【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能力強(qiáng)；系統(tǒng)響應(yīng)速度快，因此，本設(shè)計(jì)選用分層分布式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與通信技術(shù)密不可分。數(shù)據(jù)通信指通過(guò)某種類型的傳輸介質(zhì)在兩地之間傳送二進(jìn)制位串的過(guò)程，它包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信是隨著本身的發(fā)展和通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，它主要有串口通信、現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)三個(gè)階段。串行通信監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信主要是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTE)和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備(DCE)之間的通信。在DTE和DCE之間傳輸信息時(shí)必須有協(xié)調(diào)的接口，國(guó)際組織對(duì)DTE和DCE之間物理連接的有關(guān)特性制定了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。RS485接口采用的通信方式:每個(gè)信號(hào)都采用雙絞線(兩根信號(hào)線)傳送，兩條線間的電壓差用于表示數(shù)字信號(hào)。RS485是最簡(jiǎn)單高效的串口，傳輸速率高，距離遠(yuǎn)，一條信號(hào)線上一般可以連接多達(dá)128臺(tái)設(shè)備，執(zhí)行器一般配備此接口。兩臺(tái)RS485設(shè)備之間的通信連接，只要直連即可，即正極連接正極，負(fù)極連接負(fù)極?，F(xiàn)場(chǎng)總線(l)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念目前，公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念描述如下:現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?；蛘哒f(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。(2)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生的意義現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；是一次工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(智能化、帶有通信接口)連接，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。(3)現(xiàn)場(chǎng)總線的主要優(yōu)點(diǎn)作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，并按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有互操作性好，開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，通信速率快，行人低，維護(hù)成本低等特點(diǎn)。1)增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的信息集成要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。2)開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開(kāi)放式，允許其它廠商將自己專長(zhǎng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去。3)系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。4)降低了系統(tǒng)及工程成本對(duì)大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用，降低了系統(tǒng)及工程成本。由于現(xiàn)場(chǎng)總線有以上很多優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)總線己廣泛地應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能具有以下要求：1)數(shù)據(jù)通信。包括與現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)保護(hù)裝置、智能儀表的通信，以及上一級(jí)調(diào)度維護(hù)主機(jī)的數(shù)據(jù)通信功能。2)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各智能儀表設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)裝置的各模擬量、開(kāi)關(guān)量的變化都能夠進(jìn)行相應(yīng)的正確處理。3)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表裝置的控制和操作。如遙控分、合閘，遙控裝置復(fù)位，修改裝置的定值，更新裝置時(shí)間等等。4)數(shù)據(jù)分析和整理等功能。如裝置的模擬量越限判斷和報(bào)警處理，開(kāi)關(guān)量變位和報(bào)警處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，錄波數(shù)據(jù)分析等等。5)歷史數(shù)據(jù)的查詢。如系統(tǒng)報(bào)警記錄，SOE事件記錄，操作記錄等的查詢。6)報(bào)警功能。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某裝置的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，具有畫(huà)面報(bào)警和聲音報(bào)警功能?，F(xiàn)場(chǎng)工程師在使用組態(tài)軟件時(shí)只需要進(jìn)行數(shù)據(jù)組態(tài)，再在圖形組態(tài)環(huán)境下把被控對(duì)象(如微機(jī)保護(hù)裝置、電壓表、直流屏)形象地畫(huà)出來(lái)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對(duì)象的屬性與I/O設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接。在不同的變電站之間，只需要分別進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)組態(tài)和圖形組態(tài)工作，就能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)具體需求的變電站監(jiān)控功能，功能多樣，靈活方便，特別適合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的要求。 因此，組態(tài)軟件作為變電站監(jiān)控后臺(tái)軟件系統(tǒng)的首選[4]3組態(tài)軟件 組態(tài)軟件概述分布式控制系統(tǒng)(DCS，又稱集散式控制系統(tǒng))的出現(xiàn)和發(fā)展，催生了“組態(tài)”(configuration)這個(gè)概念。組態(tài)，即利用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及其軟件的各種資源進(jìn)行配置，使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，滿足特定應(yīng)用要求。組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA，即supervisory control And Data Acquisition)的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。利用組態(tài)軟件，工程技術(shù)人員只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)連接和配置操作，就能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程遙控的目的。組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，人機(jī)接口HMI(Human Machine Interface)是其主要內(nèi)涵，隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持己經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著技術(shù)的發(fā)展，組態(tài)軟件還將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容[4]。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的后臺(tái)監(jiān)控組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)屬于工控組態(tài)的范疇。所謂工控組態(tài)是由圖形、報(bào)表、元件及數(shù)據(jù)庫(kù)組成，并能夠與外部設(shè)備相連進(jìn)行通信，交換數(shù)據(jù)的統(tǒng)一系統(tǒng)。其由驅(qū)動(dòng)軟件和硬件設(shè)備兩部分構(gòu)成。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，驅(qū)動(dòng)軟件一般包含直觀豐富的操作界面。一方面，用戶根據(jù)需要進(jìn)行一定的操作，施發(fā)指令，通訊設(shè)備收集和整理外部所要控制對(duì)象的信息，在組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理之后，以報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖等直觀的形式傳達(dá)給用戶，這樣用戶可以達(dá)到了解控制對(duì)象情況的目的；另一方面，用戶依據(jù)所了解到的情況，再通過(guò)組態(tài)軟件控制外部設(shè)備的運(yùn)行[7]。 組態(tài)軟件的發(fā)展情況 組態(tài)軟件產(chǎn)品大約在20世紀(jì)80年代中期在國(guó)外出現(xiàn)，在中國(guó)也有將近20年的歷史。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國(guó)的應(yīng)用并不普及隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大，控制更為復(fù)雜，原有的上位機(jī)編程的開(kāi)發(fā)方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，似的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。下面就對(duì)幾種組態(tài)軟件分別進(jìn)行介紹。 （1）InTouch：是美國(guó)Wonderware公司的InTouch率先推出的16位Windows環(huán)境下的組態(tài)軟件，是最早進(jìn)入我國(guó)的組態(tài)軟件。最新的InTouch ，從而使客戶獲得運(yùn)行和工程生產(chǎn)率上的顯著提高。（2）iFix：iFix是Intellution Dynamics 自動(dòng)化軟件家族中的HMI/SCADA組件，是基于Windows NT的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制的自動(dòng)化解決方案。在iFix中，Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，原有的Script語(yǔ)言改為VBA(visual basic for application)，并且在內(nèi)部集成了微軟的VBA開(kāi)發(fā)環(huán)境。在iFix中，Intellution的產(chǎn)品與Microsoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。Intellution也是OPC組織的發(fā)起成員之一。 （3）WinCC：Siemens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)壞境，Siemens提供類C語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 （4）組態(tài)王：亞控科技開(kāi)發(fā)的組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語(yǔ)言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。組態(tài)王是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較廣的組態(tài)軟件。豐富的功能、有好的界面、龐大的I/O驅(qū)動(dòng)使得該軟件成為占有率最高的國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件。它支持OPC接口和OLE技術(shù)，另外其完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以支持最新流行的各種通信方式。 （5）力控：是國(guó)內(nèi)最早用于Internet的軟件，是基于B/S應(yīng)用的組態(tài)軟件。在最近幾年，力控得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，最新版本的組態(tài)軟件在功能、特性、易用性、開(kāi)放性和I/O驅(qū)動(dòng)數(shù)量上都得到了很大的提高。 （6）MCGS：MCGS是北京昆侖通態(tài)的產(chǎn)品，出現(xiàn)比較晚，但功能強(qiáng)大。真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，運(yùn)行于Windows95/98/NT2000平臺(tái)；提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形界面；支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC\變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等700多種國(guó)內(nèi)外眾多常用設(shè)備；支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)；完善的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以支持最新流行的各種通信方式[8][9]。 Intouch簡(jiǎn)介 Wonderware 的Intouch軟件是最早進(jìn)入我國(guó)的組態(tài)軟件，其專注于軟件的開(kāi)發(fā)，提供最大的可擴(kuò)展性和上層網(wǎng)絡(luò)的支持。 組態(tài)軟件一般都包括：項(xiàng)目管理器、開(kāi)發(fā)編輯環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境。在Intouch中它們分別是：Intouch應(yīng)用程序管理器、Window Maker和Window Viewer。 Intouch的Window Maker是一種開(kāi)發(fā)壞境，在其中可以使用面向?qū)ο蟮膱D形來(lái)創(chuàng)建富于動(dòng)感的觸控式顯示窗口。這些顯示窗口可以連接到工業(yè)I/O系統(tǒng)以及其他的Microsoft Windows應(yīng)用程序。 Window Viewer則是一種運(yùn)行環(huán)境，用于顯示在Window Maker中創(chuàng)建的圖形窗口。Window Viewer可以執(zhí)行Intouch Quick Script、執(zhí)行落實(shí)數(shù)據(jù)記錄與報(bào)告、處理報(bào)警記錄與報(bào)告，并可以充當(dāng)DDE、Suite link通信協(xié)議的客戶端和服務(wù)器[8]。 與其他組態(tài)軟件相比，Intouch具有以下優(yōu)勢(shì)： （1）先進(jìn)性和易用性。Intouch軟件率先引入Microsoft Windows操作系統(tǒng)。有多種繪圖工具，強(qiáng)大動(dòng)畫(huà)功能和豐富的圖形元件庫(kù)，能快速建立和部署實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的圖形顯示方案，組態(tài)靈活方便，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和費(fèi)用，提高工作效率。 （2）無(wú)可匹敵的連接能力。Intouch支持最新的設(shè)備（如ABB、西門(mén)子、Modicon、Opto22等）通信協(xié)議，包括Wonderware的SuiteLink協(xié)議、OPC（OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic Data Exchange, DEE）、Fast DDE和Net DDE。還允許安裝第三方ActiveX控件并通過(guò)配置應(yīng)用到程序中，組網(wǎng)方便簡(jiǎn)單。 （3）穩(wěn)定性和可靠性。Intouch軟件經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的多次測(cè)試，性能超群。Wonderware公司已經(jīng)在世界范圍內(nèi)安裝了20萬(wàn)個(gè)Intouch HMI，是世界上銷售量最大的HMI軟件[9][10]。 鑒于Intouch的這些優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇使用Intouch組態(tài)軟件作為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控。 Intouch的使用 首先，在Intouch的Window Maker開(kāi)發(fā)環(huán)境中，可以新建你所需要的若干窗口，窗口大小顏色都可調(diào)整。并且可以通過(guò)添加很多窗口對(duì)象如線條、長(zhǎng)方形、多邊形、按鈕、文本及位圖等，也可以使用Windows控件向?qū)砑右恍?fù)雜的對(duì)象。用來(lái)繪制需要的畫(huà)面以進(jìn)行下一步設(shè)置及連接。例如，雙擊一些對(duì)象（文本、按鈕等）可以進(jìn)行下一步設(shè)置和鏈接，如圖31。通過(guò)動(dòng)畫(huà)鏈接，就可以為創(chuàng)建的圖形對(duì)象或符號(hào)賦予“生命”，可以改變對(duì)象或符號(hào)的外觀，以反映標(biāo)記名或者表達(dá)式值所發(fā)生的變化。圖31“文本”動(dòng)畫(huà)鏈接畫(huà)面 標(biāo)記名字典 “標(biāo)記名字典”（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)）是Intouch的核心。在運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)包含數(shù)據(jù)庫(kù)中所有項(xiàng)目的當(dāng)前值。為了創(chuàng)建運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，Intouch需要了解所有要?jiǎng)?chuàng)建的變量的有關(guān)信息。必須給每個(gè)變量指定標(biāo)記名和類型。系統(tǒng)提供DB Dump和DB Load這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)用程序來(lái)處理標(biāo)記名來(lái)管理和維護(hù)標(biāo)記名。 在“菜單—﹥標(biāo)記名字典” ，或者在左側(cè)應(yīng)用程序?yàn)g覽器中，雙擊“標(biāo)記名字典”如圖32。 圖32啟動(dòng)標(biāo)記名字典此時(shí)出現(xiàn) 標(biāo)記名最長(zhǎng)可達(dá)32個(gè)字符，必須以希臘字符開(kāi)頭。在其他地方實(shí)用未定義的字符串時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)提示我們進(jìn)行定義。 腳本 編寫(xiě)Intouch腳本是Intouch應(yīng)用程序最強(qiáng)大的功能之一。Intouch Quick Script功能可供在滿足指定條件的情況下執(zhí)行特定的命令和邏輯運(yùn)算。例如，鍵被按下、窗口被打開(kāi)、值發(fā)生改變等。通過(guò)腳本，可以創(chuàng)建各種自定義和自動(dòng)化的系統(tǒng)函數(shù)。 常用的腳本類型： 應(yīng)用程序腳本：鏈接到整個(gè)應(yīng)用程序。 窗口腳本：鏈接到特定的窗口。 鍵腳本：鏈接到鍵盤(pán)上特定的鍵或鍵組合。 條件腳本：鏈接到離散型標(biāo)記名或表達(dá)式。 數(shù)據(jù)改變腳本：僅鏈接到標(biāo)記名和（或）標(biāo)記名點(diǎn)域。 向?qū)В哼\(yùn)行時(shí)訪問(wèn)向?qū)傩砸员惬@取更強(qiáng)的功能。 Quick Function：可以從其他Intouch Quick Script或動(dòng)畫(huà)鏈接表達(dá)式中進(jìn)行調(diào)用的腳本。 Quick Function既可以是同步也可以是異步，而所有其他腳本類型只能 是同步的。圖33為觸動(dòng)—?jiǎng)幼髂_本 觸動(dòng)按鈕動(dòng)作腳本與鏈接到“觸動(dòng)鏈接—?jiǎng)幼靼粹o”的對(duì)象關(guān)聯(lián)。有若干條件類型供用戶選擇，可根據(jù)需要來(lái)編寫(xiě)。數(shù)據(jù)改變腳本時(shí)當(dāng)對(duì)應(yīng)的標(biāo)記名值或其他點(diǎn)域發(fā)生變化時(shí)，可以設(shè)置執(zhí)行一系列腳本來(lái)達(dá)到所需要的目的。條件腳本一般用于某個(gè)條件一旦滿足，就像整個(gè)應(yīng)用程序的中斷一樣，立即執(zhí)行。條件腳本的使用在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，用于事故的判斷，如線路電流是否大于保護(hù)整定值等。Quick Function腳本如同其他編程語(yǔ)言里的函數(shù)，即在各類腳本中均可以調(diào)用。對(duì)于動(dòng)作腳本，即給某個(gè)窗口對(duì)象定義一系列動(dòng)作，當(dāng)對(duì)象的事件觸動(dòng)時(shí)，即執(zhí)行腳本內(nèi)容。 報(bào)警Intouch提供了一個(gè)通知系統(tǒng)，可以向操作員通知生產(chǎn)過(guò)程與系統(tǒng)狀況的有關(guān)信息。Intouch支持分布式報(bào)警系統(tǒng)，可供顯示本地Intouch應(yīng)用程序及其他網(wǎng)絡(luò)Intouch應(yīng)用