统的“主菜单”界面。如图4-4所示。通过“主菜单”可以分别进入“变电所概况”、“主接线图”、“地理信息图”、“实时曲线”、“历史曲线”、“事件记录”等子界面。图4-3登录框图4-4 主界面4.2.2 主接线图本界面为监控系统的核心界面，功能较多、较集中（图4-5）。在主接线图上可显示变电站整体接线情况、核心功能、各元件的实时状态信息，用户可以通过界面用鼠标或键盘方便地实现对元件的直接操作。通过主界面，还能看到数字的动态显示、同时可对断路器和隔离开关进行实时操作。图4-5主接线图（1） 监控软件操作的安全性在主接线图上，设置有登陆框，用户在对隔离开关、断路器等元件进行在线操作时，必须先输入密码进行身份确认。若输入的密码不正确，则隔离开关和断路器无效，不可操作。界面左上方设有可操作灯，当灯为绿色时才表示可进行操作，灯为红色无效。界面左上方有“操作口令”按钮，点击弹出要求输入密码的对话框，输入密码正确后，点击“确定”，可操作灯由红变绿。此时才能进行下一步操作。如图4-6。图4-6 安全性（2） 元件操作的安全性在变电站电气设备的操作规则中，隔离开关和断路器的操作必须严格遵守操作规程，先对隔离开关进行操作后，才能对断路器进行操作。在本设计中，为了实现这样的操作，断路器和隔离开关都由两个不同状态的元件