組態(tài)軟件在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

　　隨著計算機技術和通信技術的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)運行過程的自動化程度不斷提高。電力系統(tǒng)遠動裝置作為電力系統(tǒng)運行監(jiān)控的首選平臺，對其性能的要求越來越高，除系統(tǒng)硬件配置性能不斷提高外，尤其對軟件性能增強的要求更加強烈。根據(jù)電氣化鐵道供電系統(tǒng)所運用的遠動裝置平臺的實際運行需要和將來可能的擴展，介紹系統(tǒng)組態(tài)軟件的組成，并論述實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、圖形界面、報表等子系統(tǒng)的生成過程及其原理。

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的構成

　　組態(tài)軟件是一個功能很強的軟件包，它所提供的友好用戶界面能使使用者在不需要通過編寫代碼的情況下生成所需要的應用軟件，克服了一般工業(yè)控制軟件通用性較差的缺點，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的同時，大幅提高系統(tǒng)的集成能力與速度。組態(tài)軟件一般包括基本配置組態(tài)和應用軟件組態(tài)，基本配置組態(tài)是給系統(tǒng)提供配置信息，如系統(tǒng)現(xiàn)場控制站的個數(shù)、它們的索引標記等，而應用軟件組態(tài)內(nèi)容較多，如數(shù)據(jù)庫、報表、控制回路、圖形界面等的生成。
　　就電氣化鐵道遠動裝置而言，其系統(tǒng)組態(tài)軟件功能是通過生成實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、圖形界面及報表等4個部分實現(xiàn)。實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫點記錄的編輯、打印、轉換、連接等功能；歷史數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)歷史記錄的編輯、生存、歷史記錄與實時庫的連接、趨勢曲線的配置等功能；圖形界面實現(xiàn)各種流程圖和畫面底圖的編輯、各種動態(tài)顯示點的編輯、動態(tài)點與實時點或歷史點的連接等功能；報表實現(xiàn)表底的編輯、數(shù)據(jù)庫點記錄數(shù)值的生成、連接等功能。

2 實時數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng)

　　
　　實時數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng)是組態(tài)軟件最基本的組成部分，數(shù)據(jù)庫的生成最重要的是數(shù)據(jù)庫的結構，就電氣化鐵道遠動監(jiān)控系統(tǒng)的實際運行情況，其實時數(shù)據(jù)庫通常包括：點索引標識、點字符名稱、說明信息、報警管理信息、顯示用戶信息、轉換用戶信息及一些計算所使用的信息。系統(tǒng)中不同類型的點所對應的信息格式略有不同，有以下幾種類型的數(shù)據(jù)結構：模擬量輸入/輸出（AN 結構）、開關量輸入輸出（DG結構）、模擬計算量（AC 結構，因為系統(tǒng)中存在大量的數(shù)值計算，而這些計算也要參與系統(tǒng)的報警和顯示等方面功能的實現(xiàn))）等。

2.1 數(shù)據(jù)庫結構
　　在各種數(shù)據(jù)中模擬量是較為復雜的，為便于說明數(shù)據(jù)庫的結構，以模擬量為例的數(shù)據(jù)結構如表1 所示。其它的數(shù)據(jù)類型如開關量、模擬計算量、脈沖累計量等可仿照該格式定義。
　　一個模擬點數(shù)據(jù)結構應包括該點的通道信息（信號類型和通道地址）、采樣周期、控制信息及極限檢測信息，還應包括顯示、參考用的說明信息和方便檢索的索引信息，下面介紹表1 中描述的模擬量的某些數(shù)據(jù)結構及其說明。

a. 模擬量點狀態(tài)字，標識該點當前所處的狀態(tài),其中每一位表示一種狀態(tài)，如：該點值越報警上、下限，該點上、下限報警加深, 報警已確認、該點處于報警變化狀態(tài), 該點值越傳感器上、下限等。
b. RT 記錄類型，表示系統(tǒng)中所定義的數(shù)據(jù)點類型，如模擬量記錄、計算點和開關量記錄等。
c. CM命令字，表示操作員對采集任務所發(fā)出的命令，以通知系統(tǒng)改變對該點處理方，如：使該點參加采集、脫離采集、置報警檢測、脫離報警檢測、確認報警等。
d. AP 報警等級，表示該點越限報警的程度。例如, 為系統(tǒng)設置2級報警，1 級報警點是指只要一報警，不管正在顯示什么信息，立即在屏幕上彈出一個報警窗口，并啟動聲光報警，以引起操作員的高度注意；2級報警點只是在報警信息隊列中登記上，只有在打開報警畫面時才顯示該報警。
e. IL 第2 級報警增量，表示越過第1 級報警極限后, 再超過多少就達到第2 級報警。

2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的生成
　　數(shù)據(jù)庫生成軟件就是根據(jù)上述數(shù)據(jù)格式生成系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)庫。它包括2 個部分：數(shù)據(jù)庫原始記錄的輸入或修改功能, 以及數(shù)據(jù)庫下裝文件的生成。前一部分支持各種數(shù)據(jù)文件的建立、各種點記錄的加入、刪除、修改、拷貝等, 同時還應能支持打印, 這樣一方面可以檢查記錄輸入的正確與否, 另一方面也可作系統(tǒng)文檔之用; 后一部分支持數(shù)據(jù)格式的自動轉換及相關文件的生成和合法性檢查。

3 歷史數(shù)據(jù)庫的生成
　　歷史數(shù)據(jù)庫主要應用于電力系統(tǒng)設備運行狀態(tài)的記錄，便于分析系統(tǒng)的運行狀況與效益等。一般要求涵蓋各類電量值、開關設備操作記錄及設備狀態(tài)變化記錄等。

3.1 歷史數(shù)據(jù)庫結構
根據(jù)電氣化鐵道遠動系統(tǒng)本身的特點, 歷史數(shù)據(jù)庫包含4 種數(shù)據(jù)。
a. 模擬量：包括進線電流、電壓、饋線電流、母線電壓等。
b. 計算量：用電量統(tǒng)計、功率因數(shù)、電壓和電流最大值/ 最小值及持續(xù)時間等。
c. 系統(tǒng)狀態(tài)變化：包括跳閘、預告、事故、RTU 及主站模塊故障及修復等。
d. 歷史操作記錄：主要是遙控操作記錄。一般要建立一個歷史數(shù)據(jù)庫管理任務，先從實時數(shù)據(jù)庫中讀取實時數(shù)據(jù), 然后將它存入歷史數(shù)據(jù)庫,而其它任務需要歷史數(shù)據(jù)時，也通過歷數(shù)據(jù)庫管理任務發(fā)出請求，由歷史數(shù)據(jù)庫任務來取所需的數(shù)據(jù)。

3.2 歷史數(shù)據(jù)庫的生成
歷史數(shù)據(jù)庫的生成和畫面的生成過程類似，分為編輯過程和編譯生成目標文件2 步。編輯是指利用歷史數(shù)據(jù)庫編輯器編輯生成數(shù)據(jù)庫的源文件，這是一個中間結果，它的內(nèi)容由ASCII 碼組成，它定義了整個歷史數(shù)據(jù)庫的結構和每項的含義。歷史數(shù)據(jù)庫的編譯是對編輯產(chǎn)生的源文件進行編譯，生成系統(tǒng)可以利用的目標文件，主要完成3 項任務。
a. 根據(jù)源文件的定義為它分配存儲空間，并計算存儲地址。
b. 檢查非法輸入。
c. 生成目標文件。

4 圖形顯示界面的生成

　　圖形顯示界面一般包括：流程圖、工況示意圖等各種表明控制系統(tǒng)現(xiàn)實情況的圖形。通常使用的圖形顯示界面可分為2 種類型：一種為靜態(tài)畫面（有時稱為背景畫面），即該畫面一旦顯示出來，只要畫面不切換，它就是不變的；一種為動態(tài)畫面，即它隨實時數(shù)據(jù)的變化而刷新（如各種模擬量的顯示、開關狀態(tài)的顯示、各種棒圖等）。有的畫面既有靜態(tài)部分又有動態(tài)部分，是2 種類型畫面的組合。

4.1 靜態(tài)畫面
　　利用Windows 和基于Windows 的圖形軟件可生成一個圖形編輯器。圖形編輯器中含有統(tǒng)中所有可能的基本圖素，利用這些圖素用戶可生成所需的畫面，也可根據(jù)需要在編輯器中加入所需要的圖素。顯示畫面的生成系統(tǒng)最后可生成所需的靜態(tài)畫面,包括動態(tài)畫面的背景畫面。

4.2 動態(tài)畫面
　　根據(jù)數(shù)據(jù)庫中用戶定義的動態(tài)點編輯動態(tài)數(shù)據(jù)顯示的位置、顏色與類型。在畫面連入系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)用戶指定和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)刷新畫面。在電氣化遠動系統(tǒng)中，動態(tài)畫面的刷新主要包括模擬型動態(tài)點和開關型動態(tài)點。模擬型動態(tài)點主要有以下顯示類型：
a. 數(shù)值顯示，用戶可以設定數(shù)值顯示的位數(shù)及顏色；
b. 棒圖顯示，用戶可以設定棒的寬度、顏色、滿量程時的高度以及顯示方式（向上還是向下）
c. 狀態(tài)顯示，表示模擬量的狀態(tài)（正常、報警等）；
d. 曲線顯示, 可是歷史曲線也可是實時曲線。開關型動態(tài)顯示點包括以下顯示方式：開關狀態(tài)顯示（分/合）、線路帶電狀態(tài)顯示（停電/帶電）、系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)（正常/異常）。

4.3 畫面連入系統(tǒng)
　　在完成一幅畫面后, 為使該畫面和系統(tǒng)顯示模塊連接，用戶還需輸入一些必需的連接信息，如畫面索引等，使靜態(tài)畫面、動態(tài)畫面及數(shù)據(jù)庫聯(lián)成一體。

4.4 畫面數(shù)據(jù)庫
　　畫面的生成主要根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行繪制和刷新。設計一個合理的數(shù)據(jù)結構很重要，它必須將繪圖所必需的參數(shù)都包括在內(nèi)。
a. 靜態(tài)畫面數(shù)據(jù)庫。一個圖素對應一個子程序, 子程序的入口參數(shù)取自靜態(tài)畫面數(shù)據(jù)庫, 它包括顯示標識、顏色、坐標等。
b. 動態(tài)畫面數(shù)據(jù)庫。和靜態(tài)畫面的顯示過程類似，只是動態(tài)顯示的數(shù)據(jù)庫結構不相同。系統(tǒng)要根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫不斷刷新動態(tài)畫面。例如一個斷路器符號（8×8點陣實心正方形）對應的數(shù)據(jù)結構應包括：斷路器顯示標識、顏色、動態(tài)點索引號、左上角X 坐標、Y 坐標等。又如一個模擬量值的顯示數(shù)據(jù)庫結構應包括：模擬量數(shù)值顯示標識、顯示顏色、動態(tài)點索引號、整數(shù)部分位數(shù)、小數(shù)部分位數(shù)、顯示開始坐標等，可參考文獻。

5 報表的生成

　　報表一般分為周期性報表和觸發(fā)性報表。周期性報表記錄生產(chǎn)過程中的操作和故障并進行一般統(tǒng)計（求和、平均等），用它來代替操作人員制作的報表。而觸發(fā)性報表記錄在某些特定的事件發(fā)生前后某些過程點的信息, 該報表對事故或故障的分析是很有用的。
表2 為供電系統(tǒng)事故記錄報表。報表的生成也和畫面的生成類似, 不僅要編制表格本身, 還要建立報表和動態(tài)數(shù)據(jù)相關的信息。一般在生成一張報表時, 要確定3 類信息。

a . 公共信息。報表種類、報表名稱、報表形式等。
b. 對于周期性報表，還需確定下述信息：報表統(tǒng)計的時間和周期、報表內(nèi)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)點的名稱、統(tǒng)計的計算方法。
c. 對于觸發(fā)性報表，還需確定下述信息: 觸發(fā)信號源、觸發(fā)性列表的前后時間間隔、觸發(fā)性列表所列各點的名稱。

6 結語

　　組態(tài)軟件具有通用性好、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點, 是工控系統(tǒng)成熟和商品化的重要標志。隨著計算機和通信技術飛速發(fā)展，遠動系統(tǒng)提供的豐富的數(shù)據(jù)資源，為不斷開發(fā)具有實際意義的管理模塊，使系統(tǒng)更具專業(yè)化、智能化提供了可能。