繼電保護測試裝置是在運行前和檢修期間對繼電保護裝置進行檢查的重要設備，它對盡早檢測出保護裝置的故障、保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行有著重要的意義。雖然繼電保護測試軟件如今已達到實用水平，但是軟件在體系結構和設計思想上還存在許多不足：(1)軟件對應用環(huán)境的適用性差，代碼在不同應用環(huán)境間很難共享：(2)在軟件交付前，客戶很難清楚完整的需求。

近年來出現(xiàn)了基于組件的繼電保護測試軟件平臺的設計思想，此種設計將多態(tài)和程控源，兩種基本測試類型封裝成組件，其它測試類型通過調用該組件來完成測試。雖然此種方法便于維護，但它不能完全覆蓋所有測試類型。

本文所提出的繼電保護測試的組態(tài)軟件，就是將組態(tài)思想、組件技術及軟件平臺相結合，運用到繼電保護測試軟件框架的設計中。

組態(tài)的概念是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按預先設置，自動執(zhí)行任務，滿足使用者要求的目的。組態(tài)軟件是一種控制系統(tǒng)開發(fā)工具，用戶只需要根據(jù)應用對象和控制任務的要求，利用組態(tài)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，就可以得到所需的軟件功能。它為用戶提供一種界面操作簡便直觀、直接面向最終用戶、包含大量系統(tǒng)和可復用軟件構件的組態(tài)工具軟件，使不熟悉軟件開發(fā)過程卻了解業(yè)務流程的技服人員(或用戶)，無需代碼編程，直接使用該工具軟件，通過對功能構件的組裝集成來實現(xiàn)應用系統(tǒng)。這種繼電保護測試軟件以功能組態(tài)的方式實現(xiàn)目標應用系統(tǒng)，是一個支持構件復用的集成開發(fā)支撐環(huán)境。

1組態(tài)軟件的特點

(1)實時多任務

實時多任務性是工控組態(tài)軟件的重要特點。在實際工業(yè)控制中，同一臺計算機往往需要同時進行實時數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、檢索、管理、輸出，算法的調用，實現(xiàn)圖形、圖表的顯示，報警輸出，實時通信等多個任務。

(2)接口開放

在實際應用中，用戶可以很方便地用vB或vC++等編程工具自行編制或定制所需的設備構件，裝入設備工具箱，不斷充實設備工具箱。

(3)系統(tǒng)安全

工控組態(tài)軟件提供了一套完善的安全機制。用戶能夠自由組態(tài)控制菜單、按鈕和退出系統(tǒng)的操作權限，只允許有操作權限的操作員對某些功能進行操作。

(4)系統(tǒng)組態(tài)靈活、通用性強

在系統(tǒng)配置方面，本平臺系統(tǒng)都采用組態(tài)方式，大大的提高了系統(tǒng)的通用性。

2繼電保護測試裝置工作原理

繼電保護測試系統(tǒng)一般由上位機和下位機構成。上層由PC機進行控制和管理，通過串口或USB口與下位機通信，傳送控制命令、數(shù)據(jù)以及測試儀的反饋信息。下位機由DSP根據(jù)上位機的指令進行實時運算，其產(chǎn)生的數(shù)值信號經(jīng)D/A轉換和功率放大后輸出四路電壓和三路電流到被測保護裝置。同時將保護的動作狀態(tài)、測試儀的運行情況以及電壓電流輸出端口的采樣值傳回給PC機，以實現(xiàn)繼電保護的測試。繼電保護測試軟件控制繼電保護裝置發(fā)送模擬量來完成測試，通過控制模擬量的變化可以實現(xiàn)各種不同故障模型，達到對多種保護進行測試的目的，并將結果以報告或圖表方式打印。

3基于組態(tài)平臺的設計

3.1軟件系統(tǒng)的邏輯模型

用戶在組態(tài)平臺上完成各種組態(tài)操作，在生成并啟動系統(tǒng)后，下位機便充當現(xiàn)場站，不斷地實時采集、整理數(shù)據(jù)，并激活通訊系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)傳送給上位機。上位機一方面實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理，將求解的控制結果實時送往下位機;另一方面也可將這些數(shù)據(jù)以各種圖表的形式直觀地顯示給用戶。當生成、運行測試過程時，系統(tǒng)一方面充當仿真終端，不斷地在后臺實時采集、整理數(shù)據(jù)，另一方面在前臺實時地實現(xiàn)監(jiān)控功能。

由于不同廠家的繼電保護設備的接口驅動程序不同，系統(tǒng)設計時定義了各類I/0接口交換數(shù)據(jù)的標準緩沖區(qū)，只要不同類型的i/0接口的驅動程序加載至組態(tài)系統(tǒng)時，按定義好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存放數(shù)據(jù)就可與組態(tài)系統(tǒng)聯(lián)接。

3.2組態(tài)軟件的框架設計

組態(tài)平臺采用三層體系結構，基于組態(tài)的三層分布式應用體系結構適合于業(yè)務邏輯經(jīng)常變化的大型應用系統(tǒng)的開發(fā)。在這種三層式模型中，應用層、事務層和數(shù)據(jù)存儲層在邏輯上都是彼此分離的。各層功能說明如下：

(1)應用層(編輯測試界面)主要負責與測試。

用戶進行交互。當用戶提出具體的測試要求時，組態(tài)工程師就調用組態(tài)工具編輯測試界面，確定測試流程，同時會向中間組件層發(fā)出調用對應組件的請求。應用層將具體的測試要求(數(shù)據(jù))下發(fā)給中間組件，并接收中間組件反饋回來的測試結果信息。

(2)中間組件層(事務層)由具體的測試組件構成。

當用戶確定測試流程后，會下發(fā)調用組件請求，中間組件層積極響應這一請求，安排所要求的組件用于支撐整個測試流程。主要負責響應上層所下發(fā)的測試要求，通過COM通訊pJ與應用層建立連接，它與應用層是相對獨立的。當應用層提出一個測試請求時，中間組件層獲取上層測試數(shù)據(jù)，并對獲得的數(shù)據(jù)實施相應的處理，將處理后的數(shù)據(jù)下發(fā)給測試儀，測試儀將測試結果反饋回來，最終反饋給應用層。

(3)數(shù)據(jù)存儲層是整個應用程序的數(shù)據(jù)源，負責維護、更新和管理數(shù)據(jù)。

主要是對輸入電流、電壓、開入量和開出量等繼電保護測試元素以及輸出結果進行存儲，以便對系統(tǒng)進行實時的數(shù)據(jù)更新。一般使用數(shù)據(jù)庫來進行數(shù)據(jù)的管理。

3.3組態(tài)系統(tǒng)的結構設計

從總體結構上講，組態(tài)軟件一般都是由系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境(或稱組態(tài)環(huán)境)和系統(tǒng)運行環(huán)境兩大部分構成。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是組態(tài)工程師為實施其設計方案，在組態(tài)軟件的支持下進行應用程序的系統(tǒng)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(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標應用系統(tǒng)，既組態(tài)結果，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)運行環(huán)境將目標應用程序裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。系統(tǒng)運行環(huán)境根據(jù)測試畫面上圖元的動畫連接實時更新圖形畫面，將現(xiàn)場測試運行狀況以組態(tài)圖形的方式顯示出來。有些組態(tài)軟件雖然系統(tǒng)組成上包含多種部件，但就其功能結構來說均可以認為是組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境的統(tǒng)合。維系組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境的紐帶是實時數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境主要分為兩個模塊：測試界面構建模塊和試驗測試模塊。測試界面構建模塊主要負責提供開發(fā)平臺給開發(fā)人員使用，主要完成構建測試模板的功能。測試模塊主要是實現(xiàn)提供給用戶完成測試的功能，根據(jù)平臺構建模塊所產(chǎn)生的測試模板生成測試界面并完成測試流程。

3.3.1測試界面構建模塊

測試界面構建模塊主要是用來完成構建測試方案(即測試流程)的功能，其使用者為繼電保護測試企業(yè)中的組態(tài)工程師、客戶服務人員以及經(jīng)過培訓的客戶。此模塊通過調用組態(tài)平臺的圖形工具來完成界面的設計，同時指定需要調用的測試組件。設計結束后將各圖形元素的ID號、大小、位置和測試組件的ID進行存儲，提供給測試模塊使用。該模塊的基本結構如圖3所示。

測試界面構建模塊包含電流、電壓、開入量和開出量等繼電保護測試元素(數(shù)據(jù))。使用者可以通過拖拉和編輯界面上的繼電保護圖形界面元素用以編輯測試流程，編輯完成后，軟件將測試方案(流程)保存在數(shù)據(jù)庫中。這個功能中所保存的數(shù)據(jù)描述了使用者對于測試界面和測試過程的個性化定制。

測試界面構建模塊為使用者提供一些測試的圖形界面元素、一個編輯區(qū)和一個生成方案按鈕。使用者能把圖形界面元素拖放入編輯區(qū)，并編輯這些元素的位置和參數(shù)，也可以從編輯區(qū)刪除已存在的元素。當生成方案按鈕被按下時，平臺就會將編輯區(qū)的測試界面元素信息轉化成測試界面信息和測試過程控制信息，并將這些信息(即測試流程)保存到文件中。使用者也可以讀取并編輯已存在的測試流程。

3.3.2測試模塊

測試模塊主要是提供給客戶使用，用于完成測試。用戶首先從數(shù)據(jù)庫讀取平臺構建模塊的界面數(shù)據(jù)，根據(jù)界面ID和創(chuàng)建界面的信息動態(tài)生成測試界面，然后測試界面再根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的組件ID來調用相應測試組件來完成試驗，最后通過打印組態(tài)生成測試報告。該模塊基本結構如圖4所示。

測試模塊的功能：讀取數(shù)據(jù)庫中的測試流程(測試方案)，以生成用戶個性化定制的界面和測試過程CONTROLENGINEERINGChina版權所有，并提供生成測試報告的功能。用戶輸入測試數(shù)據(jù)并開始測試，軟件平臺按照個性化定制的測試過程完成測試試驗，并將測試結果返回。最后根據(jù)測試方案(流程)和測試結果，產(chǎn)生測試報告提交給用戶。此模塊主要實現(xiàn)讀取現(xiàn)有的測試方案(流程)、產(chǎn)生測試界面并接收客戶的測試數(shù)據(jù)輸入、根據(jù)測試方案控制測試過程、向DSP發(fā)送命令控制繼保儀工作并獲得測試結果、根據(jù)測試方案生成測試報告。

3.4組態(tài)系統(tǒng)的功能劃分

該組態(tài)平臺設計的最終目標是一個集數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理于一體的大型綜合軟件，它應能完成圖5所示的功能。

3.4.1通訊組態(tài)

本系統(tǒng)采用串行通訊協(xié)議包括RS-232、PCI04和USB三種協(xié)議。通訊組態(tài)應是最先進行組態(tài)的內(nèi)容。它主要是完成用戶對上、下位機的通訊(與DSP通訊)功能，并通過向DSP發(fā)送各種命令和參數(shù)來完成不同的測試。

3.4.2變量組態(tài)

變量組態(tài)是指用戶按實際測試需要(用于模擬故障發(fā)生等狀態(tài))，輸入電流、電壓、開入量和開出量等繼電保護測試元素。要求變量組態(tài)結束以后能夠生成一張變量表存儲上述的各種信息。這張變量表是以后各種組態(tài)的基礎，也是運行系統(tǒng)運行時的基礎，要求變量及其變量結構有嚴格的一致性。這就要求一個組態(tài)變量文件必須對應于某一特定的測試過程，即某一測試過程的圖形組態(tài)文件要與變量文件嚴格對應;另外，盡管各采樣點的信息千差萬別，但變量的數(shù)據(jù)結構必須保持嚴格統(tǒng)一。

3.4.3圖形組態(tài)

圖形組態(tài)主要用來根據(jù)變量組態(tài)的內(nèi)容繪制測試流程圖，產(chǎn)生流程文件及相關變量位置的文件。組態(tài)工程師通過圖形構建測試界面。

3.4.4打印組態(tài)

組態(tài)系統(tǒng)生成多種文件，打印組態(tài)的功能就是將這些組態(tài)文件及控制狀況從打印終端設備上輸出，并根據(jù)不同的生產(chǎn)對象的要求輸出生產(chǎn)報表等。但由于各種組態(tài)文件格式、內(nèi)容各不相同，系統(tǒng)設計時對其分門別類地進行了處理。

3.4.5系統(tǒng)生成

在經(jīng)過變量組態(tài)、控制組態(tài)、圖形組態(tài)后控制工程網(wǎng)版權所有，用戶已向計算機描述完了特定的現(xiàn)場的信息，并提出了自己的要求。此時，在計算機中已經(jīng)建立起了一個有關測試流程的邏輯模型。但這并不是所希望的最終目的，用戶所希望得到的是由系統(tǒng)生成的可以正式運行的測試系統(tǒng)。

系統(tǒng)生成完成的任務就是讀取計算機內(nèi)部有關測試流程的描述，按照用戶的要求，鏈接組態(tài)系統(tǒng)提供的功能模塊，最終生成一個符合用戶要求的、針對特定測試類型的系統(tǒng)。

4結束語

本文提出一種新的繼電保護測試軟件設計方法，將組態(tài)軟件的設計思路引入到繼電保護測試軟件的設計和開發(fā)中，期望設計出繼電保護測試軟件平臺。主要通過組態(tài)平臺思想解決，需求改變時不需要修改底層的DSP程序，動態(tài)地修改上位機內(nèi)的組件即可完成功能。