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基于FIX平台电厂电气监控系统的开发

--张玉艳 李冬华

供稿:GE 自动化&控制 2002/9/28 14:03:00

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【摘要】本文介绍了Fix工业组态软件的概况、功能,以及以电厂电气监控系统的设计为背景,详细介绍了Fix的具体应用及其应用效果。
关键词: Fix、监控系统、应用效果
1. 引言
随着工业自动化技术的飞速发展,人们对自动化监控系统,特别是对监控软件的要求越来越高,如要求界面友好易于操作,图形丰富形象,实时性好,开发周期短,便于更改、扩充、升级等等。故采用以往那种从计算机语言入手去开发规模较大的组态软件的方法就显得太慢,不仅费时、费力、开发周期长,通用性差,可说是事倍功半。于是一些软件商推出了各种工业控制软件包,如众所周知的Intouch、Fix、Citect、Rsview、Wincc、组态王等。其中Fix是近年来深受用户喜爱的软件包之一,它成功的应用于电力、化工、交通、机械、输油等过程控制领域[1]。本文以电厂电气监控系统的开发为例,详细介绍 Fix在具体工程中的应用。
2. Fix简介
2.1 Fix概述
FIX工控组态软件是由美国Intellution公司开发的基于Windows95&NT的大型应用软件,它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身,包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件,提供一个友好的用户界面,使用户在不需要编什么代码的情况下便可生成自己需要的应用软件。FIX软件通过一个叫I/O驱动器的软件接口同现场以存在的I/O设备进行数据交换。Intellution提供多种I/O驱动器,支持通用和特殊的I/O设备。
2.2 Fix功能
(1)基本功能
n 数据采集
数据采集是指从设备底层获得数据并将它们转化为可用数据形式的能力。数据同样可以写入底层设备,从而确立了控制和应用软件需要的双向连接。
n 数据管理
一旦数据已经得到,将根据软件应用的需要对它们进行处理、引导,这个过程被称为数据管理。
n 数据集成
完全的数据集成处于所有Intellution软件的核心地位,它是FIX开发哲学的固有部分。
(2)MMI和SCADA功能
传统的控制室使用的操作面板被运行FIX软件的计算机和图形显示器所代替。计算机提供了许多与控制室同样的功能,包括:监视、报警、控制及管理、监督控制
(3)报表功能
FIX具有创建报表和处理信息的能力。系统中任何数据点都能以操作员规定的刷新率采样并保存在数据文件中。
(4)开发式结构功能
FIX 提供了一套Visual BASIC,C,C++语言函数,可以对系统中任意数据点进行读写访问。FIX系统的开放式结构为工程师编写程序解决特殊的自动化问题提供了方便。FIX的功能结构示意图如图1所示。
3. 清河电厂监控系统的开发
清河发电厂现有四台二十万千瓦的发电机组和四台十万千瓦的发电机组以及一台十万千瓦的战备发电机组。其中1-4号十万千瓦机组在1993年完成弱电改造工程,经过近十年的运行,上位机已经无法适应当前的需要,主要体现在以下几个方面:
1. 模拟量的数据采集器由于板卡的老化,多次出现问题,现已停止工作;
2. 原上位机监控系统使用DOS 3.3操作系统,与现在流行的Windows操作系统相比在人机接口上存在先天不足;
3. 原上位机监控软件使用Turbo C语言应用基于过程的编程技术不利于监控系统的修改、扩充。监控画面已出现个别错误,不能正确反映发电机的运行状态;
因而,为了改善上述情况顺应电厂现代化管理的发展趋势,对清河发电厂1-4号十万千瓦机组上位机监控系统进行改造势在必行。
3.1 监控系统硬件配置
清河发电厂1-4号机组电气系统计算机监控系统的硬件配置选用了具有较高的可靠性和易维护性的设备。根据上位机监控系统的具体配置如下:ADVANTECH PII400工业控制计算机(64M内存,6.4G硬盘)一台;14块ADAM4017数据采集器;1块ADAM4520转换器;3块稳压电压;一个光电隔离箱(包括四块光电隔离板);一块SOE功能电路板;一个多串口卡;四台OMRON C2000H PLC;一个AL004 LINK适配器;三个AL001 LINK适配器。
3.2 监控系统结构
清河发电厂十万千瓦机组计算机监控系统的结构框图如图2所示。其中14块ADAM4017模拟量采集器将采集的数据经RS485总线传递至ADAM4520,由它转换为RS232通过COM1串口进入上位机。四台PLC除了进行四台机组的逻辑控制外,通过LINK适配器连接形成了网络,并将保护信号和开关位置信号经COM2串口送入上位机,由上位机负责监控。SOE功能电路板同样通过RS232与上位机通信,由于工控机的两个串口都被占用,所以使用了多串口卡扩展了串口。
3.3 监控系统设计
3.3.1画面设计
清晰、美观的画面为操作人员监视生产设备的运转状态提供了生动简洁的人机交互能力。FIX平台下监控画面的设计采用了面向对象的技术、模板技术及多任务技术,改变了传统的作图方式,缩短了开发周期。
清河电厂1-4号发电机组上位机监控系统的画面由静态和动态画面两部分组成。静态画面一般反映系统中主要设备的配置情况。动态画面则反映设备和系统的实时运行情况。通过它们及其各种组合可以清楚直观的反映了四台机组,母线,变压器,开关等设备的运行情况。1-4号机组的系统工况图和励磁图请参见图3-6。电压,电流和功率等重要模拟量的显示使用动态文本,画面的数字根据库标签数值的变化不断地刷新。参见图7。

图1
图1 FIX的功能结构示意图

图2
图2 清河发电厂1-4号十万千瓦机组计算机

3.3.2监控系统功能设计
为了更好地实现清河电厂生产过程的优化运行管理,进行了下列功能的开发:数据采集、数据报表生成功能、趋势曲线显示功能、报警管理功能、系统安全功能及与Mis系统互联。
(1)数据采集
任何工业自动化软件要做的第一件事都是从生产过程中获得原始数据。清河发电厂十万千瓦机组电气系统的监控系统的数据从三个渠道进入上位机:模拟量数据通过ADAM4017数据采集器经ADAM4520汇总进入上位机;四台机组的开关位置信号和保护信号,从下位机(四台OMRON PLC)进入上位机记录开关跳合闸顺序结果的数据通过MOXA多串口卡的COM4口进入上位机。
(2) 数据报表生成功能
利用动态数据交换(DDE)技术和历史数据链接技术(ReportValuelink)把FIX的开放式结构和Microsoft Excel强大的报表功能结合起来,形成格式灵活、界面美观的报表。此外用户可以根据自己的需要定义报表的输出时间和输出周期。
(3)趋势曲线显示功能
趋势曲线用来显示各模拟量值的变化趋势,通过趋势图操作员可以看出有功功率和无功功率的变化情况,从而,预测发电机的运行效率。
(4)报警管理功能
报警管理功能会在出现故障时提醒操作人员并显示故障信息,本系统直接利用Fix的报警功能,实现有关的现场报警及各种应用报警。
(5)系统安全管理功能
为了保证正常生产监控的需要,防止误操作造成生产停顿和大的经济损失,要明确操作人员的职责范围,同时兼顾软件本身的安全性,防止操作人员误修改源程序。对于操作人员的职责范围,可以在设计监控程序的时候分配不同的权限给不同的操作者,保证各级控制命令的准确发送。
(6)与Mis系统互联
监控系统和Mis接口的主要功能为完成生产自动化网络向管理信息网络安全传送生产信息的功能。一方面自动化网络向管理信息网络提供生产实时信息如发电机组的状态、线路状态等信息,另一方面向管理信息系统提供生产的历史数据查询,如电厂定时报表记录,故障和事故报警记录,操作记录等等。
3.3.3监控系统应用效果
监控系统自投入运行以来,一直安全可靠的运行,数据反映准确,系统功能齐备,操作方便快捷。体现在以下几方面:
(1) 上位机监控画面完备,利用静态、动态图形,结合动态文本使画面清晰美观;有效的对机组及厂用电情况进行监视。如图3所示。
(2) 报警功能齐备,处理能力强。极大地方便了报警处理和故障分析工作。
(3) 监控系统反映模拟量的趋势图,能直观的重现被检测量过程数据的过去和现在。如图4所示。
(4) 使用灵活的报表在实际运行中更体现了其优越性,为厂方提供了调整生产的重要依据。如图5所示。
图3:1-2号发动机组的励磁图
图3:1-2号发动机组的励磁图

图4:功率趋势
图4:功率趋势

图5:当前报表
图5:当前报表

4、结束语
实际应用证明,. 由Fix所提供的一些功能诸如模板,图库以及向导可以使用户组态系统所需的时间缩短,同时使系统功能得到增强。用户可以为任何一种工业应用组建基于Fix的监控系统。Fix在设计思想上的开放性,使得用户可以设计使用灵活、编辑简便、画面质量和表现形式丰富多样的监控系统。
参考文献:
1、 江晓光,应用国产组态软件包-组态王开发立体仓库仿真系统,电子技术应用,1999,第5期:16~18
2、 孟涛, 清河发电厂十万千瓦机组电气系统计算机监控系统的研究与开发,沈阳:东北大学,2002
3. 马宝甫,FIX工控组态软件及其在油田注水站监控系统中的应用,工业控制计算机,2000,13(1):33-36
Development of The supervisory control system of electrical system
of Power Plant’s on FIX platform
YuyanZhang1 DonghuaLi2
(1.department of Automatic control,shenyang Electric Power Institute,Shenyang 110036,2. Northeastern subcorporation of China Petroleum Pipeline Engineering Co. ,Shenyang 110031)
Abtract: this paper introduces the general situation

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