水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在大型項(xiàng)目中，電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于一些小水庫(kù)，由于各個(gè)方面的原因，目前基本上是定期監(jiān)測(cè)的，這導(dǎo)致了電廠(chǎng)的低運(yùn)行和管理以及可靠性差。隨著西部大開(kāi)發(fā),國(guó)家將在5～10a內(nèi)完成對(duì)現(xiàn)有小水電的改造,開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、適用、可靠性高的小水電監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。該監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是采集整個(gè)電廠(chǎng)的遙測(cè)量和遙信量,對(duì)應(yīng)不同的實(shí)時(shí)值采用實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、表格等方式顯示。當(dāng)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)事故、故障、越限等情況時(shí),以不同的形式進(jìn)行報(bào)警與提示。當(dāng)保護(hù)信號(hào)發(fā)生變化時(shí),由上位機(jī)顯示故障原因。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表記錄發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)全部模擬量及開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)能以文件的形式保存每次上傳的遙測(cè)量和遙信量。電廠(chǎng)內(nèi)所有斷路器的遙控分、合閘操作通過(guò)主接線(xiàn)畫(huà)面進(jìn)行。本監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用了Microsoft公司的VisualBasic語(yǔ)言。1設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面分析監(jiān)控系統(tǒng)清晰、美觀(guān)的主接線(xiàn)畫(huà)面為操作人員監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提供了生動(dòng)簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互能力。設(shè)計(jì)采用的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主接線(xiàn)畫(huà)面由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面兩部分組成。靜態(tài)畫(huà)面一般反映系統(tǒng)中主要設(shè)備的配置情況。動(dòng)態(tài)畫(huà)面則反映設(shè)備和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,例如文字圖形的可見(jiàn)與不可見(jiàn),數(shù)值的變化以及符號(hào)、顏色的改變等,通過(guò)它們及其各種組合可以清楚直觀(guān)地反映發(fā)電機(jī)組、母線(xiàn)、變壓器、斷路器等設(shè)備的運(yùn)行情況。在主接線(xiàn)圖中,畫(huà)面用不同顏色的線(xiàn)代表不同的電壓等級(jí),斷路器用淺藍(lán)色表示閉合,綠色表示跳閘(如斷路器901和612)。2數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用2.1數(shù)據(jù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)以獲得的數(shù)據(jù)為中心,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、整理,并提供靈活的顯示方式,是監(jiān)控軟件基本的也是主要的要求。VB不但提供了多種數(shù)據(jù)顯示方式,如圖形與表格形式等,而且自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)處理功能已完全可以完成諸如查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)、修改數(shù)據(jù)庫(kù)、刷新數(shù)據(jù)庫(kù)等操作。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)具有以下步驟:首先是建立數(shù)據(jù)庫(kù)。普通的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不過(guò)是一些表的集合。在本水電廠(chǎng)監(jiān)控軟件中,包含動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)主要保存下位機(jī)上傳的遙信量和遙測(cè)量,還包含了用于故障診斷的繼電保護(hù)表;靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)保存了水電廠(chǎng)的主要設(shè)備的參數(shù),有發(fā)電機(jī)表、變壓器表、斷路器和隔離開(kāi)關(guān)表等。然后是如何操縱數(shù)據(jù)庫(kù)中的表格,即建立與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接。VB提供了一種與Jet數(shù)據(jù)庫(kù)引擎接口的方法——使用數(shù)據(jù)控件和數(shù)據(jù)綁定控件。這種方法可以使用戶(hù)使用較少的代碼,僅僅設(shè)置這些控件的一些屬性便能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行許多操作。本設(shè)計(jì)中有一些顯示的表格就是使用這種方法創(chuàng)建的。但此種方式?jīng)]有使用ADO靈活,而且系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)較大。不過(guò),在軟件所要求的數(shù)據(jù)庫(kù)操作較為簡(jiǎn)單,使用并不頻繁的情況下,這是一種較好的方法。另一種連接數(shù)據(jù)庫(kù)的方法是利用ADO,這種方法使用十分靈活,而且系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小。2.2遙測(cè)量的執(zhí)行上位機(jī)收到下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù),然后根據(jù)數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)判斷是遙信量還是遙測(cè)量,分別把數(shù)據(jù)寫(xiě)到數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史文件中去,并且在界面上顯示出來(lái),如果遙信量表示有保護(hù)動(dòng)作信息,監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示繼電保護(hù)報(bào)警信息;如果遙測(cè)量越限,監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示越限報(bào)警信息。監(jiān)控系統(tǒng)處理上傳數(shù)據(jù)的流程如圖2所示。2.3動(dòng)顯示的能力當(dāng)斷路器發(fā)生跳閘動(dòng)作時(shí),主界面會(huì)自動(dòng)顯示是什么繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘的,這樣便于工作人員及時(shí)排除故障,也使本監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的智能水平。2.4系統(tǒng)聲音改變。在做當(dāng)遙測(cè)量超過(guò)相應(yīng)的上限值或下限值時(shí),系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一定的報(bào)警信息,例如會(huì)彈出越限報(bào)警窗體,發(fā)出系統(tǒng)聲音,改變相應(yīng)文本框的底色等。這樣當(dāng)水電廠(chǎng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),此功能會(huì)使工作人員引起注意。例如當(dāng)系統(tǒng)的110kV母線(xiàn)電壓越上限時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)使顯示110kV母線(xiàn)電壓值的文本框的底色變?yōu)榧t色,而且會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音,還會(huì)彈出越限報(bào)警窗體。2.5順序號(hào)和其他順序號(hào)雙擊顯示遙測(cè)量的文本框,監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)彈出該遙測(cè)量的詳細(xì)信息,如該遙測(cè)量的當(dāng)前值、上限值、下限值以及順序號(hào)等。這個(gè)功能是為了工作人員能快速查看遙測(cè)量的相關(guān)信息,例如當(dāng)工作人員要查看當(dāng)前發(fā)電機(jī)T1輸出電流值離上限值有多遠(yuǎn)時(shí),只需雙擊顯示發(fā)電機(jī)T1的電流的文本框,就會(huì)彈出顯示發(fā)電機(jī)T1輸出電流的當(dāng)前值、上限值、下限值以及順序號(hào)等信息的窗體,而且這個(gè)窗體比表格更簡(jiǎn)潔。2.6水電廠(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)表是水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)基本的功能。工作人員為了了解水電廠(chǎng)的的運(yùn)行情況,就必須要有這個(gè)水電廠(chǎng)在各個(gè)時(shí)期的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。數(shù)據(jù)報(bào)表就是用于保存系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)。本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表可以以超文本或文本的形式保存起來(lái),也可以立即送給打印機(jī)打印出來(lái)。2.7數(shù)據(jù)安全功能在水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中,保存歷史數(shù)據(jù)是一項(xiàng)十分重要的功能。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí),比如繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘,母線(xiàn)電壓越限等等,這些故障發(fā)生的時(shí)間是極短的,上傳數(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)生急劇的變化,工作人員來(lái)不及判斷故障原因。這樣就使得監(jiān)控系統(tǒng)必須具備保存歷史數(shù)據(jù)的功能,工作人員可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)判斷事故發(fā)生的原因,然后才能做出相關(guān)的操作。這也叫監(jiān)控系統(tǒng)的事故順序記錄(SOE)的功能。2.8系統(tǒng)運(yùn)行狀況的變化在水電廠(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中,工作人員必須了解系統(tǒng)的某些狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢(shì),這些狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢(shì)反應(yīng)了系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及系統(tǒng)的安全狀況。在本監(jiān)控系統(tǒng)中采用了曲線(xiàn)來(lái)描述狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢(shì),這樣更能直觀(guān)的反映變化。監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繪圖功能的方式為:監(jiān)控系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出數(shù)據(jù),根據(jù)所得數(shù)據(jù)在Picture控件上描點(diǎn),把這些點(diǎn)連在一起就得到了所要的曲線(xiàn)了。2.9誤操作的檢測(cè)水電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的遙控功能是實(shí)現(xiàn)斷路器的遠(yuǎn)方自動(dòng)合閘或跳閘,它是實(shí)現(xiàn)水電廠(chǎng)無(wú)人值班的一項(xiàng)重要指標(biāo),同時(shí)也大大提高了水電廠(chǎng)的綜合自動(dòng)化水平。在整個(gè)遙控過(guò)程中,監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)把操作人員的ID、要操作的斷路器代號(hào)、操作時(shí)間以及操作的結(jié)果等記錄到歷史文件中,如果發(fā)生誤操作,監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)找到發(fā)出誤操作命令的工作人員,該操作人員就應(yīng)該承擔(dān)相關(guān)的責(zé)任。其中的密碼對(duì)話(huà)框是為了設(shè)定遙控操作的權(quán)限,只有相關(guān)的技術(shù)人員才具備遙控操作的權(quán)力。確認(rèn)對(duì)話(huà)框是為了進(jìn)一步提醒操作人員即將進(jìn)行的遙控操作,保證遙控操作的安全性。返回對(duì)話(huà)框是為了提示遙控操作已經(jīng)順利進(jìn)行,相關(guān)的斷路器已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開(kāi)合操作。圖3表示遙控操作的過(guò)程。3實(shí)現(xiàn)大規(guī)模通信3.1位前遙測(cè)量數(shù)據(jù)位在串口通信程序設(shè)計(jì)前,必須先定義好下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的格式,這樣上位機(jī)才能正確處理上傳數(shù)據(jù)。遙信量的數(shù)據(jù)格式為:①信號(hào)標(biāo)志字節(jié)BB(指十六進(jìn)制數(shù),即187);②一個(gè)字節(jié)的開(kāi)關(guān)量,其中一位表示一個(gè)開(kāi)關(guān)量,0表示斷路器合閘,1表示斷路器跳閘。在本監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)遙測(cè)量有四個(gè)數(shù)據(jù)位。由于下位機(jī)中的數(shù)據(jù)采用ASCII碼表示的,即每個(gè)數(shù)據(jù)位要占用一個(gè)字節(jié),所以下位機(jī)發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)要用到四個(gè)字節(jié),再加上遙測(cè)量的信號(hào)標(biāo)志字節(jié)和順序號(hào)字節(jié),這樣每個(gè)遙測(cè)量為六個(gè)字節(jié),其數(shù)據(jù)格式為:①信號(hào)標(biāo)志字節(jié)AA(指十六進(jìn)制數(shù),即170);②遙測(cè)量順序號(hào)字節(jié);③遙測(cè)量第一個(gè)數(shù)據(jù)位字節(jié);④遙測(cè)量第二個(gè)數(shù)據(jù)位字節(jié);⑤遙測(cè)量第三個(gè)數(shù)據(jù)位字節(jié);⑥遙測(cè)量第四個(gè)數(shù)據(jù)位字節(jié)。3.2程序的組成3.2.1load酶使用n,8,2在主界面中加入通信控件,名稱(chēng)為Mscomm1,開(kāi)始時(shí)設(shè)置它的CommPort屬性為1,Settings屬性為“1200,n,8,2”,表示接收的波特率為1200bps,無(wú)奇偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)位為8位,兩位停止位。InputMode屬性設(shè)為“comInputModeBinary”,Rthreshold值設(shè)為200(字節(jié))。在主界面的load事件中設(shè)置Portopen屬性為T(mén)rue,即打開(kāi)串口;在主界面的Unload事件中設(shè)置Portopen屬性為Flase,即關(guān)閉串口。3.2.2和上位機(jī)“a”的比較實(shí)現(xiàn)通信的程序放在PrivateSubMscomm1_OnComm()過(guò)程中。從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)(200個(gè)字節(jié))后,然后從第一個(gè)字節(jié)開(kāi)始查找數(shù)據(jù)量標(biāo)志字節(jié),若為“187”(十六進(jìn)制為“BB”),表示接收到遙信量,“187”字節(jié)后面的一個(gè)字節(jié)為表示8位開(kāi)關(guān)量的遙信數(shù)據(jù);若為“170”(十六進(jìn)制為“AA”),表示接收到遙測(cè)量,“170”字節(jié)后的第一個(gè)字節(jié)表示該遙測(cè)量的順序號(hào),接下來(lái)的四個(gè)字節(jié)表示遙測(cè)量的四個(gè)數(shù)據(jù)位。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后,根據(jù)所約定的通信規(guī)約,對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。上位機(jī)在每次接收到遙信量后都會(huì)用一個(gè)全局變量保存起來(lái),當(dāng)上位機(jī)接收到下一個(gè)遙信量時(shí),就會(huì)把這個(gè)遙信量和變量異或,即求出這次的遙信量和上次的遙信量在那些位上發(fā)生了變化,由于遙信量的每一位都對(duì)應(yīng)著一個(gè)斷路器的狀態(tài),故上位機(jī)可以根據(jù)異或的結(jié)果得出到底是哪個(gè)斷路器動(dòng)作,接著修改數(shù)據(jù)庫(kù),并且改變斷路器在主界面上的顏色。上位機(jī)在接收到