【文章內容簡介】 機ｈ．＿———叫通信控制器 摸入接口ｌ ｌ開入接口ｌ ｌ輸出接口Ｉ Ｉ Ａ／Ｄ摸塊Ｉ Ｉ輸入接訂Ｉ ｌ輸出接ｎ 主 變 壓 器 ＴＶ ＴＡ 線 路 ＴＶ ＴＡ 斷 路 器 分合 狀態(tài) 模 擬 量 輸 入 繼保 電護 幾 繼 電 斷２隔開分狀 路０離莢合態(tài) 信輸 息入 器 圖２—１集中式結構的綜合自動化系統框 集中式結構的優(yōu)點是：結構緊湊、體積小；造價低：實用性好。缺點是： 每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算機出故障，影響面大，因此必須采用 雙機并聯運行的結構才能提高可靠性：軟件復雜，修改工作量大，系統調試麻 煩；組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設 計，工作量大，不利于推廣；與長期采用一對～的常規(guī)保護相比，不直觀，不 符合運行和維護人員的習慣，調試維修不方便。 分層分布式結構的綜合自動化系統，整個生產過程的控制功能、管理功能 分散開，各現場輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開關柜或高壓一次設各附 近，現場單元部件是保護和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開關單元的繼 電保護和監(jiān)控功能，亦可以使現場的微機保護和監(jiān)控部件分別保持期獨立性。 在變電站控制室內設置計算機系統，對各現場單元部件進行通信聯系。通信方 式采用局域網或現場總線。至于變電站自動化的功能，則將遙信采集及處理， 遙控命令執(zhí)行和繼電保護功能等由現場單元部件獨立完成，并將這些信息送到 本地監(jiān)控系統，而變電站自動化的綜合功能均由本地監(jiān)控系統承擔。如圖２—２ 所示。 變 電 站 層 間 隔 層 Ｔｖ狀出 ＴＡ卷口 ＴＶ狀出 ＴＡ態(tài)口 信川 號路 ＴＶ狀出 ＴＡ各口 信同 號ｊ｝｝｝ ＴＶ狀出 ＴＡ奎口 情同 號路 信叫 號路 圖２—２分層分布式結構的綜合自動化系統框幽 這種結構節(jié)省控制室面積、電纜和安裝費用，提高系統可靠性，使分層分 布式變電站綜合自動化系統的優(yōu)點體現在以下幾點： 第一、模塊化結構，可靠性高，輸入／輸出回路都相互獨立，不同電氣設備 均單獨對應的模塊單元部件，其任一模塊出現故障，只能影響局邦功能，不影 響系統其它部分的正常工作。 第二、系統內裝置間信息的傳輸均為數字信號，系統抗干擾能力強。 第三、各裝置均有一定的數據處理能力，從而大大減輕了本地監(jiān)控機的負 擔。 第四、系統擴充靈活方便。 第五、室內工作環(huán)境好，管理維護方便。 因此，為了提高變電站綜合自動化系統的可靠性和性能價格比，在設計時 應采用分層分布式的變電站綜合自動化系統的配置模式。 ２．１．２本系統的結構框架設計 由于分層分布式系統具有種種優(yōu)點，本系統的設計中采用了分層分布式結 構，結構圖如圖２—３所示。 本地監(jiān)控機 變 電 站 層 一 一廠 一 ——’ ’調制解調器 設 各 繭 一ｌ 一 ＣＡＮ總線 １一 一 ｉ 一 一 ｉ 兀 層 ㈣…?㈤㈣㈣．㈣ 單元ｌ 單元ｎ 單元 護單元 單元 幽２—３硬件結構圈 由圖２—３可看出，整個變電站自動化系統是一個分層分稀式系統，它可分 為以下幾個部分： （１）下位機測控保護單元。包括電容器保護單元、主變壓器保護單元、主 變后備保護單元和線路保護單元，每個單元都作為ＣＡＮ總線的一個節(jié)點掛接在 總線上。變電站綜合自動化系統通過這些下位機測控保護單元獲取變電站設備 的遙信遙測信息，并通過這些單元發(fā)送控制命令來實現對變電站設備的控制。 （２）ＣＡＮ總線。下位機測控保護單元通過ＣＡＮ總線，將遙信遙測信息發(fā) 送到當地監(jiān)控機，并接收遙控命令。 （３）網絡適配器。網絡適配器是本地監(jiān)控機與ＣＡＮ總線的通信接口，要 實現對各下位機節(jié)點的監(jiān)控，它擔負著數據傳輸的重要任務。網絡適配器主要 有三方面的功能：一方面與ＣＡＮ總線的接口，另一方面與ＰＣ機即當地監(jiān)控機 的接口，最后還要與調度中心的通信接口即與ＭＯＤＥＭ的接口。 （４）本地監(jiān)控機。又稱前置機、上位機，一般選用工業(yè)控制計算機，當地 監(jiān)控機的功能主要是對下位機測控保護單元進行集中監(jiān)控，包括實時數據顯示、 數據處理、數據存儲和打印，還可實現向下位機相應監(jiān)控保護單元發(fā)送遙控和 遙調命令。 （５）打印機。主要提供電力數據信息報表打印功能。 ２．２變電站綜合自動化系統的監(jiān)控軟件結構 一般的變電站自動化軟件系統是一個具有實時多任務、接口開放、使用靈 活、功能多樣、運行可靠的軟件系統，其中實時多任務是它的最突出特點。例 如，數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據 庫的存儲、梭索管理、實時通信等多任務在同一臺計算機上同時進行。本系統 軟件由若干個功能模塊組成，模塊之間的通信以及模塊與數據庫的通信均通過 共享內存和ＯＤＢＣ完成。實時數據庫是系統的核心，它可以實現機器內各應用 程序的實時數據交換，并可以通過網絡通訊程序將實時數據擴展到整個網絡。 其結構如圖２—４所示： ！圉困： ；＠＠： 幽２—４監(jiān)控軟什結構圈 ２．２．１監(jiān)控軟件結構劃分 監(jiān)控軟件的結構通常以兩種方法來劃分： １）以使用軟件的工作劃分，從整體上講，監(jiān)控軟件是由系統開發(fā)環(huán)境和系 統運行環(huán)境兩大部分構成。 （１）系統開發(fā)環(huán)境。它是自動化設計師為實施其方案，在監(jiān)控軟件支持下進 行應用程序的系統生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過建立一系列用戶數據 文件，生成最終的圖形目標系統，供系統運行時使用。 （２）系統運行環(huán)境。在系統運行環(huán)境下，目標應用程序被載入計算機內存并 投入實時運行。系統運行環(huán)境根據工程畫面上圖元的動畫連接實時更新圖形畫 面，將現場工程運行狀況以圖形的方式顯示出來。 自動化工程師首先利用系統的開發(fā)環(huán)境，通過一定工作量的系統調試，生 成目標應用程序，并最終將目標程序在系統運行環(huán)境中投入實時運行，完成一 個工程項目。 ２）按照成員構成劃分，監(jiān)控軟件因為其功能強大，而每個功能模塊相對來 說具有一定的獨立性，因此其組成形式是一個集成軟件平臺，由若干程序組件 構成。通常典型的組件由以下幾部分構成： （１）圖形界面開發(fā)程序。它是自動化工程師為實施其控制方案，在圖形編輯 工具的支持下進行圖形系統生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列工程 畫面文件生成圖形目標應用系統。 （２）圖形界面運行程序。在系統運行環(huán)境下，圖形目標應用程序被圖形界面 運行程序載入內存并投入實時運行。圖形界面開發(fā)程序和運行程序就是本論文 的主要研究內容。 （３）實時數據庫模塊。實時數據庫模塊主要完成實時數據庫的建立、維護、 訪問以及歷史數據生成等功能，它是整個系統的基礎和核心。實時數據庫描述 了電力自動化系統監(jiān)控、管理數據點的集合，它的單位是變量（點），從這種意 義上講，實時數據庫就是按一定方式組織的監(jiān)控和管理點（變量）的集合。根 據自動化需要而進行的諸如規(guī)約轉換、ＨＭＩ、曲線、報警、數據瀏覽等功能都 是基于實時數據庫展開的。 （４）網絡通信模塊。網絡通信模塊是本系統實時網絡通信的內核，通過網絡 適配器與調度中心的點對點通信，一方面將處理過的實時的遙信、遙測數據通 過網絡送到調度中心，以供顯示和處理；另一方面接收調度中心通過網絡發(fā)送 的調度命令，然后送到相應的模塊．等待處理。 （５）前置通信模塊。前置通信模塊通過網絡適配器完成與下位機監(jiān)控保護單 元的通訊任務。將下位機監(jiān)控保護單元采集的實時數據送往實時數據庫模塊， 同時將調度中心的遙控遙調命令送往下位機監(jiān)控保護單元。 （６）歷史數據庫。歷史數據庫存儲系統運行的歷史信息。數據一般是出實時 數據庫模塊以一定的采樣周期將其數據信息向歷史數據庫轉存而來的。因為實 時數據庫駐留在內存中，而且數據隨時間在不斷更新，所以只有通過歷史數據 庫才有可能對系統在一段時間內的運行狀態(tài)做出評估。 （７）數據報表模塊。數據報表模塊以圖表的方式向用戶提供系統運行的歷史 數據信息，并提供報表的打印輸出功能。 ２．２．２監(jiān)控軟件的數據處理流程 本監(jiān)控軟件通過前置通信模塊從現場設各獲得實時數據。對數據進行必要 的加工后，一方面通過圖形界面系統以圖形的方式直觀地顯示在ＣＲＴ屏幕上： 另一方面通過網絡通信模塊根據調度中心的要求和操作人員的指令將控制數據 傳送給現場設備，對執(zhí)行機構實施遙控或遙調。將已經形成歷史趨勢的變量存 儲到歷史數據庫，對歷史數據檢索請求給予響應。當發(fā)生報警事件時及時將報 警以聲音、圖像的方式通知給操作人員，并記錄報警歷史信息。圖２～５直觀地 描述了本監(jiān)控軟件的數據處理流程。 圖２－－５監(jiān)控軟件數據處理流程圖 從圖中可以清楚地看到，實時數據庫是本軟件的核心引擎。運行程序、編 輯程序、歷史數據的存儲與檢索、數據報表模塊、報警處理模塊、前置通信模 塊、網絡通信模塊等都是構建在它之上的，各功能模塊間實時數據共享。 ２．３圖形界面系統簡介 圖形界面系統是系統與工程人員交互的接口，是自動化工程系統的調度中 心和控制中一Ｉｉ，它在變電站綜合自動化系統中一直起著極其重要的作用。圖形 界面系統一般由兩部分組成：圖形開發(fā)環(huán)境和圖形運行環(huán)境。 圖形開發(fā)環(huán)境是目標系統的主要生成工具之一，是自動化工程設計人員使 用最頻繁的組件之一，所有的操作畫面都是在開發(fā)環(huán)境下制作、生成的。它依 照操作系統的圖形標準，采用面向對象的圖形技術，為使用者提供豐富、強大 的繪圖編輯和動畫連接工具和腳本引擎。 圖形運行環(huán)境是目標系統投入運行的環(huán)境，目標系統通過運行環(huán)境以圖形 的方式顯示系統的設備數據信息及運行狀況，實現對系統的監(jiān)視功能。圖形運 行環(huán)境還可接收系統操作人員的操作命令，并將命令傳送給控制模塊去控制硬 件，實現對設備的控制功能。 由于電力綜合自動化系統中的對象繁多，而且有些對象的結構復雜，所以 圖形界面系統的建模和實現都有一定的難度。針對圖形對象的建模問題，本論 文采用了面向對象的建模技術、借助ＵＭＬ建模語言，使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｉｏ ２００２ 建模工具實現圖形系統的建模。對于圖形界面系統的實現，本論文采用面向對 象的編程方法，基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＭＦＣ技術，以Ｃ＋十為編程語言，Ｖｉｓｕａｌ 為工具，依據圖形界面系統的模型，實現了整個圖形界面系統。 Ｃ＋＋６．０ 第三章圖形界面系統的建模 模型就是為了理解事物而做出的一種抽象，是對事物無歧義的書面描述。 由于模型忽略了事物的非本質特征，所以它比原始事物更容易操作。在創(chuàng)建復 雜系統之前，軟件開發(fā)者必須從不同角度對系統進行抽象，用精確的符號表示 建立模型，校驗該模型能否滿足系統的需求。本章應用面向對象的建模技術， 利用ＵＭＬ建模工具實現了圖形界面系統模型的建立。本章將主要分四部分來討 論圖形界面系統的建模問題：面向對象的建模技術簡介；圖形界面系統的對象 模型：圖形界面系統的動態(tài)模型：圖形界面系統的功能模型。 ３．１面向對象的建模技術簡介 為了提高軟件系統的穩(wěn)定性、可修改性和重用性，人們在實踐中逐漸創(chuàng)造 出軟件工程的一種新途徑，即面向對象方法學。作為ＯＯ范型分析軟件系統的 過程，面向對象需求分析的核心是利用面向對象的概念和方法為軟件需求建立 模型。對象建模技術（Ｏｂｊｅｃｔ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＯＭＴ）就是一種面向對象分 析方法。ＯＭＴ的出發(fā)點和基本原則是盡可能模擬人類的思維方式，使開發(fā)軟件 的方法與過程盡可能接近人類認識世界、解決問題的方法與過程，也就是使描 述問題的問題空間與實現解法的解空間在結構上盡可能一致。ＯＭＴ是以系統的 三種模型為基礎的系統建模方法，它從三個不同但又相關的角度去建立系統模 型?！皩ο竽Ｐ汀北硎鞠到y的靜態(tài)的、結構化的數據：“動態(tài)模型”表示系統的 時態(tài)的、行為的控制方式；“功能模型”則表示系統的轉換功能。下面將具體介 紹ＯＭＴ中三種模型。 ３．１．１對象模型 對象模型是三個模型中關鍵的模型，它的作用是描述系統的靜態(tài)結構，包 括構成系統的類和對象，它們的屬性和操作，以及它們之間的關系。對象模型 為建立動態(tài)模型和功能模型提供了實質的框架。 對象模型用包含對象類的對象類圖來表示。類按層次排列，并共享公共結 構和行為特征，類與其它類相關聯。類定義了每個對象實例所取的屬性值和每 個對象執(zhí)行的操作。 ３，１，２動態(tài)模型 要清楚地了解一個系統，首先應當考察它的靜態(tài)結構，即在某一時刻它的 對象和這些對象之間相互關系的結構：然后應當考察在任何時刻對象及其關系 的改變。系統的這些涉及時序和改變的狀況，用動態(tài)模型來描述。也就是說， 動念模型描述了系統中與時間和操作序列有關的內容，包括標志改變的事件、 １６ 事件序列、定義事件上下文狀態(tài)以及事件和狀態(tài)的組織。動態(tài)模型著眼于“控 制”，即描述系統中發(fā)生的操作序列，而不考慮操作做什么、對什么進行操作、 如何操作及如何實現這些操作。 動態(tài)模型用狀態(tài)圖表示。每一個狀態(tài)圖展示了系統中對象類所允許的狀態(tài) 和事件序列。狀態(tài)圖也涉及到其它模型，狀態(tài)圖中的動作對應于功能模型中的 功能。狀態(tài)圖中的事件為對象模型中對象的操作。 ３．１．３功能模型 功能模型描述了系統與值轉換