应用组态王开发变电站实时监控系统

张 征 陈 琦 饶 攀

（华东交通大学电气与电子工程学院，江西 南昌 330013）

应用组态王开发变电站实时监控系统

张 征 陈 琦 饶 攀

（华东交通大学电气与电子工程学院，江西 南昌 330013）

针对“无人值班，少人值守”的变电站发展趋势，采用组态王电力版（6.53）软件开发设计，通过上位机与下位机的数据实时传输，实现人机界面友好，运行可靠的监控系统。此监控系统不仅实现遥调、遥测、遥控、遥信的“四遥”基本功能，而且可以实现曲线、报警、打印、数据库管理等功能，可应用于变电站和电力企业的实时监控。

变电站；组态王；监控系统

（一）前言

由于计算机技术、通信技术和自动化技术的提升，变电站自动化技术得到了迅速发展，它不仅提高了变电站的安全与经济运行水平，降低变电站造价，而且正逐步实行“无人值班，少人值守”。变电站自动化和无人值班是电力工业随着科学技术的发展而产生的新型的变电站运行方式，它实现的前提是电力系统的运行和管理水平的提高，但高成本，自主开发实时监控系统此时呈现出很大的优势。

组态软件可以满足用户的自主开发，系统拥有大量控制设备和过程监控装置间的通讯I/O接口设备，不需要单独进行具体电路设计，用户也不需要掌握太多的编程语言技术，这不仅大大缩短开发周期，更提高了系统的可靠性，使用户把更多注意力集中在如何设计最优系统结构上。

此次开发，我们采用了北京亚控公司推出的组态王电力版（6.53）进行变电站实时监控系统上位机软件的组态工作，来实现变电站各种数据的采集、处理和记录及报警、打印各种棒图等。

（二）系统总体设计思路与理论依据

变电站实时监控系统主要功能是将现场数据、信号实时采集入计算机，进行实时显示，并能够在线切换设备的运行状态，打印报表和历史或实时曲线，进行监控系统的界面设计和数据显示动画连接，实现遥测、遥调、遥信和遥控，开发出一个能够良好运行的小型变电站实时监控系统。

变电站实时监控系统采用分层分布式网络结构形式，系统结构包括人机系统、控制中心和通道与RTU。

图1 变电站监控系统结构图

组态王提供多种数据采集程序，配置相应的通信驱动程序，使用串口RS-232或RS-485将数据传送到控制中心的主计算机，不同的硬件设施就可以运用组态王构成一个完整的系统，并可以根据需要进行相应的配置，如可以选择COM2作为连接硬件设备的串行接口，进线安装设备的地址配置，通信参数的设定。

（三）监控系统结构

变电站实时监控系统主要由上位机和下位机组成，上位机和下位机之间通过电缆利用串行接口实现数据传输。上位机由软件和硬件组成，主要功能是向下位机读取或写入数据，生成各种曲线和完成一些操作；下位机通过电缆与上位机进行通信，主要负责各种数据的采集并保存在寄存器中，包括各段母线电压、电流，有功功率、无功功率，频率、相位，隔离开关与断路器的状态，继电保护动作信号、运行告警信号，有功电能、无功电能等。

由于上位机串口要与多个I/O设备相连，可以将RS-232转化为RS-485，再经一次RS-485到RS-232的转化，实现一个计算机串口与多个I/O设备连接。

（四）监控系统的开发

选用组态王电力版（6.53）软件。组态王是运行于Microsoft Windows中文平台的全中文界面的组态软件，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好的特点，采用了多线程、COM组件等新技术，可以实现实时多任务。并且软件运行稳定可靠，使开发的系统更有通用性，减少了开发者的重复性工作，便于进行二次开发。

1.系统开发的难点

（1）系统实时数据库

实时数据库是组态王开发软件的核心，在建立合理的实时数据库之前必须对整个变电站的构成有充分的了解，明确监控要求和技术要求等。数据对象是构成实时数据库的基本单元，有开关型、数值型、字符型、事件型、组对象和内部数据对象等六种类型，它反映了监控对象的各种属性，比如断路器和隔离开关的开关状态、馈出线的电流电压功率、系统运行时间、保护动作顺序记录等。

（2）系统硬件及其通讯参数

针对不同硬件，系统必须测量不同数值和类型的数据，上位机与下位机通过电缆利用串行接口实现的数据传输前提是设定硬件类型、地址和参数。

2.监控系统主界面设计

在确定系统实时数据库后，要将相应的数据对象反映到人机界面中。

本监控系统主界面如图2所示。

图2 监控系统主界面

主界面中设计了一套单母线分段式主接线、升降压按钮、时钟显示、报警指示灯、用户登录界面、以及与各种曲线动态连接的命令按钮等。通过友好的主界面，用户与控制中心主计算机系统之间通信可以通过人机界面实现，可以在人机界面上完成设定参数、报警、报表打印、实时或历史曲线在线显示、SOE测试等操作。此外，主界面还可以实时显示主变A、B、C三相的线电压、相电流、有功功率和无功功率等。

画面的命令语言包括：应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言和自定义函数命令语言。应用程序命令语言主要用于系统的初始化、系统退出时的处理以及常规程序处理。组态王工程管理器中，选择菜单“文件命令语言应用程序命令语言”，在目录内容显示区单击“新建”，将出现应用程序命令语言对话框。

\本站点年=\本站点$年；

\本站点月=\本站点$月；

\本站点日=\本站点$日；

\本站点日期标志=1；

SQLConnect(DeviceID,”dsn=bdz;uid=;pwd=”);

停止时的命令语言：

SQLConnect(DeviceID)

自定义函数命令语言可以实现当组态王提供的各种函数不能满足工程的需要时，通过自定义语言自定义各种类型的函数。为了满足本系统的特殊需要，在设置时期选择控件时，需要定义无返回类型的年月日。

年=ADate4.Year;

月=ADate4.Month;

日=ADate4.Day;

\本站点日期标志=1；

3.监控系统数据库定义

数据库是组态工程的数据交换和数据处理中心，是数据处理的核心，它既通过下位机对数据实时监控，又支持这些数据进行曲线生成。数据库定义包括变量名、变量类型、初始值、数值范围、连接设备、寄存器和报警组。

本系统要实现变电站不同设备不同参数的显示与采集，现场状况要以动画的形式在主界面上显示，操作人员对整个系统的监控等都是以实时数据库为中心，因此对于不同参数，变量名最好与采集的参数名相一致。

4.监控系统报警窗口设计

针对下位机采集的数据类型，本系统报警窗口有两种：一种是遥信报警，用于监测断路器、隔离开关、变压器、继电保护装置等仪器的状态；另一种是遥测报警，主要用于监测各段母线、电容器、馈线的电压电流，主变的油温、直流电源电压、站用变压器电压等。通过这些报警窗口，用户可以方便的监视和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。

当报警事件发生时，组态王把这些事件存于内存中的缓冲区中，并以先进先出的队列形式存储；当缓冲区达到一定数目或记录定时时间到时，系统会自动将报警和事件信息写到报警存储文件、打印机或数据库中，报警在报警窗口中会按照设置的过滤条件实时显示出来。

5.监控系统曲线设计

变电站时间监控系统曲线包括实时趋势曲线和历史趋势曲线，通过不同曲线的变化情况可以对站内进行实时监控和了解数据的历史变化情况。实时趋势曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，实时记录数据对象值的变化情况。

实时趋势曲线用绝对时间为横轴标度，构件显示的是数据对象的值与时间的函数关系；历史趋势曲线的功能是实现历史数据的曲线浏览。运行时，历史曲线能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图，对于历史数据的变化有一个很好的体现和描述。

图3 实时趋势曲线与历史趋势曲线

设计中，在实时趋势曲线和历史趋势曲线窗口绘制四条曲线并可通过曲线颜色的变化加以区分，分别代表数据对象：电压、电流，有功和无功。选择“绝对时钟实时（或历史）趋势曲线”作为横坐标的标度，显示各数据对象随时间的变化曲线。

6.监控系统报表打印设计

数据报表反映变电站实时监控系统中的数据、状态等，是对数据进行记录的一种重要形式，是设计过程不可缺少的一个部分。

本系统报表打印模块设计包括实时报表和日报表。实时报表以秒为单位对变电站采集的数据进行记录，反映系统实时的工作情况；日报表记录每天从00:00到24:00的数据变化情况，并设定每天00:01系统自动打印出日报表，进行统计分析，使操作人员能够实时掌握和分析生产情况。

（五）系统意义

本系统运用组态王电力版（6.53）软件实现上位机监控系统界面友好，运行稳定，大大缩短开发周期和变电站劳动强度，提高了系统的可靠性，可应用于变电站和电力企业的实时监控，其核心在于下位机进行现场实时数据采集，并利用串行接口传输至上位机构成数据库。随着新型变电站运行方式的普及，本系统为实现“无人值班，少人值守”提供了可靠的基础，获得满意的实践效果，具有工程实际推广价值。

[1] 组态王6.53使用手册[K].北京:亚控科技发展有限公司,2006.

[2] 张桂英.应用组态王开发企业电力监控系统[J].河北煤炭,2004(5):42-43.

[3] 黎昕,马雪梅,余志刚,等.组态王6.0电力版在水电站的应用[J].东北水利水电,2004(9):11-12.

[4] 李月芳.基于PLC与组态王的模拟锅炉温度控制系统[J].工业控制计算机,2008(12):18-19.

TM63

A

1008-1151(2010)04-0125-02

2010-01-20

张征（1986－），男，江西余干人，华东交通大学电气与电子工程学院在读硕士生，研究方向为自动发电控制策略；陈琦（1984－），男，福建福州人，华东交通大学电气与电子工程学院在读硕士生。