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如何用FIX软件实现电力自动化控制管理系统

--何进武 (北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所)

供稿:GE 自动化&控制 2002/9/28 14:17:00

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前言:随着国家对电力系统的进一步现代化改造,对电力系统的自动化管理程度要求也越来越高,而Intellution公司的FIX工业自动化软件对于在这方面的应用有着极大的优势。
以下是使用FIX进行电力系统自动化管理程序的开发的一些分析。FIX系统——顾名思义具有很强的组态功能,在很多方面非常适合于作这种管理程序。因为它能提供:
� 良好的界面设计开发工具及应用程序模块(draw);
� 能对实时数据进行采集并能分析成可视化的图表或曲线(HTD、HTC);
� 能进行大量的数据读写及存盘备份功能;支持与多种ODBC关系数据库的连接;
� 同时还能提供给开发人员自外挂程序模块的接口等等。
关键词:FIX;自动化软件;可视化;关系数据库;接口
一、下面结合电力系统自动化管理程序的要求,从几个方面来介绍使用FIX开发的几个大的功能。
(一) 使用draw应用程序开发用户自己的图符及元件库
 使用draw应用程序模块能开发出自己电力系统中经常用到的图符及元件,这对于提高程序设计的效率及标准性来说均有极大的好处。另外,程序交付用户方后,他们自己也能在不用知道太多软件设计知识,而只要进行一些必要的培训即可自己定制出自己所要求的管理画面。这样既可节约我们自己的维护成本,同时也给了用户极大的使用灵活性。
 使用draw开发元件库,只要事先按照自己的需要完成图形的编辑及一些相应的代码编写,然后使用图符生成命令,就可以将它生成图符,将来对于同样的类型的功能符号,就可直接从元件库中选择粘贴即可。
 以下是在开发过程中,开发出的一些主要的元件库:
1. 母线及各种电线元件

图1
图1  二维及三维形式的母线


2. 保护单元开关元件
3. 上下隔离刀闸元件

图2
图2   主控保护开关单元及上下隔离刀闸


4. 电流表及电压表元件
这里的电流表及电压表主要是用于显示变送参数及保护参数的电流及电压表,既有带量程的也有不带量程的。在往变送、保护参数窗口中添加电表元件时,要注意的是由于现场要求,表盘指针要按照一次数据进行摆动,而数字显示则需要根据二次计算数据显示。因此,

图3
图3  两种形式的电表


在设计改电表元件时,也相应的将这两部分分开加以考虑。因此,在添加点表时必须输入两种不同的点名,即一个是一次数据,另一个是二次数据,还有表的名称即是:电流表还是电压表。
5. 变压器及所用变开关元件

图4
图4  变压器及PT柜


6. 常用的PT柜                        
7. 其它各种常用的辅助元件如控制柜等

图5
图5  电力系统中常用的电控柜


通过这些图符及元件,FIX就可以为用户提供一个可视化的窗口进行过程信息处理。FIX
在用户屏幕上提供的图形化过程信息,包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。
图形应用程序的核心是从数据库访问信息。为了直接显示数据,图形应用程序提供了多样性的链接方式,链接可以有多种格式及配置的灵活选择,对系统参数或过程数据进行显示。操作人员使用链接也能向数据库写数据。并且,数据源不仅可来自FIX数据库,而且可来自其他可支持DDE格式的应用程序数据(如EXCEL等数据库数据)。并且这些数据传输可以是双向传输的。
(二) 有关过程数据库的编写
 由于,电力系统中所需要的数据通讯量比较大,所以过程数据中的点名也很多。为了使得所生成的点名通俗易懂,避免点名过于繁杂冗长,在开发过程中,最好是经过协商规定一些点名的命名规则。比如为:代表性的功能单词 设备号 功能单元中的项目号。另外,在生成数据库时,为了进行批量生成,要充分使用数据库的编辑功能,这样不仅高效,而且生成的数据库也比较标准。但在使用批量生成时,必须要注意有些块的生成顺序;另外,一定要仔细检查个点名对应的保护单元的设备号及内存地址,不能错,否则将来查错或是进行修改时非常麻烦。从现在的经验来看,最好是将每个功能所用到的点名单独用输出命令进行输出,以备数据库的移植及备份。在我们的数据库中,主要有以下几个功能点名部分组成:
1. 变送参数部分点名
2. 保护参数部分点名
3. 保护定值参数查询部分点名
4. 保护定值参数修改部分点名
5. 整点数参数查询部分点名
6. 事故录波参数部分点名
7. 保护单元主开关及各种隔离刀闸点名部分
8. 其它一些辅助性的点名部分
需要补充的是以上所列出的主要是一些一级块,最这些一级块必须合理
的配置其扫描时间或是进行变位扫描,以对SAC进行优化,提高系统运行的效率及可靠性。
(三) 事故纪录部分
本处我采用的事故纪录查询功能,用的是FIX系统本身提供的HTD历史显示应用程序模块,可以实现对故障录波数据进行采样并给出录波曲线。但由于HTD对显示连续历史数据较容易,对于电力系统中的高速录波实现起来比较困难(一般是通过下面的保护单元进行故障数据录波保存),要显示录波这种静态的数据,只能用到它的实验数据显示功能,因此,在显示时不能象它用来显示历史数据那样完全自动化,在第一次查询时必须在打开HTD应用程序后,在文件里输入相应的事故记录文件即可,但在以后的查询过程中则不需要输入,只需在查询面板选择日期录波路号等等查询条件即可。
(四) 整点数查询功能部分
  要实现查询,就必须先将整点数存到数据库中,然后在进行查询。实现过程从原理上说也比较简单,只需在过程数据库里将整点数对应的点名的数据,用SQT块存到关系数据库里即可,整点数查询过程可实现按年份、月份日期等进行查询。只不过在日期的选择上,加了一个日历控件进行控制,以便界面美观。
(五) 保护定值修改部分
  保护定值的修改只需要采用模拟输出块即可实现。
(六)调度自动化部分
在调度端的FIX,可通过调制解调器拨号与厂、站端的RTU通信,取得远方数据,并可遥控远方开关。一般为提高可靠性,在调度端采用FIX双机热备,即两台装有FIX的计算机(SCADA)同时从远方RTU取得数据,用FIX的安全系统确保只有一台计算机可以进行遥控操作。如果当地已建设好电力数据交换网,也可在调度端直接使用支持TCP/IP的协议驱动程序,通过电力数据交换网与厂、站端的RTU通信,在这种方式下,通信的速度得到了较大的提高。在通信可靠性得到保证后,便可以应用FIX的图形、报表、报警、安全等功能实现调度的各项操作要求。
二、FIX在电力系统中的使用结论
1. I/O驱动:传感器或控制器将数据送入PLC或其他过程硬件的寄存器中。FIX软件能提
供与多种PLC等硬件设备的接口兼容的高性能I/O驱动程序,可将数据从寄存器中读出。还有诸如自动通信错误检测、信号调节、报告、恢复、支持冗余通信等功能。开发人员甚至可以自己定制与特定设备单元通信的I/O驱动程序。如我们开发出适用于特定保护单元的Modbus I/O驱动程序。FIX可以同时支持8个不同类型设备的I/O驱动程序在一个SCADA节点上运行。
2. FIX的电力系统调度网通信:FIX软件在可靠性、实时性、灵活性上都可满足电力系统
的要求。但由于电力系统所用的通信协议与普通工业自动控制中所用的协议不同,所以要想在电力系统中应用FIX软件,首先要开发电力系统所用通信协议的驱动程序。目前,在电力系统变电站与调度端之间,常用的协议有仅适用于点对点通信的CDT91(循环式)协议,以及既可用于点对点通信又可进行总线式通信的Poll-ing(论询)协议。常见的Polling协议有1801协议、Series V协议、*4F协议、IEC870-5-101协议和DNP协议等。幸运的是FIX软件的结构是开放式的,它所用到的协议驱动程序可由用户自己开发。开发驱动程序的工具有I/O Driver Development Toolkit,若要开发Windows环境下32位的应用程序,可用OPC Server Toolkit等。
3. FIX还提供了报警和安全系统:除了以上几个关键环节外,FIX还提供了报警和安全系
统。报警系统可用于生成、显示、存储报警和信息,并将报警和信息发送到网络上的任意节点、与FIX相连的打印机、磁盘文件、报警概要显示、报警历史窗口以及多媒体报警系统。安全系统包括基于用户的安全系统和系统安全性应用程序。基于用户的安全系统可保护FIX文件、重要的程序、操作显示画面和配方、数据库模块。系统安全性应用程序包括安全配置和登录两种程序。 在安全配置程序中可以设置节点的安全性为允许/不允许、创建用户和组的账号、分配用户使用程序和程序功能的权限、分配用户名和密码、分配安全区名等。为了保护数据库不受非法修改,FIX使用安全区的概念,可以把安全区看作是有着相同安全级别的一组数据库的模块,最多可定义254个不同的安全区。 一旦节点有安全保护,操作人员必须访问登录程序,输入姓名和密码。在登录后,操作人员才能访问权限允许范围内的内容。这恰好满足电力系统中的安全操作程序需要。

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