基于LabVIEW及DSC模块的变电站远程数据监控系统

【摘 要】 变电站远程数据监控系统是基于计算机技术、网络技术和虚拟仪器技术的系统，系统软件采用LabVIEW，DSC模块及OPC技术实现远程数据的采集与监控。使用网络对电力参数进行远程监测和数据分析，能实时地显示电压和电流波形，测试和分析电压有效值、电流有效值、功率因数等电力参数，并能远程存取数据，是具有较高性价比的监控软件实现方案。文中给出了监控软件主要功能的实现方法。系统大大优化地区变电站的数据管理模式，具有较好的推广价值。 关键词 变电站 DSC模块 LabVIEW 监控系统 1 引言 随着计算机、网络通信以及电力系统保护及自控技术的发展，变电站的自动化运行水平不断提高，大大减少了人为操作事故，使变电站的无人值守逐步变成了可能，并已成为电业系统的发展趋势。本文提出一种方案，系统以各变电站为节点，以CAN总线网络完成本电站电网运行情况的数据信息采集，各电站间利用Internet实施数据交换，完成整个地区的生产调度、监控及管理，用一个计算机网络系统实现各部门的信息交流，二次设备图形、试验的管理，事故、缺陷记录和运行状况的分析。该系统可以实现将生产现场的设备运行数据、状态传送到远方的调度中心，同时调度中心也可对远程的现场设备进行控制和调节；许多当前由人工处理的模拟信息转化为大量的数字信息，而技术管理人员也有许多用计算机实现的资料和试验记录文档。通过综合分析数据，对设备实际运行状况加强了解，消灭故障隐患，进一步保障系统安全运行。 2 系统结构 系统为基于计算机、现代测试和网络技术的虚拟仪器系统，系统结构如图1所示，系统中1个变电站为1个节点，现场电力参数由智能测控组件实现数据采集，并由CAN总线网络完成与监控级计算机数据通信，完成本电站的数据采集及管理。同样，多个变电站以不同的CAN总线网络可以实现各自的数据管理工作。在管理级，各变电站通过Internet网络完成对整个地区的变电站的生产数据采集及统一调度。 2.1 系统硬件结构及工作原理 系统中，采用SHCAN6102型智能测控组件完成现场数据的采集及控制，SHCAN6102型智能测控组件是一种具有CAN现场总线通信功能的现场智能控制器，提供8路AI通道、2路AO通道、5路DI通道、5路DO通道、1路PI（频率量输入）通道，可实现4个PID控制回路（包括串级PID）控制。组件具有14类80多种模块库，通过对组件的功能组态，可以完成数据采集及控制，数据库点可达到100组1600点，组态周期为0.02～0.25s，可组态选择，完全可以达到工业控制实时性要求（数据更新速度最快可达到100ms）。下位机测控组件分布于工业现场，测控组件通过嵌入式网关和上位机通信，进而实现远程数据通信及管理。 2.2 系统软件结构 本系统采用LabVIEW作为一种图形化软件开发集成平台，LabVIEW与传统编程语言相比，它采用强大的图形化语言（G语言），并提供丰富的控件库和功能模块库，编程非常方便；与商业组态软件相比，LabVIEW提供Application Build工具包，用户可以创建能够脱离开发环境而独立运行的应用程序，一次性投入，节省成本。DSC模块是LabVIEW专为过程控制设计的一个附加模块，它提供了实现过程控制监控软件所必需的控件和功能模块，如访问历史数据库、历史趋势显示、报警、报表、用户管理等。因此应用LabVIEW和DSC模块来开发监控软件，既可降低系统成本，又可提高开发效率。 3 系统功能 3.1 人机交互 LabVIEW及DSC模块提供了丰富的前面板控件，如数据连接、按钮、表格、曲线等，甚至还有专门的装饰控件（Decorations），并且可以在前面板上粘贴.bmp和.JPEG格式的图片，完全能够实现监控软件友好的人机交互画面。操作员可以实时查看现场运行参数，图形界面简单、方便、直观。类似于实际的仪表表盘，此即“虚拟仪表”含义之一。 3.2 数据采集与控制 尽管LabVIEW的开发商——美国NI公司提供有丰富的数据采集硬件设备，并配有相应的软件驱动使之能与LabVIEW建立通信，但价格较高。如果用户采用自己开发或其他第三方厂家的硬件设备，则可以通过OPC接口建立与LabVIEW的通信。LabVIEW访问OPC服务器的方法有多种，其中以通过DSC模块访问OPC服务器的方式最适用于过程控制系统。 DSC模块使用Tag连接OPC数据项，通过Tag Configuration Editor，可以将DSC Tag与OPC数据项对应起来，生成.scf文件。.scf文件类似于组态软件的实时数据库，记录了Tag的详细信息，如OPC服务器、数据项名称、工程量范围、报警信息等。在运行DSC Run-Time System时，TagEngine会根据.scf文件的配置建立与OPC服务器的连接。Tag Engine是DSC模块的重要组成部分，完成启/停OPC服务器、初始化连接、记录数据、报警等功能。 OPC服务器和.scf文件配置好后，就可以在LabVIEW前面板中通过Numeric Control和Numeric Indicator控件读写现场采集数据了。其软件框图如图2所示 3.3 历史数据存储及报表生成 这里介绍两种LabVIEW实现历史数据存储的方法，一种是通过DSC的Tag Engine按照.scf文件的定义来记录数据并存人历史数据库。这种方法的优点是不需编程，但缺点在于.scf文件对历史数据记录的定义是基于偏差的（即在数值变化超过偏差时记录），而不是基于时间的（按照固定的时间间隔记录）。这样，在做报表时会导致将多点数据记录在同一个文件的同一行中时数据与时间的不对应。 另一种存储历史数据的方法是编程实现，具体方案为：先将需要记录的若干Tag的值按照要求的时间间隔（如30s）写入一个表（LabVIEW提供的控件Table）中（框图程序见图3），然后再按照一定的周期（如24h）将Table的记录写入Excel中（框图程序见图4），并将Table清空。这种方法可以得到类似于其他组态软件如FIX格式的历史数据，缺点是需要编程。历史数据及报表为生产运行，事故原因等数据分析提供可靠支持。 3.4 用户安全管理 系统安全性是监控软件必须考虑的，其中一项重要内容就是禁止用户的越权操作。有了DSC模块，这项功能无需编程即可实现。DSC模块提供NI User Account Manager，可供编辑若干安全级别不同的用户。在运行DSC Run-Time System时，调用Invoke Login Dialog.vi让用户注册。前面板可控制的控件提供安全属性设置，定义某些用户可以控制及其具有的操作权限。这样，每个控件仅允许预先定义的用户进行操作，而用户要实现对某控件的控制（如修改参数），则需要先用相应的权限进行注册。这个功能在变电站远程数据监控系统中尤为重要，给每个变电站分配不同的权限，以避免越权操作造成不必要的损失；而给调度中心分配最大的权限，以方便其集中调度指挥的功能。 4 网络安全对策 针对不同类别的网络安全问题，可以从不同方面加以解决，如优化系统结构、进行数据加密等。 根据变电站的功能、保密水平、安全水平等要求的差异，可以通过专用的内部网络、Extranets、防火墙和代理服务器等方法将网络进行隔离，实现更为细化的安全控制体系，提高网络整体的安全水平。 防火墙作为用在变电站内部网络和Internet之间实施安全的一种策略，它决定内部服务哪些可以被外界访问，外界的哪些人可以访问内部的服务，同时还决定内部人员可以访问哪些外部服务，为使防火墙有效，所有来自或发往Internet的业务流都必须通过防火墙接受防火墙的检查。 数据加密技术是最基本、最常用而又最有效的信息安全技术，可以有效地限制截获、中断、篡改、伪造概率，从而达到保证信息安全的目的，在公共密码体制基础上发展而来的数字签名技术，不但保留了公共密码体制密匙易于管理的优点，同时还可确认消息的来源和内容，数字签名使接收者不能伪造对报文的签名，发送者事后也不能抵赖对报文的签名。 对变电站计算机网络，可以采用数字签名技术，对威胁电网安全运行的信息和影响生产经营决策的敏感数据进行加密处理，并可借此加强网络安全管理。 5 结束语 本文提出一种变电站远程数据监控系统实施方案，给出系统实现的硬件结构和软件实现细节，系统方案已通过技术论证，并模拟成功。可以在变电站中推广应用，系统可以节省大量人力物力，提高生产管理水平。