某工廠10KV變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 某化工廠 10kV 變電站綜合 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Integrated Automation System for 10kV in a Factory 2016 屆屆 電氣與電子工程電氣與電子工程 學(xué)院學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 20123804 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 范軍輝范軍輝 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 杜立強(qiáng)杜立強(qiáng) 完成日期完成日期 2016 年年 6 月月 10 日日 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單 學(xué)生姓名 范軍輝 學(xué)號(hào)20123804班級(jí)電 1201-5 班專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目某化工廠 10kV 變

2、電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名杜立強(qiáng) 指導(dǎo)教師職稱副教授 評(píng) 定 成 績(jī) 指導(dǎo)教 師 得分 答辯小 組組長(zhǎng) 得分 成績(jī)： 院長(zhǎng)簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目某化工廠 10kV 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名范軍輝學(xué)號(hào)20123804班級(jí)電 1201-5 班 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣與電子工程學(xué)院導(dǎo)師姓名杜立強(qiáng)導(dǎo)師職稱副教授 一、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是以某化工廠 10kV 變電站為背景，完成其變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選定；總線方式選擇，組態(tài)軟件選擇；硬件設(shè)備選型；軟件系統(tǒng)設(shè) 計(jì)；系統(tǒng)總體運(yùn)行和調(diào)試。 二、基本要求 1

3、、熟悉牽變電站自動(dòng)控制的相關(guān)知識(shí)。 2、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成設(shè)備硬件選擇。 3、學(xué)會(huì)并運(yùn)用力控組態(tài)軟件進(jìn)行軟件工程設(shè)計(jì)。 4、對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的硬件設(shè)備選型和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 三、基本工作量 1、對(duì)常用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并選擇本系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式。 2、對(duì)不同品牌的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行比較，選擇出價(jià)格低、可靠性強(qiáng)的硬件設(shè)備。 3、運(yùn)用力控組態(tài)軟件對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 4、獨(dú)立的翻譯相關(guān)文獻(xiàn)，字?jǐn)?shù)不能少于 3000 字。 四、參考文獻(xiàn) 1、可參考有關(guān)牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)。 2、可參考有關(guān)變電所設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)文獻(xiàn)。 3、可參考有關(guān) CAD 軟件學(xué)習(xí)運(yùn)用的書籍。 4、可參考有關(guān)變電所相關(guān)保護(hù)的書籍。

4、 五、進(jìn)度安排 第 13 周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開(kāi)題報(bào)告。 第 410 周 上位機(jī)軟件的學(xué)習(xí)和使用。 第 1113 周 軟件工程設(shè)計(jì)完成，整定初稿。 第 1416 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題目某化工廠 10kV 變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名范軍輝學(xué)號(hào)20123804班級(jí)電 1201-5 班專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 一、研究背景及意義 目前，全世界正面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源短缺的嚴(yán)重矛盾，以電力作為基礎(chǔ)能 源的工業(yè)目前正面臨著安全運(yùn)行、減員增效和節(jié)能減排的巨大挑戰(zhàn)。因此，如何 對(duì)傳統(tǒng)的供配電方式進(jìn)行徹底改革和利用先進(jìn)的自

5、動(dòng)化技術(shù)提高供電系統(tǒng)的可靠 性，是當(dāng)前電力企業(yè)和科研人員需要盡快完成的主要任務(wù)。變電站綜合自動(dòng)化系 統(tǒng)具有高度的資源整合功能，能夠?qū)⒆冸娬粳F(xiàn)場(chǎng)完全分散的具有控制、監(jiān)視、保 護(hù)、測(cè)量功能的設(shè)備模塊連接起來(lái)形成整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要運(yùn)行設(shè)備和輸電 線路的遠(yuǎn)程監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、故障實(shí)時(shí)分析與處理、報(bào)表查看與打印功能。它的 應(yīng)用具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。首先，能夠方便電力企業(yè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)視和管 理，提高供電的安全性，減少供電事故的發(fā)生；其次，大大提高供電效率，節(jié)約 大量的人力、物力、時(shí)間成本。 二、變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外西歐國(guó)家生產(chǎn)和研發(fā)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的廠家比較多，而且從事研 究時(shí)間

6、較早，多年的研究經(jīng)歷和全國(guó)范圍內(nèi)的變電站自動(dòng)化改造，使這些發(fā)達(dá)國(guó) 家已經(jīng)掌握了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的核心技術(shù)。為了能夠使不同國(guó)家、不同廠 商之間的自動(dòng)化系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備可以相互通信和連接，使這門新技術(shù)在全世界 范圍內(nèi)得到快速的發(fā)展和應(yīng)用，防止閉門造車的尷尬局面發(fā)生，國(guó)外眾多廠商在 一開(kāi)始就注重對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品制定共同的生產(chǎn)規(guī)范和協(xié)調(diào)審核標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)從事變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)間沒(méi)有國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家久，不過(guò)從 70 年代 開(kāi)始研究至今，也取得催人奮進(jìn)的成果。集保護(hù)、控制、信號(hào)采集為一體的“四 合一”裝置和電氣集中控制裝置在我國(guó)開(kāi)始研究變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的初期就被研 制出來(lái)了。歷經(jīng) 30 多年的發(fā)展，中國(guó)的

7、自動(dòng)化產(chǎn)品大概更新了 3 代?？梢钥隙?， 今后國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)會(huì)快速發(fā)展并被廣泛普及，最終達(dá)到世界先進(jìn)水平。 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、首先簡(jiǎn)單介紹變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的背景、現(xiàn)狀和意義，確定設(shè)計(jì)總體 方案。 2、學(xué)習(xí)組態(tài)軟件的使用方法，制作組態(tài)窗口。 3、將制作的組態(tài)窗口利用窗口動(dòng)作和腳本編輯器使組態(tài)工程界面可以動(dòng)起來(lái)。 4、組態(tài)完成后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和完善。 四、設(shè)計(jì)方案及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)選用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)選用力控組態(tài)軟件，間隔層選用 南瑞自動(dòng)化設(shè)備，通訊層選用 RS-485 總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的自動(dòng)化控制，本次設(shè) 計(jì)滿足變電站自動(dòng)化控制技術(shù)的設(shè)計(jì)要求，可行性強(qiáng)。通過(guò)

8、本次設(shè)計(jì)，熟悉變電 站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，了解變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向與前景，為以 后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 五、進(jìn)度計(jì)劃 第 13 周 查閱國(guó)內(nèi)外與本課題相關(guān)文獻(xiàn)，收集資料，確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開(kāi) 題報(bào)告。 第 45 周 通過(guò)視頻和相關(guān)力控組態(tài)書籍，學(xué)習(xí)力控組態(tài)軟件的使用方法。 第 610 周 仿造典型案例，用力控軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的力控工程，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào) 試。 第 1113 周 按照畢業(yè)設(shè)計(jì)框架，對(duì)章內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述，完善力控組態(tài)工程。 第 1416 周 整理本次設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，撰寫相關(guān)說(shuō)明書，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)的答 辯。 年 月 日 摘 要 本課題結(jié)合某工廠 10kV 變電站建設(shè)項(xiàng)目對(duì)變電站

9、的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 使該系統(tǒng)可以完成對(duì)變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、 保護(hù)以及遠(yuǎn)動(dòng)信息傳送等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析比較后采用分層分 布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并完成了硬件設(shè)備的選型，軟件設(shè)計(jì)方面上位機(jī)采用的是北京力控 組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互畫面，使其實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史數(shù) 據(jù)記錄與查詢、事故報(bào)警與保護(hù)動(dòng)作等功能。下位機(jī)采用采用國(guó)電南瑞 RCS- 9624CN 廠用變壓器測(cè)控裝置和 RCS-9625CN 線路保護(hù)測(cè)控裝置完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè) 備和線路的保護(hù)及測(cè)控任務(wù)，通過(guò) RS-485 總線將設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的模擬量和數(shù)字量傳 至站控層主監(jiān)控機(jī)，并且將站

10、控層的控制命令下達(dá)給間隔層自動(dòng)化設(shè)備。 在完成了對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件選型和軟件設(shè)計(jì)后，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì) 該系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，滿足變電 站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一定要求。 關(guān)鍵詞：綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；變電站；監(jiān)控 Abstract This paper based on the background of a 10kV substation automation, a safe, efficient, and stable integrated automation monitoring system is be designed to achieve s

11、ubstation primary equipment monitoring, control, protection and remote messaging transmission functions. According to the analysis of the structure of traditional substation system, the system selects the hierarchical and distributed system structure, and completed the hardware equipment selection.

12、In software design human-machine interaction is applied which be produced by the Beijing Force Control of a power company to achieve the implementation of substation equipment monitoring and control of real-time, historical date records and inquiries, accident automatic alarm and protection actions,

13、 statements automatic date generation and storage, real-time curve analysis and other functions. RS- 485, NARI RCS-9624CN and RCS-9625CN be used on lower machine to achieve the automation of all devices within the substation operation. After completed hardware and software design as a series paramet

14、er tuning of integrated automation system, the system can achieve the desired functionality to meet certain requirements of substation automation system design. Key words: integrated automation system; transformer substation; monitoring 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題的研究背景和意義.1 1.2 變電站自動(dòng)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀.1 1.3 課題來(lái)源和設(shè)

15、計(jì)內(nèi)容.2 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與選擇 .4 2.1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則.4 2.2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) .5 2.2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .5 2.2.2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .5 2.2.3 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .6 2.3 組態(tài)軟件介紹與選擇 .7 2.3.1 組態(tài)軟件概述 .7 2.3.2 組態(tài)軟件的選擇 .7 第 3 章 自動(dòng)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型 .9 3.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).9 3.2 變電站站控層配置.9 3.3 變電站間隔層配置.10 3.4 變電站通信層配置.11 第 4 章 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) .13 4.1 軟件設(shè)計(jì)的要求.13 4.2 軟

16、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路.13 4.3 軟件的組態(tài).14 4.3.1 創(chuàng)建工程 .14 4.3.2 創(chuàng)建窗口畫面 .15 4.4 定義 I/O 設(shè)備 .17 4.5 動(dòng)畫連接.20 4.5.1 鼠標(biāo)動(dòng)畫 .20 4.5.2 顏色動(dòng)畫 .21 4.5.3 數(shù)值動(dòng)畫 .22 4.6 創(chuàng)建歷史趨勢(shì)曲線.22 4.7 報(bào)警與事件記錄.23 4.7.1 報(bào)警控件 .23 4.7.2 事件控件 .25 4.8 腳本程序.26 第 5 章 自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試 .27 5.1 系統(tǒng)安全和人機(jī)聯(lián)系功能實(shí)現(xiàn) .27 5.2 系統(tǒng)四搖功能實(shí)現(xiàn) .28 5.3 報(bào)表記錄功能實(shí)現(xiàn) .30 5.4 歷史曲線功能實(shí)現(xiàn) .30 5.

17、5 報(bào)警管理功能實(shí)現(xiàn) .31 第 6 章 總結(jié)與展望 .32 參考文獻(xiàn) .33 致謝 .34 附錄 .35 附錄 A 外文資料翻譯.35 A.1 英文.35 A.2 譯文.42 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1.1 課題的研究背景和意義 目前，全世界正面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源短缺的嚴(yán)重矛盾，以電力作為基礎(chǔ)能源 的工業(yè)目前正面臨著安全運(yùn)行、減員增效和節(jié)能減排的巨大挑戰(zhàn)。因此，如何對(duì)傳 統(tǒng)的供配電方式進(jìn)行徹底改革和利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)提高供電系統(tǒng)的可靠性，是 當(dāng)前電力企業(yè)和科研人員需要盡快完成的主要任務(wù)。工廠變電站是夾在高壓輸電線 路和車間用電設(shè)備之間的重要節(jié)點(diǎn)，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的

18、應(yīng)用可以保證電網(wǎng)的 安全可靠的運(yùn)行，使其運(yùn)行效率更高，資源優(yōu)化配置更加合理，為現(xiàn)代工業(yè)高速、 優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供保障1。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有高度的資源整合功能，能夠?qū)⒆冸娬粳F(xiàn)場(chǎng)完全分散 的具有控制、監(jiān)視、保護(hù)、測(cè)量功能的設(shè)備模塊連接起來(lái)形成整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站 主要運(yùn)行設(shè)備和輸電線路的遠(yuǎn)程監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、故障實(shí)時(shí)分析與處理、報(bào)表查看 與打印功能。它的應(yīng)用具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。首先，能夠方便電力企業(yè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行 情況的監(jiān)視和管理，提高供電的安全性，減少供電事故的發(fā)生；其次，大大提高供 電效率，節(jié)約大量的人力、物力、時(shí)間成本2。因此，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在各 大變電站被廣泛應(yīng)用，該論文將以石家莊

19、某工廠 10kV 變電站為背景，設(shè)計(jì)一個(gè)變 電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 1.2 變電站自動(dòng)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀 國(guó)外西歐國(guó)家生產(chǎn)和研發(fā)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的廠家比較多，而且從事研究 時(shí)間較早，多年的研究經(jīng)歷和全國(guó)范圍內(nèi)的變電站自動(dòng)化改造，使這些發(fā)達(dá)國(guó)家已 經(jīng)掌握了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的核心技術(shù)。為了能夠使不同國(guó)家、不同廠商之間 的自動(dòng)化系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備可以相互通信和連接，使這門新技術(shù)在全世界范圍內(nèi)得 到快速的發(fā)展和應(yīng)用，防止閉門造車的尷尬局面發(fā)生，國(guó)外眾多廠商在一開(kāi)始就注 重對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)品制定共同的生產(chǎn)規(guī)范和協(xié)調(diào)審核標(biāo)準(zhǔn)3。 我國(guó)從事變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)間沒(méi)有國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家久，不過(guò)從 70 年代開(kāi)

20、始研究至今，也取得催人奮進(jìn)的成果。集保護(hù)、控制、信號(hào)采集為一體的“四合一” 裝置和電氣集中控制裝置在我國(guó)開(kāi)始研究變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的初期就被研制出來(lái)了。 在我國(guó)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，比較典型的成果有南京南自自主研發(fā) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 制造的 DJK 型集中控制裝置。80 年代初期的時(shí)候，由清華大學(xué)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的具備 微機(jī)保護(hù)、測(cè)量和監(jiān)控功能的自動(dòng)化系統(tǒng)在山東威望島 35kV 變電站試運(yùn)行成功， 這是我國(guó)變電站自動(dòng)化研究歷史上的又一座具有劃時(shí)代意義的里程碑。從此之后， 國(guó)家通過(guò)財(cái)政支持鼓勵(lì)高校和研究所加大對(duì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的投入，華北電 力學(xué)院就是在這個(gè)時(shí)期研制成功了微機(jī)

21、保護(hù)系統(tǒng)，這一技術(shù)成果出現(xiàn)的使先進(jìn)可靠 的微機(jī)技術(shù)代替滯后的遠(yuǎn)動(dòng)裝置成為了現(xiàn)實(shí)，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)供電系 統(tǒng)中被廣泛推廣使用。為了使變電站自動(dòng)化技術(shù)朝著體積最小化、功能最優(yōu)化、效 益最大化的方向發(fā)展，1992 電力部號(hào)召對(duì)自動(dòng)化設(shè)備、通信、對(duì)時(shí)和抗干擾等問(wèn)題 制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為今后的微機(jī)聯(lián)網(wǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)具有代表性的廠家是 南京東自、南瑞、南自、東方電子等企業(yè)。歷經(jīng) 30 多年的發(fā)展，中國(guó)的自動(dòng)化產(chǎn)品 大概更新了 3 代?？梢钥隙ǎ窈髧?guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)會(huì)快速發(fā)展并被廣泛普及， 最終達(dá)到世界先進(jìn)水平4。 1.3 課題來(lái)源和設(shè)計(jì)內(nèi)容 石家莊某工廠 10kV 變電站高壓側(cè)電壓為

22、10kV，低壓側(cè)為 0.38kV。高壓側(cè)采用 2 路 10kV 電源進(jìn)線，單母線分段接線方式，每段母線設(shè) PT 裝置 1 組，母線聯(lián)絡(luò)開(kāi) 關(guān) 1 臺(tái)，因?yàn)樵摴S存在二級(jí)負(fù)荷，所以變電站有 2 臺(tái)變壓器， 且變壓器容量均為 1000kVA。低壓側(cè)采用單母線分段接線方式。2 回 0.38kV 出線分別連接到 2 個(gè) 0.38kV 母線段，其中 1 段為正常運(yùn)行段，直接供給低壓用電車間，另一段備用5。 系統(tǒng)一次主接線圖 1-1。 圖 1-1 變電站一次系統(tǒng)主接線圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 本設(shè)計(jì)采用分成分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用北京力控組態(tài)軟件作為上位機(jī)，選擇南 瑞生產(chǎn)的自動(dòng)化設(shè)備，以 RS-485

23、總線作為通信方式設(shè)計(jì)了一個(gè)以上述工廠為背景的 變電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與選擇 本章將通過(guò)對(duì)變電站監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)、外部運(yùn)行管理需要和內(nèi)部自身發(fā)展需求等 方面進(jìn)行綜合分析和考慮，提出變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，制定出系統(tǒng)總體設(shè) 計(jì)方案。 2.1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 各自動(dòng)化設(shè)備廠商為了爭(zhēng)奪變電站自動(dòng)化市場(chǎng)，競(jìng)相開(kāi)發(fā)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè) 備，形成了滿地開(kāi)花的局面。雖然這些系統(tǒng)和設(shè)備都是根據(jù)變電站的實(shí)際需求進(jìn)行 設(shè)計(jì)，沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但是所有系統(tǒng)上基本上都包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析、 數(shù)據(jù)庫(kù)生成功能、四搖、五防、數(shù)據(jù)報(bào)表打印、故障分析和記

24、錄、報(bào)警等功能且遵 循以下基本原則： (1)功能綜合化。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)包含變電站內(nèi)所有的二次設(shè)備，集變電 站的繼電保護(hù)、監(jiān)視、儀表、通信和運(yùn)行控制于一個(gè)分層分布系統(tǒng)中，代替了傳統(tǒng) 二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、監(jiān)視等所有功能。 (2)操作監(jiān)視屏幕化。操作監(jiān)視屏幕化。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該使值班人員 不需要走出值班室可以通過(guò)顯示屏實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備和輸電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。 (3)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、光纜化。通過(guò)采用先進(jìn)的總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使通信 系統(tǒng)滿足搞數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性要求，簡(jiǎn)化電纜連接方式，降低投資成本。 (4)運(yùn)行管理智能化。與常規(guī)的二次系統(tǒng)相比，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅能監(jiān)測(cè)一次

25、設(shè)備，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析自身故障，用總線把自動(dòng)化設(shè)備與主控制機(jī)連接起來(lái)，改 變了傳統(tǒng)二次設(shè)備不能與檢測(cè)控制中心通信的局面。 (5)測(cè)量顯示數(shù)字化。傳統(tǒng)的變電站儀表采用指針的方式顯示測(cè)量結(jié)果，讀數(shù)慢 且有誤差。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中采用先進(jìn)的數(shù)字化顯示測(cè)量?jī)x表，使數(shù)據(jù)顯示 準(zhǔn)確，讀取方便。 (6)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性好。隨著我國(guó)的工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，每年有大量的變 電站新建和投產(chǎn)，他們需要有先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)為其提供選擇。另外，由于各種各 樣的原因，每年有大量的老式變電站需要改造，這些老變電站由于實(shí)際需求不同， 投資水平和采用的基礎(chǔ)設(shè)備各不相同。因此變電站系統(tǒng)的時(shí)應(yīng)該根據(jù)用戶需求，采 用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)和規(guī)

26、模進(jìn)行設(shè)計(jì)6。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2.2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 2.2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集中式結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，對(duì)變電站中運(yùn)行數(shù)據(jù)集中采集和處理，依次完成各 種自動(dòng)化控制功能。采用這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其功能模塊與硬件沒(méi)有關(guān)系，各功能模 塊的連接通過(guò)模塊化軟件實(shí)現(xiàn)。集中式系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、 且造價(jià)低、實(shí)用性好。該系統(tǒng)缺點(diǎn)是只能通過(guò)雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高系統(tǒng)可 靠性，倘若系統(tǒng)內(nèi)有多處發(fā)生事故，無(wú)法快速的處理，系統(tǒng)調(diào)試繁瑣，程序編程麻 煩且開(kāi)放性和抗干擾能力差。 圖 2-1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.2.2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。

27、該系統(tǒng)按照功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用主從 CPU 系統(tǒng)工作 方式，將功能分散給多個(gè)模塊來(lái)完成，各模塊之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行接口方式來(lái) 完成數(shù)據(jù)通信。分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)擴(kuò)展方便和維護(hù)簡(jiǎn)單，單個(gè)模塊不會(huì)因?yàn)?系統(tǒng)局部故障而停止工作3。 圖 2-2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2.2.3 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分層分布式系統(tǒng)采用的是“面向間隔”的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2-3 所示，該系 統(tǒng)的主要特點(diǎn)是將電氣設(shè)備按照間隔分開(kāi)，每一個(gè)電氣間隔都單獨(dú)的配備相應(yīng)數(shù)量 的自動(dòng)化設(shè)備來(lái)完成該間隔的自動(dòng)化功能。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、便于擴(kuò)展、 調(diào)試和維護(hù)方便、便于批量生產(chǎn)和推廣且組態(tài)靈活、節(jié)省連接電

28、纜3。 圖 2-3 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)上面對(duì)各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，結(jié)合當(dāng)前變電站的實(shí)際要求，本變電站 綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖 2-4 所示 。與其他結(jié)構(gòu)相比， 分層分布式的特點(diǎn)是將具有自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、保護(hù)、遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)化一體設(shè)備安裝 到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的間隔層，這種安裝方式了可以省去大量電纜，縮小投資成本。它 最大的優(yōu)點(diǎn)是采用功能齊全的自動(dòng)一體化設(shè)備代替了功能單一，體積笨重的傳統(tǒng)二 次測(cè)量保護(hù)設(shè)備，節(jié)省了占地面積，抗干擾能力強(qiáng)。分層分布式系統(tǒng)屏幕化和智能 化的工作方式滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，有較好的擴(kuò)展性和兼容性。 圖 2-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)

29、 7 2.3 組態(tài)軟件介紹與選擇 2.3.1 組態(tài)軟件概述 組態(tài)軟件指的就是所有在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制作用的計(jì)算機(jī) 軟件。組態(tài)軟件被安裝使用在控制系統(tǒng)的監(jiān)控層主機(jī)上，依靠軟件自身便捷的組態(tài) 功能，為變電站用戶提供友好的人機(jī)界面和簡(jiǎn)單的操作方法。該系統(tǒng)選擇的各類設(shè) 備模塊能夠輕松地達(dá)到監(jiān)控層的各種功能，支持各種品牌計(jì)算機(jī)和 I/O 設(shè)備，能夠 為系統(tǒng)提供軟硬件的所有接口，完成系統(tǒng)集成7。 組態(tài)軟件在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是擔(dān)任系統(tǒng)保護(hù)、檢測(cè)、控制及通信裝置 與變電站運(yùn)行人員之間的接口，要求它既能接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理；又能接受站控層操作人員的控制指令，并將其下

30、達(dá)到間隔層自動(dòng)化裝置， 實(shí)現(xiàn)“四搖”功能。由此可以看出，組態(tài)軟件在變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中充當(dāng)著非 常重要的角色。 2.3.2 組態(tài)軟件的選擇 組態(tài)軟件在計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，大量的新技術(shù)被應(yīng)用其中，技術(shù)日 趨成熟，功能亦日趨完善，依靠自身優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展并成為工控軟件的主流。國(guó)外應(yīng) 用比較廣的組態(tài)軟件有:萬(wàn)維公司的Intouch,西門子的WinCC等。國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件具有 代表性的產(chǎn)品有組態(tài)王、MCGS,三維力控等，下面是對(duì)3種軟件的介紹。 (1)組態(tài)王是一款在國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)踐較長(zhǎng)且應(yīng)用范圍較廣的軟件，因?yàn)槠鋵?shí)用性較 強(qiáng)，所以國(guó)內(nèi)很多高校都開(kāi)有這門課程。它最主要的優(yōu)點(diǎn)是腳本程序功能簡(jiǎn)單，腳 本程序編

31、寫方便，提供完善的硬件驅(qū)動(dòng)程序。該軟件的不足是功能過(guò)于籠統(tǒng)，不能 滿足所有工業(yè)自動(dòng)化的要求。 (2)MCGS 組態(tài)軟件的出現(xiàn)是在國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件市場(chǎng)里具有劃時(shí)代的意義。它主要 的優(yōu)點(diǎn)是組態(tài)界面在設(shè)計(jì)的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，可以對(duì)任何形式的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行 組態(tài)，擁有極其豐富的組態(tài)功能。它的不足之處是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作起來(lái)比較繁 瑣。 (3)力控組態(tài)軟件憑借自身特點(diǎn)比較適合應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中。它的優(yōu) 點(diǎn)是組態(tài)圖庫(kù)豐富且分組清晰，可以快速的完成組態(tài)界面的設(shè)計(jì)；腳本編輯器的使 用對(duì)設(shè)計(jì)者編程水平要求不高，只要掌握簡(jiǎn)單的 C 語(yǔ)言語(yǔ)句即可；支持多種 I/O 設(shè) 備，可以與大部分廠家的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行通信。

32、 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 經(jīng)過(guò)綜合分析比較，在本設(shè)計(jì)中選用北京力控組態(tài)監(jiān)控軟件，原因是該軟件將 普通的通用組態(tài)軟件和電力專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，增添了許多專門針對(duì)電力控制系統(tǒng)的 功能和組件，友好的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)界面和便捷的工程設(shè)計(jì)方法對(duì)值班人員的技術(shù)要求較 低，因此，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，幾乎不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴僮魇д`造成自動(dòng)化系統(tǒng)事故的情 況。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 自動(dòng)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型 3.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)采用的分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖2-4所示。選用南瑞生產(chǎn)的集保護(hù)、測(cè) 量、控制于一體的自動(dòng)化設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)就地安裝，完成一次設(shè)備和線路的測(cè)控和保護(hù) 功能，采用RS-232/485總線

33、將這些前端設(shè)備的通信接口連接起來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)通信層， 完成間隔層設(shè)備與控制站主機(jī)之間的信息交換，達(dá)到對(duì)變電站進(jìn)行自動(dòng)化控制的目 的。本設(shè)計(jì)選用設(shè)備的清單如表3-1所示5。 表3-1 設(shè)備清單 設(shè)備名稱 生產(chǎn)廠家和型號(hào)設(shè)備數(shù)量 主機(jī)研華IPC-10L工控機(jī)，雙核，2G運(yùn)行內(nèi)存， 500G硬盤，4個(gè)PCI槽，7個(gè)ISA槽，6個(gè) USB口，2個(gè)串口 2臺(tái) 顯示器三星19寸顯示屏2臺(tái) 打印機(jī)EPSON PL-6200L激光打印機(jī)1臺(tái) 音響漫步者R206多媒體音響1臺(tái) UPS電源山特UPS不間斷電源C3K1臺(tái) 組態(tài)軟件力控6.1組態(tài)1套 變壓器微機(jī)保護(hù)南瑞RCS-9624CN1套 線路保護(hù)南瑞RCS-962

34、5CN1套 通訊轉(zhuǎn)換器宇泰UT-2201無(wú)源雙向RS232轉(zhuǎn)RS4851個(gè) 3.2 變電站站控層配置 站控層是整個(gè)變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，值班員在站控層通過(guò)監(jiān)控屏幕可 以清楚的看到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，可以完成對(duì)間隔層的設(shè)備遠(yuǎn)程控制。站控層的 選用的硬件設(shè)備為 2 臺(tái)工控 PC 機(jī)，2 臺(tái) 19 寸三星顯示屏，其中主機(jī)采用冗余配置，雙 機(jī)互為熱備用， 1 臺(tái) EPSON PL-6200L 激光打印機(jī)，和 1 臺(tái)不間斷電源(UPS)，力控 組態(tài)軟件、1 臺(tái)音響等。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3.3 變電站間隔層配置 根據(jù)變電站的功能要求選擇一種最適合的微機(jī)保護(hù)設(shè)備是完成這個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 目

35、前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備類型比較多，有國(guó)電南自、南瑞、許繼和四方等多家企業(yè)產(chǎn)品， 各家都有各自的特點(diǎn)，功能、性能、可靠性和價(jià)格都相差很大，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 因此為了使自動(dòng)化系統(tǒng)能夠完全滿足遠(yuǎn)動(dòng)信息采集和傳送的要求，本系統(tǒng)所有自動(dòng) 化設(shè)備均計(jì)劃采用同一個(gè)廠家的產(chǎn)品。同時(shí)考慮到本工廠還有二級(jí)負(fù)荷，對(duì)可靠性 要求也比較高，所以必須選用性能優(yōu)良的定型產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 比較，本工程自動(dòng)化設(shè)備類型選用南瑞產(chǎn)品。 該系統(tǒng)的間隔層單元主要選用南瑞RCS-9624CN廠用變壓器測(cè)控裝置和南瑞 RCS-9625CN線路保護(hù)測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)該廠10kV變電所的變壓器、母聯(lián)、10kV進(jìn) 線、線路等設(shè)備的保護(hù)和

36、測(cè)量、監(jiān)視、控制等功能8。 (1)南瑞RCS-9624CN廠用變壓器測(cè)控裝置介紹 RCS-9624CN自動(dòng)化裝置適用于 335kV 電壓等級(jí)小電流接地系統(tǒng)或小電阻接 地統(tǒng)中廠用變壓器保護(hù)測(cè)控裝置。它的特點(diǎn)是可以選擇組屏安裝，也可選擇就地安 裝到開(kāi)關(guān)柜。 保護(hù)功能 ： 高壓側(cè)三段過(guò)流保護(hù)(其中I、II 段可選擇經(jīng)復(fù)壓閉鎖，III 段可選擇為反時(shí)限， 不經(jīng)復(fù)壓閉鎖)； 高壓側(cè)兩段定時(shí)限負(fù)序過(guò)流保護(hù)； 高壓側(cè)接地保護(hù)：兩段定時(shí)限零序過(guò)流保護(hù)，零序II 段可整定為報(bào)警或跳閘； 低壓側(cè)接地保護(hù)(兩段定時(shí)限零序過(guò)流，其中零序II 段可整定為反時(shí)限零序過(guò) 流)； 過(guò)負(fù)荷報(bào)警； FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能；

37、非電量保護(hù)； 獨(dú)立的操作回路及故障錄波。 (2)測(cè)控功能 ： 10路遙信開(kāi)入采集，裝置遙信變位以及事故遙信； 變壓器高壓側(cè)斷路器正常遙控分、合； 、P、Q、cos、f 等模擬量的 ab U bc U ca U a U b U c U a I b I c I 遙測(cè)； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 開(kāi)關(guān)事故分合次數(shù)統(tǒng)計(jì)及事件SOE等； (2)南瑞RCS-9625CN線路保護(hù)測(cè)控裝置介紹 RCS-9625CN自動(dòng)化裝置主要適用于變電站饋線、分支線、或者是母線分段的 綜合保護(hù)及車測(cè)控，特點(diǎn)是可以在開(kāi)關(guān)柜就地安裝。 保護(hù)功能： 三段過(guò)流保護(hù)(其中 I、II 段可選擇經(jīng)復(fù)壓閉鎖，III 段不經(jīng)復(fù)壓閉鎖,可

38、選擇 為反時(shí)限)； 二段零序過(guò)流保護(hù)(零序電流可以外加，也可使用自產(chǎn)零序電流，其中第二段 可通過(guò)整定選擇作為報(bào)警或者跳閘功能)； 過(guò)負(fù)荷保護(hù)(可通過(guò)整定選擇作為報(bào)警或者跳閘功能)； 三相一次重合閘； 合閘后加速保護(hù)； FC 回路配合的過(guò)流閉鎖功能； 獨(dú)立的操作回路。 測(cè)控功能 ： 10 路遙信開(kāi)入采集、裝置遙信變位、事故遙信； 正常斷路器遙控分、合； 、P、Q、cos、f 等 10 個(gè)模 ab U bc U ca U a U b U c U a I b I c I 擬量的遙測(cè)； 開(kāi)關(guān)事故分合次數(shù)統(tǒng)計(jì)及事件 SOE 等； 3.4 變電站通信層配置 通信層設(shè)備的最優(yōu)配置是提高變電站安全性和可靠性的

39、主要手段，它既需要完 成系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊之間的信息交流任務(wù)，又承擔(dān)著站控層和通信層之間的通信任 務(wù)。目前總線式網(wǎng)絡(luò)是國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的主要通信網(wǎng)絡(luò)，具有代表性 的有 CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線 RS-485 的低速總線和以太網(wǎng)等8。 (1)RS-485 總線 RS-485 總線是在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中要求用最少的線完成通信任務(wù)的背景下應(yīng)運(yùn) 而生的。它的連線方式非常方便，能夠節(jié)約大量的信號(hào)線，并且可以實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)距 離傳送，因此通信成本比較低。RS-485 總線的通信方式是半雙工的，且由使能端對(duì) 信號(hào)發(fā)送電路進(jìn)行控制?，F(xiàn)在幾乎所有的自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備、保護(hù)設(shè)備和通信設(shè)備等 都配有該總總線的接口，目的就是為

40、了方便這些設(shè)備聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成綜合系統(tǒng)。 (2)CANBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 CAN 總線最初是為了提高汽車生產(chǎn)工藝而產(chǎn)生的，隨著自身技術(shù)的提高后來(lái)逐 步應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)的其它領(lǐng)域，并且它的總線規(guī)范現(xiàn)在已經(jīng)被 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這種總線的優(yōu)點(diǎn)是基于優(yōu)先級(jí)的高速、抗干擾能力強(qiáng)，且可以跟 大多數(shù)媒體進(jìn)行通信。 (3)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)在新建的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中基本上都能看到它的存在，因此幾乎所有 的遠(yuǎn)程 I/O 接口的供應(yīng)商都會(huì)提供一個(gè)支持 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)接口。它的特點(diǎn)是 采用基帶傳輸技術(shù)，支持全雙工和半雙工兩種工作方式，傳輸介質(zhì)有多種選擇等。 它的優(yōu)點(diǎn)

41、是成本低、通信速率高、可靠性強(qiáng)支持多數(shù)軟硬件設(shè)備和多媒體傳輸5。 綜上分析可得，RS-485 總線的優(yōu)點(diǎn)是工程比較容易實(shí)現(xiàn)，總的成本投入低且實(shí) 時(shí)性比較高，在多站互連的時(shí)候，還可以節(jié)省信號(hào)線，有利于信息高速遠(yuǎn)距離的傳 送。由于本次設(shè)計(jì)選用的各一體化測(cè)控和保護(hù)裝置均附帶了 RS-485 接口，所以系統(tǒng) 通信層與站控層和現(xiàn)場(chǎng)間隔層設(shè)備之間選用 RS-485 總線實(shí)現(xiàn)相互通信，信號(hào)傳輸介 質(zhì)為光纖。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 4 章 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4.1 軟件設(shè)計(jì)的要求 軟件是系統(tǒng)的靈魂。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可靠的硬件配置必然十分重要，但 是沒(méi)有完美的程序來(lái)執(zhí)行，工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)根本

42、無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，優(yōu)良的軟件 設(shè)計(jì)在自動(dòng)化系統(tǒng)中和硬件選擇同樣重要。雖然針對(duì)于于不同的控制對(duì)象，軟件設(shè) 計(jì)有著不同的設(shè)計(jì)要求，但是軟件設(shè)計(jì)的基本原則是一樣的，主要包括以下幾方面： (1)實(shí)時(shí)性要好要求軟件系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行系統(tǒng)，并且針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，能夠 實(shí)時(shí)控制。 (2)可靠性要高求系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，可以第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警并且自動(dòng)恢復(fù)正常， 一般用系統(tǒng)的無(wú)故障時(shí)間來(lái)表示可靠性的指標(biāo)。 (3)擴(kuò)展性和操作性要好。為了使用軟件的全部功能，需要經(jīng)過(guò)授權(quán)。如果只是 單純的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，只要滿足數(shù)據(jù)連接項(xiàng)支持 64 點(diǎn)和運(yùn)行系統(tǒng)在線運(yùn)行時(shí)間為 1 小 時(shí)，則不用經(jīng)過(guò)授權(quán)7。 4.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)采

43、用北京力控組態(tài)軟件，軟件系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)，將組態(tài)界面分為三個(gè) 層次，分別是一次主界面、二次功能主界面、和三次分塊功能界面。一次界面的包 括的是“系統(tǒng)一次主接線圖” 、 “導(dǎo)航欄” 、 “信息欄”窗口。二次界面包括“主接線 圖” 、 “遙調(diào)列表” 、 “遙測(cè)列表” 、 “報(bào)表管理” “趨勢(shì)曲線” 、 “報(bào)警管理”和“用戶管 理”8 個(gè)主功能窗口，三次界面是將 8 個(gè)主功能按照系統(tǒng)需求分別劃分為若干個(gè)子 功能模塊。 采用分層次設(shè)計(jì)的目的是為了將復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行分解，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)、擴(kuò) 展和值班人員操作。本軟件系統(tǒng)以變電站自動(dòng)化控制為第一目的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 要在滿足系統(tǒng)控制功能的要求下，使軟件組

44、態(tài)界面盡量簡(jiǎn)化，方便值班人員使用。 該軟件設(shè)計(jì)成功后應(yīng)該滿足的工作流程是值班人員按照登錄級(jí)別和密碼進(jìn)入系統(tǒng)一 次監(jiān)控主界面，系統(tǒng)在無(wú)特殊情況時(shí)均運(yùn)行在一次主界面。同時(shí)可以按照控制需求 有順序的進(jìn)入二次界面和三次界面。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)有報(bào)警功能和恢復(fù)故 障的能力。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 4.3 軟件的組態(tài) 4.3.1 創(chuàng)建工程 (1)雙擊桌面上的力控圖標(biāo)，啟動(dòng)應(yīng)用管理器如圖4-1所示。 圖4-1 應(yīng)用管理器對(duì)話框 (2)用鼠標(biāo)單擊菜單欄中的“文件新建應(yīng)用”命令或工具條中的“新建”按鈕， 進(jìn)入如圖4-2所示“新建工程”對(duì)話框。 圖4-2 新建工程對(duì)話框 項(xiàng)目類型：在此導(dǎo)航欄中的模板工

45、程提供的是一些典型行業(yè)的力控組態(tài)工程， 初學(xué)者可以參照已有的模板工程設(shè)計(jì)新的工程。 項(xiàng)目名稱：在“項(xiàng)目名稱”的輸入欄中鍵入“某工廠10kV變電站綜合自動(dòng)化系 統(tǒng)”。 生成路徑：新建工程的工作目錄一般會(huì)有默認(rèn)存儲(chǔ)路徑，如果指定的默認(rèn)存儲(chǔ) 路徑不存在，工程管理器有自動(dòng)創(chuàng)建目錄的功能。 (3)工程新建完成后雙擊工程圖標(biāo)或啟動(dòng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的快捷圖標(biāo)可以進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 的組態(tài)環(huán)境，如圖4-3所示。 圖4-3 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主界面 4.3.2 創(chuàng)建窗口畫面 一個(gè)完整的力控工程主要由窗口組成，而每個(gè)窗口根據(jù)需要又由不同的圖形對(duì) 象和文本組成，這些圖形對(duì)象和文本經(jīng)過(guò)變量定義和動(dòng)畫連接設(shè)置后便

46、可以實(shí)現(xiàn)其 組態(tài)功能。進(jìn)入開(kāi)發(fā)環(huán)境后，選擇菜單命令“文件新建” ，彈出如圖 4-4 所示“窗 口屬性”對(duì)話框。 圖 4-4 窗口屬性對(duì)話框 輸入畫面的標(biāo)題名稱，這里該窗口命名為“變電站一次主接線圖” ，單擊“背景 色”按鈕，可以選擇窗口背景顏色，其他選項(xiàng)使用默認(rèn)設(shè)置即可，單擊“確認(rèn)”按 鈕完成一個(gè)窗口創(chuàng)建。在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)界面，按照剛才的過(guò)程，依次創(chuàng) 1#差動(dòng)保護(hù)投退、 1#差動(dòng)遙信列表、1#差動(dòng)遙測(cè)列表、1#微機(jī)保護(hù)投退、1#微機(jī)遙信列表、1#微機(jī)遙 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 測(cè)列表、1#報(bào)警管理、事件歷史記錄、事件實(shí)時(shí)記錄、遙信實(shí)時(shí)報(bào)警、遙信歷史報(bào) 警、遙測(cè)實(shí)時(shí)報(bào)警、遙測(cè)歷史報(bào)警、信息欄、導(dǎo)

47、航欄、用戶管理、登陸界面、系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)、遙信列表、遙測(cè)列表、變電站報(bào)表、變電站一次接線圖等 25 個(gè)窗口，如圖 4- 5 所示。 圖 4-5 窗口列表 創(chuàng)建完所有窗口后，開(kāi)始對(duì)每個(gè)窗口的組態(tài)畫面按照功能和層次進(jìn)行具體制作。 以窗口“變電站一次主接線”為例，首先進(jìn)入該窗口，根據(jù)提前準(zhǔn)備好的變電站一 次主接線圖，從工具箱選擇“圖庫(kù)”工具，出現(xiàn)“子圖列表”對(duì)話框，用鼠標(biāo)雙擊 從中選擇一次接線圖所需的各類器件圖，則在畫面的左上角出現(xiàn)選擇器件圖，只要 把光標(biāo)定位在器件圖上，拖動(dòng)鼠標(biāo)按照一定的順序進(jìn)行畫面布局即可，若要改變器 件圖的大小，用鼠標(biāo)拖動(dòng)邊線修改即可。 設(shè)備擺放完畢后，開(kāi)始創(chuàng)建電纜電線，選擇工具箱

48、中的“垂直/水平線”工具， 在窗口上畫各類電纜線，改變線條屬性的方法是選中畫面中的一條電纜線然后單擊 鼠標(biāo)的右鍵，就會(huì)彈出右鍵菜單欄，繼續(xù)單擊選擇“對(duì)象屬性”菜單項(xiàng)，將出現(xiàn)如 圖 4-6 所示“改變線屬性”的對(duì)話框。選擇立體風(fēng)格，寬度改為 2，顏色選為灰色。 選中其他的電纜線，進(jìn)行同樣的修改。 圖 4-6 工具箱對(duì)話框 創(chuàng)建文本。選擇工具箱中的“文本”工具，在畫面上顯示各類器件對(duì)應(yīng)的名稱 字符串，如對(duì)開(kāi)關(guān)按順序進(jìn)行命名，即“QS1” ，按照此類方法，依次對(duì)各個(gè)器件進(jìn) 行命名。創(chuàng)建矩形。從力控組態(tài)的工具箱中找到“矩形工具”并用用鼠標(biāo)單擊，然 后在窗口界面的最上面拖動(dòng)鼠標(biāo)，畫出一個(gè)矩形對(duì)象，在該矩

49、形上添加文本，輸入 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 “變電站一次主接線圖” 。 經(jīng)過(guò)上面幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟循環(huán)操作， “變電站一次主接線圖”工程畫面繪制完 畢，如圖 4-7 所示，根據(jù)提前創(chuàng)建好的組態(tài)窗口，按上述方法分別繪制完成“遙信 列表” 、 “遙測(cè)列表” 、 “用戶管理” 、 “登錄界面”等其他窗口組態(tài)工程界面制作，由 于窗口太多且制作方法一樣，在此就不重復(fù)介紹了。 圖 4-7 變電站一次主接線圖 4.4 定義I/O設(shè)備 在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的時(shí)候，需要將間隔層硬件設(shè)備上測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)采集到組態(tài)監(jiān)控軟件界面上，并在監(jiān)控軟件利用組態(tài)插件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理，如繪制曲線，形成報(bào)表等，通

50、常我們把這些硬件設(shè)備叫做數(shù)據(jù)提供者，數(shù)據(jù)提 供者主要包括：PLC、UPS、變頻器、智能儀表、智能模塊、板卡等，這些設(shè)備將 采集到的信息通過(guò)通信層與上位機(jī)軟件進(jìn)行信息交換。 物理 I/O 設(shè)備指的是在力控組態(tài)中與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備，力控軟件工程通 過(guò)物理 I/O 設(shè)備通訊協(xié)議制定出對(duì)應(yīng)的 I/O 驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選用的設(shè)備型 號(hào)選擇正確的 I/O 驅(qū)動(dòng)程序并在力控工程中找到與之對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的邏輯 I/O 設(shè)備和物 理 I/O 設(shè)備進(jìn)行匹配，按步驟完成以上操作后力控才能通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)變量達(dá)到和這些 物理 I/O 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的目的。定義邏輯 I/O 設(shè)備的步驟是在開(kāi)發(fā)環(huán)境的左側(cè) 有“工程項(xiàng)目”

51、和“系統(tǒng)配置”兩個(gè)導(dǎo)航欄，我們用鼠標(biāo)單擊打開(kāi)如圖 4-8 所示 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 “工程項(xiàng)目”導(dǎo)航欄。 圖 4-8 工程項(xiàng)目導(dǎo)航欄 用鼠標(biāo)雙擊“I/O 設(shè)備組態(tài)”項(xiàng)出現(xiàn)了“IOManager”對(duì)話框，雙擊該對(duì)話框中 的“力控”選項(xiàng)使其展開(kāi)，選擇項(xiàng)目“仿真驅(qū)動(dòng)PLC西門子S7-1200(TCP)” ， 如圖 4-9 所示。 圖 4-9 設(shè)備組態(tài)對(duì)話框 用鼠標(biāo)雙擊 “PLC”后出現(xiàn)了“設(shè)備配置-第一步”對(duì)話框，在該對(duì)話框的 “設(shè)備名稱”輸入框內(nèi)輸入自定義名稱 “PLC” ，在“數(shù)據(jù)更新周期”輸入框內(nèi)設(shè) 置為 50 毫秒，其他參數(shù)保持默認(rèn)，如圖 4-10 所示。 圖 4-10 設(shè)備配置對(duì)

52、話框 在導(dǎo)航器中選擇“I/O 設(shè)備組態(tài)智能儀表”項(xiàng)，繼續(xù)雙擊選擇“南京南瑞 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 RCS-9624CN” ，出現(xiàn)設(shè)備配置對(duì)話框，命名為“1WJ”, “數(shù)據(jù)更新周期”設(shè)為 50s，其他參數(shù)默認(rèn)。按照同樣的過(guò)程，選擇南京南瑞 RCS-9624CN，命名為 “WJ891”。單擊完成按鈕退出對(duì)話框，經(jīng)過(guò)上述操作步驟后，在 I/O 數(shù)據(jù)組態(tài)項(xiàng) 目下創(chuàng)建了名為“PLC” 、 “1WJ” 、 “WJ891”的 I/O 設(shè)備，如圖 4-11 所示。 圖 4-11 組態(tài)設(shè)備列表 I/O 設(shè)備定義完成后，根據(jù)提前做好的工程規(guī)劃 I/O 參數(shù)表，正確對(duì)應(yīng)建立各種 變量參數(shù)，并在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建

53、立一一對(duì)應(yīng)的 I/O 設(shè)備點(diǎn)與變量及數(shù)據(jù)連接。首先 在“導(dǎo)航器”中，雙擊“數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)” ，啟動(dòng) DbManager，選擇菜單命令“點(diǎn)新建” ，出現(xiàn)“請(qǐng)指定區(qū)域點(diǎn)類型”對(duì)話框。如圖 4-12 所示。 圖 4-12 請(qǐng)指定區(qū)域點(diǎn)類型 選擇“模擬 I/O 點(diǎn)” ，然后雙擊點(diǎn)類型，出現(xiàn)如圖 4-13 所示對(duì)話框。根據(jù)提前 規(guī)劃好的點(diǎn)名稱和系統(tǒng)特殊參數(shù)值進(jìn)行填寫，其他參數(shù)選擇默認(rèn)。單擊確認(rèn)按鈕后， 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 則在單元格中新建了一個(gè)點(diǎn)。 圖 4-13 點(diǎn)類型對(duì)話框 按照上述步驟，根基提前設(shè)計(jì)好的參數(shù)表，創(chuàng)建“遙信量” ， “遙測(cè)量” ， “遙控 量” ， “SOD 量” ， “模擬 I

54、/O 量” ，創(chuàng)建及完畢后如圖 4-14 所示。 圖 4-14 變量參數(shù)表 4.5 動(dòng)畫連接 創(chuàng)建動(dòng)畫連接的作用是將所有的窗口按照系統(tǒng)層次連接起來(lái)，使窗口畫面中的 圖形對(duì)象和文本實(shí)現(xiàn)其組態(tài)功能，通過(guò)圖形對(duì)象和文本的變化來(lái)反應(yīng)變量點(diǎn)或參數(shù) 值的變化。由于我們工程只用到了鼠標(biāo)動(dòng)畫、顏色動(dòng)畫和數(shù)值動(dòng)畫當(dāng)中的部分動(dòng)畫 連接，所以本設(shè)計(jì)只對(duì)用到的動(dòng)畫連行進(jìn)行介紹。 4.5.1 鼠標(biāo)動(dòng)畫 圖形對(duì)象和文本按照系統(tǒng)需要在和鼠標(biāo)建立了動(dòng)畫連接之后，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 中，當(dāng)圖形對(duì)象和文本被鼠標(biāo)選中或者拖動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)動(dòng)作被激活。本工程當(dāng)中只用 到了鼠標(biāo)動(dòng)畫當(dāng)中的窗口顯示和左鍵動(dòng)作。 窗口顯

55、示。窗口顯示是指將圖像對(duì)象與某一窗口建立連接后，用鼠標(biāo)單擊該圖 像對(duì)象，會(huì)自動(dòng)顯示被連接的窗口。如圖所示，以“信息欄”窗口中的“遙信列表” 圖形文本為例，用鼠標(biāo)單擊此圖形文本，進(jìn)入動(dòng)畫連接窗口，單擊“窗口顯示” ，并 且選中“變電站遙調(diào)列表” ，如圖 4-15 所示，單擊確認(rèn)，即完成窗口連接，按照系 統(tǒng)需要，對(duì)其他窗口按照此方法進(jìn)行設(shè)置即可。 圖 4-15 窗口顯示對(duì)話框 左鍵動(dòng)作。左鍵動(dòng)作是指用鼠標(biāo)單擊圖像對(duì)象時(shí)，組態(tài)畫面會(huì)執(zhí)行腳本編輯器 中與之連接的鼠標(biāo)動(dòng)作程序。以“遙信列表”窗口的“返回”圖形文本為例，單擊 此文本，進(jìn)入如圖 4-16 所示“動(dòng)畫連接”文本框，用鼠標(biāo)選擇“左鍵動(dòng)作” ，進(jìn)

56、入 “腳本編輯器”對(duì)話框，編輯腳本程序后，確認(rèn)退出，具體的腳本程序編輯方法在 下一節(jié)會(huì)介紹。 圖 4-16 動(dòng)畫連接對(duì)話框 4.5.2 顏色動(dòng)畫 本設(shè)計(jì)只用到顏色動(dòng)畫中的條件變化連接，下面以“一次系統(tǒng)主接線圖”窗口 畫面中的斷路器顏色動(dòng)作為例，介紹斷路器顏色條件動(dòng)作的建立方法。雙擊 “QF1”圖形對(duì)象，進(jìn)入“動(dòng)畫連接”對(duì)話框，選擇“條件”動(dòng)作，彈出如圖 4-17 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 所示“顏色變化”對(duì)話。 圖 4-17 顏色變化對(duì)話框 在對(duì)話框中，選擇變量“FJHBDQF1YX.PV”與其連接，設(shè)置當(dāng) QF1 接通時(shí)， 圖形填充色變?yōu)榧t色；當(dāng) QF1 斷開(kāi)時(shí)圖形填充色為綠色。按照此方

57、法，對(duì)其它斷路 器依次設(shè)計(jì)。 4.5.3 數(shù)值動(dòng)畫 數(shù)值動(dòng)畫包括數(shù)值輸入和數(shù)值輸出兩大類，本設(shè)計(jì)只用到了數(shù)值輸出中的模擬 輸出。模擬輸出動(dòng)畫的主要作用是使文本對(duì)象能夠動(dòng)態(tài)顯示變量的變化或表達(dá)式的 值。下面以“1#微機(jī)遙測(cè)列表”窗口為例，將本窗口中的“0.00”文本建立數(shù)值輸 出連接。首先應(yīng)該雙擊“AB 線電壓”對(duì)應(yīng)的“0.00”文本對(duì)象，進(jìn)入“動(dòng)畫連接” 窗口，選擇數(shù)值輸出動(dòng)畫中的“模擬”動(dòng)畫，進(jìn)入“模擬值輸出”對(duì)話框，如圖 4- 18 所示，單擊“變量選擇”按鈕，彈出“變量選擇”對(duì)話框，選擇 “1WJUAB.PV”變量。按照此方法，依次對(duì)其它文本進(jìn)行數(shù)值動(dòng)畫連接。 圖 4-18 模擬值輸出對(duì)

58、話框 4.6 創(chuàng)建歷史趨勢(shì)曲線 自動(dòng)化控制系統(tǒng)利用組態(tài)軟件的曲線工具對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，進(jìn)而得到在某一瞬間發(fā)生的工藝狀態(tài)。同時(shí)可以對(duì)曲線進(jìn)行放 大，更加細(xì)致的對(duì)工藝情況進(jìn)行分析，還可以比較兩個(gè)過(guò)程量之間的函數(shù)關(guān)系。創(chuàng) 建歷史曲線具體的步驟如下： (1)用鼠標(biāo)單擊選擇“工程項(xiàng)目”導(dǎo)航欄中的“復(fù)合組件曲線” ，如圖 4-19 所 示，然后雙擊曲線插件中的趨勢(shì)曲線，趨勢(shì)曲線就會(huì)立馬出現(xiàn)在窗口界面的左上角， 我們可以通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)調(diào)整趨勢(shì)曲線插件在窗口畫面中的位置和大小。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 4-19 復(fù)合組件對(duì)話框 (2)趨勢(shì)曲線添加完成后，創(chuàng)建趨勢(shì)曲線

59、數(shù)據(jù)庫(kù)變量并引用已經(jīng)創(chuàng)建好的變量與 趨勢(shì)曲線建立連接。 (3)設(shè)置曲線的顯示屬性 雙擊曲線控件，將彈出如圖 4-20 所示曲線屬性設(shè)置對(duì)話框，在該界面對(duì)曲線的 參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 圖 4-20 曲線屬性對(duì)話框 4.7 報(bào)警與事件記錄 4.7.1 報(bào)警控件 安裝報(bào)警控件的作用是當(dāng)變電站供電系統(tǒng)處于非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)化控制 系統(tǒng)可以第一時(shí)間報(bào)警提醒值班員并有一定的自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行功能。報(bào)警控件添 加完畢后，雙擊報(bào)警控件，在“報(bào)警參數(shù)”對(duì)話框中勾選“報(bào)警開(kāi)關(guān)” ，并且通過(guò)設(shè) 置數(shù)據(jù)庫(kù)變量的相關(guān)參數(shù)來(lái)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 4-21 報(bào)警參數(shù)對(duì)話框 選擇報(bào)警類型。目前力控能實(shí)

60、現(xiàn)圖 4-21 中所列的報(bào)警類型。此例中我們選擇限 值報(bào)警。在“報(bào)警參數(shù)對(duì)話框”中勾選“高限”和“低限” ，并在它們對(duì)應(yīng)輸入框中 輸入要報(bào)警臨界值。報(bào)警優(yōu)先級(jí)在優(yōu)先級(jí)編輯框中進(jìn)行設(shè)置，值越大，優(yōu)先級(jí)越高， 當(dāng)同時(shí)有多個(gè)報(bào)警發(fā)生時(shí)，高優(yōu)先級(jí)的報(bào)警信息優(yōu)先顯示。點(diǎn)擊“確定” ，完成報(bào)警 配置設(shè)置。添加報(bào)警控件。點(diǎn)擊選擇“工具箱常用組件報(bào)警” ，如圖 4-22 所示： 圖 4-22 報(bào)警控件 報(bào)警控件屬性設(shè)置。雙擊報(bào)警組件，彈出如圖 4-23 所示屬性設(shè)置對(duì)話框，在本 設(shè)計(jì)中，屬性值全部保持默認(rèn)值即可。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 4-23 報(bào)警組件屬性設(shè)置對(duì)話框 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27