DCAP4000发电厂电气监控管理系统讲稿.doc

一、 发电厂电气监控管理系统开发背景1. 发电厂自动化现状从80年代后期 ,随着以微处理器为基础的分散控制系统 ()在电厂中的广泛应用 ,热工自动化控制水平有了极大的提高 ,实现了对机、炉统一监控和管理。但由于传统的原因,电气的监控仍停留在常规的表计、光字牌、手操站 ,控制逻辑通过继电器用硬接线方式实现 ,自动化水平较低。目前，大多数电厂都具有侧重于机炉的dcs系统，完成基本的运行、控制等功能，对电气系统考虑较少。电气运行人员关心的测量、保护动作、整定、事故追忆等信息在dcs系统却无法反应2. 发电厂自动化发展面临的问题近来各电厂及设计部门对提高电气系统的自动化水平表现出极大的兴趣，提出了各种电气系统联网及纳入dcs的方案，并在许多电厂进行了相应试点。普遍的观点认为，电气系统纳入dcs是一个趋势，而且，在接入方式上，越来越多的考虑用通信方式部分取代“硬连接”方式。电气系统联网及接入dcs也存在不少问题和困难。一个原因是，dcs主要关心机炉系统的安全，侧重点不同，所以并不需要“无关”的数据。另一原因是，通信接口没有规范，需要具体工程具体实施，存在dcs厂家与电气系统厂家的配合问题，系统连接困难。电气系统联网后，如果只在dcs系统中有监视测量、动作情况等简单功能，不能在深层次的数据挖掘中提高电气系统的运行维护管理水平，也无法表现出电气系统联网的必要性。二、 发电厂电气监控管理系统分析发电厂电气监控管理系统（esis），是为提高发电厂电气系统的自动化及运行管理水平，应用计算机、测量保护与控制、现场总线技术及通信技术，实现发电厂电气系统的电气运行、保护、控制、故障信息管理及故障诊断、电气性能优化等功能的综合自动化在线监控管理系统。将电气系统连接成电气监控网络，一方面接入dcs，完成必要的控制功能及与dcs的有关数据交流，另一方面，通过接入电气主站系统，充分利用电气系统联网后信息全面的优势，加强电气信息的应用，完成较为复杂的电气运行管理工作，实现电气的“综合自动化”。esis分为两部分，即：电气监控网络系统和电气主站系统。目前，电气综合自动化技术在变电领域已得到了普遍应用和发展，功能技术水平也已日臻完善。分散分布式的电气综合自动化系统同样可应用于发电厂厂用电气系统，6kv和400v系统保护、测量、控制、通信采用分散式就地安装，用现场总线将这些前端设备及发变组保护等其它的主要保护和自动装置以通信方式连接起来，形成网络系统，系统留有与dcs系统、电气主站系统等、电厂监控信息系统（sis）的接口，根据需要接入。电气主站系统分析电气监控网络建立后，可以获得丰富的信息，不仅能实现许多高级应用，也可以避免电气系统独立运行带来的不必要的重复工作。因此，建立电气主站系统对于提高系统电厂的电气系统运行管理水平，有极大的作用。电气主站系统，应满足电气scada功能的基本功能要求，并拓展电气联网的应用功能，以具备电气数据应用的鲜明特色。2.2电气主站系统结构分析电气主站系统配置见图2，可采用双网或单网结构，说明如下：图2 电气主站系统示意图mis系统运行工作站磁盘阵列数据服务器web服务器wan网络打印机sis系统电气监控管理机。路由器 数据库服务器运行商用数据库管理系统，处理实时数据，触发告警信息，保存历史数据。 web服务器提供浏览和查询运行系统实时数据和历史数据的java控件，支持远方基于浏览器的实时数据的监视和历史数据的查询功能。 前置机工作站负责与电气监控网络系统接口，完成对电气监控网络数据采集和数据传输任务，完成对下命令的转发。 运行工作站实时显示现场数据，实现告警提示，执行各种数据的录入和查询工作，提供遥控、遥调和顺控功能，实现电气数据的高级应用功能。 其它设备包括以太网连接的相关设备，如网卡、网络交换机、路由器等2.3电气主站系统设计要求 采用标准商用数据库系统标准sql数据库语言：支持多种数据库系统的互联。提供数据库应用的开发接口 实现与mis和sis系统的无缝连接提供数据库中间层访问java控件，实现外部系统和本系统的无缝连接。 功能设计模块化u 系统功能的模块化、层次化。u 用户接口的控件化、模块化。2.4电气主站系统功能2.4.1基本功能监视电气系统的潮流，以主接线图、棒图、曲线等形式显示测量数据和设备的状态信息；实现信号告警、越限告警、保护动作事件告警、网络故障告警、智能设备和通信通道故障告警；各种数据统计报表功能；提供远方操作运行设备的图形接口。2.4.2高级应用功能1 自动抄表系统目前，厂用电的抄表基本上由人工完成，有些电厂购买专门的抄表系统。利用测控装置本身的计量功能或转接电度表的脉冲信号，在主站进行电量的在线统计生成报表，可实现专用的厂用电抄表系统的所有功能。同时，有了各点的实时潮流信息，对分析电厂的能耗，改进电厂运行，有重要的意义。2 发电机运行状态监视实时显示可视化发电机运行状态图，为发电机运行提供指导。3 电气设备管理包括保护和自动装置的台帐、档案、维修记录等。更为重要的是，电气主站系统可以实现在线设备管理，如统计设备动作情况，运行情况等。这部分信息可以传送至mis系统，补充mis系统的数据。4 定值管理定值的远方修改、及在线自动校核。未来电气主站系统还可以扩展为可视化发电厂继电保护整定计算与定值管理系统。5 故障信息管理包括动作及一般事件信息soe、事件追忆、事故重演、录波分析等功能。事故重演及录波分析，对于分析事故原因进而实现事故防范有重要意义。6 故障诊断及电动机状态检修通过电动机启动时的波形可以分析鼠笼断条等故障，并根据电动机启动及运行状态的在线分析，实现电动机的状态检修。7 小电流接地选线形成电气监控管理网络后，此项功能大大优于目前的小电流接地选线装置，因联网后每路cpu间可并行采集计算，电气主站系统进行综合计算判断要优于由单片机作综合运算。2.4.3系统安全管理要求运行系统登录，数据库维护和操作的权限检验，及信息的保存。2.4.4系统互联要求支持多种网络协议，与其他计算机网络互联，能方便地实现与sis系统和mis系统的数据接入。2.4.5远程诊断和维护要求实现远程登录，信息查询、远程维护等。dcap-4000系统概要设计 dcap-4000系统的体系结构 dcap-4000系统的典型架构 dcap-4000系统的特点 dcap-4000系统软件模块 dcap-4000系统数据表定义dcap4000系统的体系结构dcap4000系统，是基于client/server 结构开发的，集成发电厂实时信息（scada信息），设备管理信息的综合信息系统。dcap4000系统的体系结构吸取了传统分布式实时scada系统的优点，又根据电力自动化系统对scada系统及其扩展应用的需求，跟随了当今分布式实时系统的最新发展。从以下几个方面阐述dcap4000系统的体系结构： dcap4000系统的数据采集和规约转换结构； dcap4000系统的数据流程； dcap4000系统的hmi处理结构； dcap4000系统的网络通讯结构； dcap4000系统的数据库连接技术； dcap4000系统的开放接口功能；系统的数据采集和规约转换结构dcap4000系统是一个开放的全组态的综合自动化系统组态平台，它不但使画面、后台语言具有可组态性，而且使数据采集设备也具有可组态性。也就是说，除了部颁规约的厂站数据采集设备之外，dcap4000还能连接非部颁标准通讯协议，包括不同厂商的对部颁标准协议的各种变种实现。系统的数据流程dcap4000 实时数据库描述了电力自动化系统监控、管理数据点的集合，它的基本单位为变量（点），从这种意义上讲，dcap4000系统实时数据库就是按一定方式组织的监控和管理点（变量）的集合。规约转换、hmi、曲线、报警、数据浏览等都是基于实时数据库展开的。网络环境下的dcap4000系统，实时数据库运行于主服务器上，且实时数据库的每个点（采集点）在全网络环境下只有唯一的标识。数据处理模块，处理实时数据和告警事件；实时地更新实时数据库；生成和刷新历史数据库记录。数据库结构发生变化时，为了不影响hmi和报表等程序，我们设计了数据库操作中间层，所有对数据库的访问都通过调用中间层提供的标准函数进行。中间层对实时库和历史库的操作采取不同的方法，实时库的操作是在client端中间层和server端中间层之间进行，历史库的操作仅通过client端中间层进行。dcap4000监控管理系统已集成了电力设备的运行信息和管理信息，主要体现在以下几个方面：l 设备的投运时间l 设备的动作信息l 设备的检修记录l 设备厂家，型号，编号，出厂日期l 设备参数客户端和服务器的数据交换如图1.2.1所示：图1.2 客户端和服务器的数据交换mis系统和cis系统与dcap4000的主服务器进行数据交换，为了不影响实时系统的快速响应要求，为了保持系统的相对独立，做到mis系统及cis系统和dcap4000系统数据库的无缝连接，外部系统和主服务器数据库的数据交换都必须通过主服务器的中间层来进行，中间层提供面向连接的标准服务，并控制外部访问的优先级和保证实时系统的安全性。dcap4000系统还提供web服务功能，通过系统web服务器提供的组件，客户端可以通过浏览器查询、浏览实时数据和历史数据。dcap4000系统实时数据处理过程如图1.2.2所示：图1.2.2 实时数据处理流程图1.2.3 系统的hmi功能dcap4000系统可以按自己或最终用户的要求构造满意的人机界面。在dcap4000系统中，常用的构造人机界面的美工工具都具有动画属性，包括“颜色、大小、位置、文本、角度、闪烁、隐藏”等属性，这些属性可以简单地与以监控变量或内存变量为参数的表达式连接，系统提供高效的画面刷新机制保证图形元素属性随变量表达式属性的变化而变化；系统提供独立功能的控件用于显示系统的报警信息、曲线、棒图等，这些控件也可以以某种单位与监控点变量或表达式及其历史数据库连接，完成有关的查询和显示功能。对于电力高级应用需求我们采用控件的方式设计，便于二次开发，和组合功能强大的图形接口。dcap4000系统hmi的基本处理过程如图1.2.2所示：图1.2.3 dcap4000系统hmi处理示意图基于这种处理方式，dcap4000系统提供强大的hmi 组态和编程功能，具体说明如下：u 动画连接功能 dcap4000系统根据不同的窗口画面元素提供： 位置（实现图形元素的移动） 尺寸（向不同方向的缩放） 使用连接（实现对用户操作的控制） 颜色（线颜色、填充颜色、字体颜色的变换） 旋转（顺时针、逆时针、可调节参考点） 闪烁 隐藏 文本输出 声音等动画连接功能，定义图形元素在生产过程不同状态或时间下画面的动画属性。u 操作功能 dcap4000系统提供对每类图形元素均适用的用户操作连接，包括： 断路器及电动刀闸的操作 主变档位调节 执行顺控流程 操作票管理 挂牌操作（接地、检修） 小电流接地选线 旁母代路操作 事故追忆 装置参数和保护定值的查询及修改 保护信号复归 故障录波分析 设备管理及检修记录（包括装置自诊断信息）查询 告警事件的确认及浏览 操作记录的浏览 召唤、浏览及打印报表 显示或隐藏窗口 滑动杆连接（垂直或水平连接以显示和改变有关变量的当前值） 离散变量操作（开、关、反转、触发、重置、变量值的输入等） 菜单命令连接 帮助文本连接用户可设置有关操作的权限，以实行在运行时刻有关操作的安全性管理，用户还可定义有关操作的快捷键（键盘热键）。u 强劲的后台语言编程功能 dcap4000系统提供类basic语言的后台语言及其编辑器，方便用户定义系统的各种操作： 不同状态（系统启动、运行中和退出前，窗口显示前、显示中和关闭前）需要进行的初始化操作或其它操作（定时功能、模拟调试功能等）； 不同条件（变量值的改变、用户按下预先设定的快捷键、表达式的值满足某些条件）； 对不同图形元素。通过它，用户可实现通常只有通用语言才能实现的功能。u 其它辅助功能 包括异常事件打印，定点报表打印，画面的缩放、导航，图形元素位置的静态调整、显示顺序的改变、分层分级显示等。1.2.4 系统的网络通讯结构dcap4000系统网络通讯充分考虑了系统需要的网络数据对实时性的不同要求，提供点对点（peer to peer）和客户/服务器方式相结合的网络通讯模式，分别处理系统需要快速主动传递、查询和静态传递的各类数据，充分利用了网络通讯的带宽，并可改变传统主站与分站间的系统转发传输模式，实现广域网络连接的理想模式。dcap4000系统对实时数据采用客户/服务器查询方式，浏览节点定期向数据库服务器查询感兴趣的监控点，数据库服务器根据实时数据库的当前状态，将查询点的当前值打包发送到查询的计算机节点中。dcap4000系统对历史数据采用客户/服务器方式，在实际应用中，如对soe的查询、对历史曲线的查询等操作中，一般是用户提交查询条件，由系统将有关查询条件变为连接的历史数据库能够接受的标准或非标准sql语句，提交给数据库服务器，从历史数据库中查询得到满足有关条件的查询结果集，数据库服务器将该结果集通过网络传递给查询的计算机，计算机运行系统根据接收到的查询结果，将它转变为用户容易理解的方式，如曲线、报表等显示出来；除了传统的点对点和客户/服务器架构外，dcap4000系统利用网络协议，实现了方便的容错系统模型，在该模型中，运行系统支持双网方式与智能数据采集设备连接，当主系统出现故障或通道出现故障时，备用系统将自动获得控制权，保证系统正常运行。由于dcap4000系统具有从逻辑上区分计算机节点的功能，因此，采用dcap4000系统可以构造和组态各种架构的应用体系，dcap4000系统独有的透明网络技术确保了上述系统网络结构的透明实现，具体含义如下：1 对网络拓扑结构和组网方式没有要求。系统适用于以太网（10m,100m 1gm），光纤网络（fddi），以及其它异构网络（拨号网络、现场总线等）。但要求安装tcp/ip或其它网络协议；2 与网络通讯有关的信息由dcap4000系统的网络管理层自动完成，并且支持系统单机模式，单网模式和双网模式，以及服务器和前置机主备机切换模式。我们定义了与网络通讯有关的全局变量，分别为： $主服务器数据源：主机名数据源名 $主服务器：主机名 $主备前置机模式：1是 0否 $主前置机：主机名 $当前网：1使用网卡1 2使用网卡2 多前置机情况下不考虑前置机备用关系。应用程序无需知道任何与网络通讯有关的技术细节，只要引用这些变量就行了。client端数据报的目的地址总是指向主服务器，目的地址总是由网络管理层自动添加。服务器端数据报的目的地址是由应用程序添加的。网络管理层添加源地址。3 主备服务器模式下为了实现无缝切换，主备服务器必须交换实时数据库的数据。可以采用变化传送的方式。1.2.5 系统的数据库连接技术商用数据库系统一直是包括电力自动化系统在内的scada应用系统需要无缝连接的，以便产生数据能为包括mis在内的系统共享。dcap4000系统通过odbc和ado技术连接商用数据库，提供以下数据库操作功能：l dcap4000系统可组态地将系统实时数据库（变量点、报警信息、遥信变位信息和开关动作信息等）按用户指定的周期（对变量点）和事件处理模式，产生触发（对报警信息、遥信变位信息和开关动作信息）刷新客户指定的外部实时数据；l 直接读写指定数据库表记录的字段数据，并具备将该数据与该系统组态定义的变量对应连接的能力，这使得dcap4000系统可以通过数据库与其它任何支持数据库访问的应用程序实时交换信息；l 通过标准sql语句完成数据库的一般维护操作，如建表、删除表、插入、修改和删除记录等；l dcap4000系统通过后台api的方式，将电力自动化系统中常用的数据库查询工作打包，用户无需编写有关sql语句，只要简单地提供符合常规应用习惯的参数即可完成复杂的历史数据库查询和浏览工作；这就是通常所说的数据库的无缝连接，用户在dcap4000系统中对实时数据库的操作与商用数据库中操作一样，从某种意义上讲，甚至比在数据库应用平台中操作数据库更为方便；目前系统支持大多数商用数据库系统。1.2.6 系统的开放接口功能dcap4000系统是一个开放系统，它的开放性表现在以下几个方面：1 设备接口的开放性，如前面所述，dcap4000系统的设备驱动程序能为本系统接受的用户定制规约转换驱动程序dll；2 应用系统的开放接口，系统提供数据交换技术的编程支持库dbhub.dll，用户可以使用该支持库提供的接口标准和接口函数，实现应用系统与dcap4000系统实时数据库之间的双向实时通讯。3 基于tcp/ip协议的网络标准接口，dcap4000系统提供完整的基于tcp/ip协议的网络实时数据查询接口，通过网络访问本系统的数据库服务器，实时地查询本系统实时数据库的当前状态；这种查询是跨平台的，用户可以在自己的网页中访问、也可以在其它平台的应用中访问。4 基于odbc/ado技术的实时数据库连接开放接口，如前所述，dcap4000系统提供字段级实时数据库访问接口，请参阅参考手册库函数说明中的“数据库访问函数”了解有关接口函数的使用。1.4.1 系统的主要特点：n 真正多任务、多线程的 32位规范设计，可同时支持 microsoft windows98nt2000，并支持数据库系统的跨平台连接。n 分布式网络化体系结构，基于tcp/ip协议，适用于以太网（10m，100m，1gm）、光纤环网（fddi）及其它各种异构（专线、拨号和串口组网等）网络。n 透明网络组态技术极大地缩短了基于internet/intranet应用的大型集中监控与管理系统的开发周期，提高了系统的稳定性和可维护性。n 提供通用组态系统的优点和有用工具，用户可以按工程实践的需要，进行自我风格的人机界面的设计，其超强的图形动画、文字工具与傻瓜用户界面，支持快速构造所需的各种静态、动态画面，在运行系统中仿真现实场景。n 提供可编程电力自动化hmi组件，包括：开关/回路遥测数据、信号、开关动作、越限报警、棒图/饼图等多种方便快捷的com组件，大大地降低了系统的画面数量、极大地缩短了系统集成的时间。n 独有的大规模快速求解算法保证在大系统应用时仍具有良好的响应速度；强大的script命令语言、运算和功能函数满足用户各类要求。n 开放的数据库管理系统，直接支持事件、报警和历史数据库服务器方式管理，并可自动实现与其他关系型数据库系统的无缝连接。n 丰富的规约解释库（部颁cdt、polling， iec-870-5-101，dnp等），支持多厂家设备集成。n 独特的无冗余多机热备用，直接支持传统的平行数据采集路径。n 拥有实时报表、趋势曲线、多媒体（声音、图像等）报警窗口。n 功能强大的报表生成器，可方便地生成日报、月报、年报以及用户自定义等各种报表，并支持各种商用数据库记录和字段级实时无缝读写操作和过程级访问。1.4.2 系统的创新技术：u 全系统集中制作和在线组态：网络对使用者是一个黑箱，复杂的网络不需要用户进行复杂的配置，甚至不懂网络的人也可应用自如，独特的local-link和global-link设计可自动实现高效透明的局域网和广域网传输。u 实时信息（scada信息）、空间信息（gis信息）、管理信息（mis信息）和客户信息（cis信息）4s功能综合集成技术，采用统一的编程语言、使用相同的用户界面，无需繁杂的数据转换，即可实现电力大系统各项复杂的功能的有效集成。1.5 dcap4000系统软件模块dcap4000系统按功能可划分为以下几个模块：前置机组态，对象组态，web组件管理，网络管理，数据处理，数据库操作中间层，人机界面，报表管理，后台语言及顺控流程组态。 前置机组态建立多台前置机的实时数据库，使前置机可以按照不同工程的配置要求（包括装置的配置，测点配置，规约参数设置等）,建立相应的实时数据库，处理实时数据。组态软件输出结果可以打印（作为数据库服务器 测点配置时前置机节点号和测点号的参考依据），并可以下载到前置机。 网络管理支持系统单机模式，单网模式和双网模式，以及服务器和前置机主备机切换模式，建立和维护实时通讯链路（前置机、监控工作站与主服务器及备用服务器的通讯链路）。双机切换应保证重要数据不丢失，（这一点还涉及到前置机和数据库备份软件的设计，需要综合考虑）。在dcap4000系统中网络管理是client和server实时通讯的核心，我们将其设计为多线程dll模块，可轻松加载到client和server的核心模块中。网络管理模块还实现网络节点对时功能。 报表管理 报表的格式和内容会因用户的不同而有所改变，有些数据可以通过报表自身的计算功能来实现，这就对报表提出了较高的要求，microsoft excel是功能强大的报表开发平台，利用其强大的电子表格功能，结合activex控件可以实现报表系统的制作和管理。 人机界面 用户对人机界面的要求是非常高的，既希望画面简洁漂亮，又要求操作方便，还要求画面针对不同的对象，具有功能层次分类清晰的特点。为了实现这些目标，我们采用复合文档设计思想，即在画面中可以嵌入activex控件，利于组合功能复杂的画面和分工开发。实现画面缩放、漫游、分层分级显示和导航功能。 系统组态 组态是体现系统友好性，配置灵活性和功能的重要部分，dcap4000系统组态综合了网络组态、数据库组态、图形组态和报表组态四个部分。系统组态配置二次监控系统设备参数、网络管理参数和用户管理参数。数据库组态：配置一次电力设备参数，建立实时数据库和历史数据库。图形组态：管理和制作画面文件（包括前景连接组态）。报表组态：管理和制作报表文件。 数据处理 处理实时数据和告警事件，生成和刷新数据库记录，并提供浏览数据库及管理历史库的窗口，以及前置机网络通讯报文的监视，以利于现场的调试工作。 数据库操作中间层 提供数据库存贮和访问接口，数据库结构发生变化时，为了不影响hmi和报表等程序，我们设计了数据库操作中间层，所有对数据库的访问都通过调用中间层提供的标准函数进行。中间层对实时库和历史库的操作采取不同的方法，实时库的操作是在client端中间层和server端中间层之间进行，历史库的操作仅通过client端中间层进行。校验和执行用户命令。 后台语言 用户自定义的一些实时数据，可以通过脚本语言操作实时库生成。由于脚本语言的词法和语法分析较为复杂，我们将分两个阶段实现。第一阶段设计一个表达式编辑器和解释器，省去词法分析的工作，语法分析在编辑的过程中完成。第二阶段选择一个通用的脚本语言，设计解释器。表达式编辑器支持关系运算、四则运算、三角函数、括号和条件判断指令。操作规则库将通过表达式编辑器生成。 顺控流程图组态在水电厂控制和变电站操作时，大量使用的控制操作为顺序控制方式，流程图是广泛应用于描述一