摘 要：本文以“南昌500kV變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)”為例，介紹了采用組態(tài)軟件為平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真變電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與監(jiān)控功能。 Abstract:The objective of this paper is to summarize the examples on ‘Nanchang 500kV simulation training system for substation’ using industrial auto-control software to construct the supervisory control system of simulation substation. 關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件;Fix32;監(jiān)控系統(tǒng);變電站仿真 Key words:Industrial Auto-control software;Fix32;supervisory control system; substation simulation 一、引言 　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)的各種事故中，由于運(yùn)行人員的誤操作、誤判斷而造成貽誤的事故約占40 %?？梢?jiàn)，要保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高運(yùn)行人員的運(yùn)行素質(zhì)則是其中一個(gè)關(guān)鍵而基本的重要環(huán)節(jié)。變電站作為聯(lián)系發(fā)電廠和用戶(hù)的中間環(huán)節(jié)，發(fā)揮著變換和分配電能的作用，因此，變電站的安全運(yùn)行則對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全可靠地運(yùn)行具有重要的作用。其中按綜合自動(dòng)化要求設(shè)計(jì)的500 kV變電站，由于采用了當(dāng)前先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，從而對(duì)變電站運(yùn)行人員的素質(zhì)提出了更高的要求，因此開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)就顯得尤為重要。 二、變電站培訓(xùn)仿真模式 　　變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)有近10年的歷史，對(duì)于以運(yùn)行人員為培訓(xùn)對(duì)象的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)而言，目前國(guó)內(nèi)存在兩種類(lèi)型的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，（1）帶硬件盤(pán)臺(tái)與軟件仿真相結(jié)合的變電培訓(xùn)仿真模式。這種模式除用常規(guī)的計(jì)算機(jī)作為仿真系統(tǒng)核心外，一般均設(shè)置一個(gè)與實(shí)際變電站相似的主控制室，并按1: 1模擬各電壓等級(jí)的保護(hù)屏、控制屏、中央信號(hào)屏等。屏上的表計(jì)、控制開(kāi)關(guān)、紅綠燈、按鈕、光字牌等無(wú)論是外觀還是排列位置均與實(shí)際變電站相符。對(duì)保護(hù)壓板、按鈕、指示燈、信號(hào)掉牌等與變電站運(yùn)行人員有緊密聯(lián)系的設(shè)備按比例進(jìn)行縮小仿真。開(kāi)關(guān)、按鈕、壓板等操作狀態(tài)以及在各種運(yùn)行狀態(tài)下的表計(jì)指示、聲光信號(hào)、掉牌信號(hào)均由工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在控制屏上實(shí)時(shí)反映出來(lái)。操作正確將得到正確的結(jié)果，而操作錯(cuò)誤則會(huì)出現(xiàn)事故狀態(tài)，因此能非常真實(shí)逼真地反映出學(xué)員的運(yùn)行水平和事故處理能力，給培訓(xùn)人員留下深刻的印象，這是該仿真模式最大的優(yōu)點(diǎn)。但是缺點(diǎn)也是明顯的，系統(tǒng)硬件成本高，可靠性與可維護(hù)性較差。（2）純軟件的變電站培訓(xùn)仿真模式。這種模式完全是針對(duì)目前許多變電站按照綜合自動(dòng)化模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此上述模式傳統(tǒng)控制室中的保護(hù)屏、控制屏、中央信號(hào)屏等物理設(shè)備均被計(jì)算機(jī)監(jiān)控平臺(tái)所代替，所有監(jiān)控功能都通過(guò)MMI實(shí)現(xiàn)與培訓(xùn)人員的互動(dòng)。省去了大量硬件設(shè)備，大大提高了可靠性，并且有利于系統(tǒng)更新升級(jí)。如今越來(lái)越多的變電站按綜合自動(dòng)化模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合自動(dòng)化變電站與常規(guī)變電站最大的區(qū)別在于二次部分，在硬件和運(yùn)行維護(hù)環(huán)境上也存在很大區(qū)別。為了適應(yīng)這種形勢(shì)開(kāi)發(fā)綜合自動(dòng)化變電站的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。故本仿真系統(tǒng)500kV變電站仿真系統(tǒng)采用了第二種模式，并完全按照南昌500KV變電站監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行模擬仿真，選擇目前流行的工業(yè)組態(tài)軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。而其它電壓等級(jí)的仿真則采用了第一種模式，以適應(yīng)未采用變電站綜合自動(dòng)化設(shè)計(jì)模式的變電站運(yùn)行人員的仿真培訓(xùn)，其監(jiān)控平臺(tái)同樣采用組態(tài)軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 三、仿真系統(tǒng)的構(gòu)建 　　1、 系統(tǒng)總體架構(gòu) 　　系統(tǒng)采用了硬件模擬和軟件仿真相結(jié)合的方式,硬件模擬系統(tǒng)包括控制屏、模擬屏、保護(hù)柜、就地一次設(shè)備可操控微縮模型（開(kāi)關(guān)狀態(tài)可測(cè)控）及所用電系統(tǒng);軟件仿真則涵蓋了教練員臺(tái)、學(xué)員SCADA系統(tǒng)、調(diào)度仿真、微機(jī)繼電保護(hù)仿真、故障錄波、操作票專(zhuān)家系統(tǒng)、故障多媒體演示系統(tǒng)。全系統(tǒng)采用七臺(tái)工控機(jī)和八臺(tái)微機(jī)構(gòu)建了分布式的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng),并由一臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊控制與數(shù)據(jù)處理。如圖1所示： [align=center] 圖1：仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2、組態(tài)軟件FIX32在本仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用架構(gòu) 　　作為目前工控領(lǐng)域主流的工業(yè)自動(dòng)化軟件，F(xiàn)IX32集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身,包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件,提供一個(gè)友好的用戶(hù)界面,使用戶(hù)在不需要編什么代碼的情況下便可生成自己需要的應(yīng)用軟件。 　　FIX軟件的核心是數(shù)據(jù)庫(kù)，它是過(guò)程控制邏輯形成的一種控制策略的描述，用戶(hù)通過(guò)各組態(tài)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程，也就是控制策略實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，包括數(shù)據(jù)的采集、處理和輸出。Dra w是FIX提供的一個(gè)功能強(qiáng)大的圖形組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供豐富的作圖工具和圖符動(dòng)態(tài)集，可設(shè)計(jì)出非常漂亮的工業(yè)監(jiān)控畫(huà)面，并定義各顯示元件與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的連接，用以建立動(dòng)態(tài)監(jiān)控顯示畫(huà)面。而View則是FIX提供的一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)顯示環(huán)境，用以顯示由Dra w建立的圖形窗口。在本仿真系統(tǒng)中采用由第三方DDE程序、過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組成FIX32 DMACS軟件的數(shù)據(jù)采集和管理功能（SCADA），作為Vie w在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的后臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)。 　　（1） 第三方DDE接口：它是采用C/S（客戶(hù)/服務(wù)器模式）結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)雙向交換的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換接口。分別完成監(jiān)控畫(huà)面與系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與FIX過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。相關(guān)軟件技術(shù)的實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參閱本文參考文獻(xiàn)[1] 　?。?） 過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù):它是FIX32的核心。由流程控制邏輯回路組成。描述形式是塊（Block）和鏈（Chain）。一個(gè)塊是一組被編碼能實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)的控制指令。一個(gè)鏈?zhǔn)且淮B接在一起能創(chuàng)建控制回路的“塊”序列。在FIX32中可通過(guò)FIX32提供的數(shù)據(jù)庫(kù)建立程序功能模塊（Database Builder）來(lái)創(chuàng)建塊。用戶(hù)創(chuàng)建一個(gè)新的塊，需輸入塊名，規(guī)定塊接收值來(lái)源，塊輸出值去向，報(bào)警優(yōu)先權(quán)，對(duì)臨界值或一般數(shù)據(jù)值的改變?cè)鯓臃磻?yīng)等來(lái)完成一個(gè)塊的創(chuàng)建過(guò)程。然后，把創(chuàng)建的塊連接起來(lái)構(gòu)成鏈，每個(gè)鏈實(shí)現(xiàn)流程規(guī)定的操作。創(chuàng)建鏈之后，SAC程序就會(huì)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理每個(gè)塊里的指令。假如你想從輸入輸出設(shè)備讀數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后寫(xiě)回到該輸入輸出設(shè)備，則執(zhí)行這一策略的鏈可以是模擬輸入塊（AI）、計(jì)算塊（CA）一模擬輸出塊（AO）。 　　（3） 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)：采用共享內(nèi)存技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地通訊進(jìn)程（DDE）與服務(wù)器客戶(hù)端通訊程序間的數(shù)據(jù)交換。而服務(wù)器客戶(hù)端通訊程序則借助多線程通訊機(jī)制與服務(wù)器之間按照TCP/IP協(xié)議及穩(wěn)定的流式Socket聯(lián)接,完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交換，以獲取系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。具體請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[2] [align=center] 圖2：FIX32在本仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用架構(gòu)[/align] 　　3、監(jiān)控系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì) 　　傳統(tǒng)控制室中使用的控制屏被基于Fix平臺(tái)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)所代替。監(jiān)控計(jì)算機(jī)提供了許多與控制室相同的功能如：監(jiān)視、報(bào)警、控制及管理、監(jiān)督控制。 　　1）監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、模板技術(shù)及多任務(wù)技術(shù),改變了傳統(tǒng)的作圖方式,縮短了開(kāi)發(fā)周期。監(jiān)控系統(tǒng)由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面兩部分組成。通過(guò)它們及其各種組合可以清楚直觀地反映母線、變壓器、開(kāi)關(guān)、斷路器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。電壓、電流和功率等重要模擬量的顯示采用動(dòng)態(tài)文本,畫(huà)面數(shù)據(jù)根據(jù)庫(kù)標(biāo)簽數(shù)值的變化實(shí)時(shí)地刷新。 　　2） 歷史曲線顯示與任意時(shí)刻的數(shù)據(jù)查閱功能。FIX可以借助動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)按用戶(hù)設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣與保存，以保證隨時(shí)可以從歷史數(shù)據(jù)文件中提取出來(lái)進(jìn)行歷史趨勢(shì)曲線顯示，以便于培訓(xùn)人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)及事件進(jìn)行分析。此外用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要定義報(bào)表的輸出時(shí)間和輸出周期。歷史曲線可以反映出各模擬量的變化趨勢(shì),通過(guò)趨勢(shì)圖,操作員可以看出有功功率和無(wú)功功率的變化情況，并能夠查閱任意歷史時(shí)刻的電壓、有功、無(wú)功。 　　3）報(bào)警管理功能。報(bào)警管理功能會(huì)在出現(xiàn)故障時(shí)立刻彈出故障元件信號(hào)屏畫(huà)面，提醒操作人員并顯示故障信息,本系統(tǒng)直接利用Fix的報(bào)警功能,實(shí)現(xiàn)有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警及各種應(yīng)用報(bào)警。 　　4）系統(tǒng)安全管理功能。為了保證正常生產(chǎn)監(jiān)控的需要,防止誤操作造成生產(chǎn)停頓和大的經(jīng)濟(jì)損失,要明確操作人員的職責(zé)范圍，同時(shí)兼顧軟件本身的安全性，防止操作人員誤操作。對(duì)于操作人員的職責(zé)范圍，可以在設(shè)計(jì)監(jiān)控程序的時(shí)候通過(guò)ID號(hào)及密碼確認(rèn)設(shè)定操作者的操作權(quán)限。 　　5）繼電保護(hù) 　　該部分由教員臺(tái)提供故障啟動(dòng)與故障計(jì)算，學(xué)員監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)變電站繼電保護(hù)的電氣邏輯關(guān)系，將繼電保護(hù)的啟動(dòng)信號(hào)輸出至監(jiān)控畫(huà)面。 　　該系統(tǒng)仿真了微機(jī)與非微機(jī)不同型號(hào)的多種保護(hù)裝置在各種故障故障情況下動(dòng)作的狀態(tài)，其中，微機(jī)保護(hù)的仿真包括母線、主變與線路以及電容電抗器等不同型號(hào)保護(hù)裝置，在仿真結(jié)構(gòu)方面，繼電保護(hù)仿真采用了“黑箱”模式，在“黑箱”內(nèi)按照不同的保護(hù)類(lèi)型和不同的保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行仿真。在“黑箱”輸入端分別輸入啟動(dòng)信號(hào)和控制信號(hào)。啟動(dòng)信號(hào)主要包括短路電流或短路電壓信號(hào)和邏輯啟動(dòng)信號(hào);控制信號(hào)則包括二次回路中的直流控制信號(hào)、保護(hù)閉鎖信號(hào)、保護(hù)拒動(dòng)信號(hào)等。啟動(dòng)信號(hào)與控制信號(hào)按照邏輯與的關(guān)系，在控制電源消失或保護(hù)回路閉鎖時(shí)保護(hù)模塊不能正常觸發(fā)或動(dòng)作輸出。與定值啟動(dòng)信號(hào)不同，邏輯啟動(dòng)信號(hào)針對(duì)某種特定的故障，如二次回路故障、變壓器瓦斯故障、系統(tǒng)振蕩等，它們沒(méi)有系統(tǒng)確定的時(shí)間定值和保護(hù)定值，故障信號(hào)完全采用純邏輯啟動(dòng)信號(hào)，根據(jù)它的邏輯回路進(jìn)行保護(hù)的判斷和輸出，其輸出的各種控制信號(hào)被分類(lèi)整理，開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、表計(jì)信號(hào)、保護(hù)發(fā)信信號(hào)以及事故音響等信號(hào)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，再借助DDE接口送入FIX的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，最終動(dòng)態(tài)刷新基于FIX監(jiān)控平臺(tái)的繼電保護(hù)仿真界面中的相關(guān)光字牌及信號(hào)燈，學(xué)員通過(guò)與真實(shí)保護(hù)設(shè)備一致的操作界面，完成故障情況下保護(hù)動(dòng)作的啟動(dòng)信息的調(diào)閱。此外，學(xué)員可以通過(guò)與真實(shí)保護(hù)設(shè)備一致的操作界面設(shè)置保護(hù)的控制字，通過(guò)DDE接口和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)將保護(hù)控制信號(hào)送至繼保仿真邏輯輸入端。 [align=center] 圖3：繼電保護(hù)仿真[/align] 結(jié)束語(yǔ) 　　系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明, Fix在設(shè)計(jì)思想上的開(kāi)放性,使得用戶(hù)可以設(shè)計(jì)使用靈活、編輯簡(jiǎn)便、畫(huà)面質(zhì)量和表現(xiàn)形式豐富多樣的監(jiān)控系統(tǒng)。采用組態(tài)軟件Fix所提供的諸如模板、圖庫(kù)以及向?qū)У裙δ芸梢允褂脩?hù)組態(tài)系統(tǒng)所需的時(shí)間縮短,同時(shí)使系統(tǒng)功能得到增強(qiáng)。用戶(hù)可以針對(duì)不同變電站的實(shí)際情況快速搭建基于Fix的仿真變電站監(jiān)控系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn)： 　　1、時(shí) 斌 周建華 學(xué)員SCADA終端與仿真培訓(xùn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊《電工技術(shù)雜志》[J]2004年 第4期 　　2、周建華 變電站仿真系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)通訊應(yīng)用研究《電工技術(shù)雜志》[J] 2002年 第1期