水电厂监控系统的设计

水电厂监控系统的设计

在大型项目中，电厂监控系统得到了广泛应用。对于一些小水库，由于各个方面的原因，目前基本上是定期监测的，这导致了电厂的低运行和管理以及可靠性差。随着西部大开发,国家将在5～10a内完成对现有小水电的改造,开发经济、适用、可靠性高的小水电监控系统具有重要的现实意义。该监控系统的主要功能是采集整个电厂的遥测量和遥信量,对应不同的实时值采用实时曲线、表格等方式显示。当电气系统出现事故、故障、越限等情况时,以不同的形式进行报警与提示。当保护信号发生变化时,由上位机显示故障原因。监控系统的数据报表记录发电机组电气系统全部模拟量及开关量的数据。监控系统能以文件的形式保存每次上传的遥测量和遥信量。电厂内所有断路器的遥控分、合闸操作通过主接线画面进行。本监控系统开发采用了Microsoft公司的VisualBasic语言。1设备运行监控画面分析监控系统清晰、美观的主接线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。设计采用的上位机监控系统的主接线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,例如文字图形的可见与不可见,数值的变化以及符号、颜色的改变等,通过它们及其各种组合可以清楚直观地反映发电机组、母线、变压器、断路器等设备的运行情况。在主接线图中,画面用不同颜色的线代表不同的电压等级,断路器用浅蓝色表示闭合,绿色表示跳闸(如断路器901和612)。2数据库的设计和应用2.1数据库的程序设计以获得的数据为中心,对数据进行存储、整理,并提供灵活的显示方式,是监控软件基本的也是主要的要求。VB不但提供了多种数据显示方式,如图形与表格形式等,而且自带的数据库处理功能已完全可以完成诸如查询数据库、修改数据库、刷新数据库等操作。数据库应用程序的基本结构如图1所示。监控系统数据库的应用程序设计具有以下步骤:首先是建立数据库。普通的关系数据库不过是一些表的集合。在本水电厂监控软件中,包含动态数据库和静态数据库,动态数据库主要保存下位机上传的遥信量和遥测量,还包含了用于故障诊断的继电保护表;静态数据库保存了水电厂的主要设备的参数,有发电机表、变压器表、断路器和隔离开关表等。然后是如何操纵数据库中的表格,即建立与数据库之间的连接。VB提供了一种与Jet数据库引擎接口的方法——使用数据控件和数据绑定控件。这种方法可以使用户使用较少的代码,仅仅设置这些控件的一些属性便能对数据库进行许多操作。本设计中有一些显示的表格就是使用这种方法创建的。但此种方式没有使用ADO灵活,而且系统开销较大。不过,在软件所要求的数据库操作较为简单,使用并不频繁的情况下,这是一种较好的方法。另一种连接数据库的方法是利用ADO,这种方法使用十分灵活,而且系统开销小。2.2遥测量的执行上位机收到下位机传来的数据,然后根据数据的第一个字节判断是遥信量还是遥测量,分别把数据写到数据库和历史文件中去,并且在界面上显示出来,如果遥信量表示有保护动作信息,监控系统会显示继电保护报警信息;如果遥测量越限,监控系统会显示越限报警信息。监控系统处理上传数据的流程如图2所示。2.3动显示的能力当断路器发生跳闸动作时,主界面会自动显示是什么继电保护动作使断路器跳闸的,这样便于工作人员及时排除故障,也使本监控系统具有一定的智能水平。2.4系统声音改变。在做当遥测量超过相应的上限值或下限值时,系统会发出一定的报警信息,例如会弹出越限报警窗体,发出系统声音,改变相应文本框的底色等。这样当水电厂出现不正常运行状态时,此功能会使工作人员引起注意。例如当系统的110kV母线电压越上限时,监控系统会使显示110kV母线电压值的文本框的底色变为红色,而且会发出报警声音,还会弹出越限报警窗体。2.5顺序号和其他顺序号双击显示遥测量的文本框,监控系统会弹出该遥测量的详细信息,如该遥测量的当前值、上限值、下限值以及顺序号等。这个功能是为了工作人员能快速查看遥测量的相关信息,例如当工作人员要查看当前发电机T1输出电流值离上限值有多远时,只需双击显示发电机T1的电流的文本框,就会弹出显示发电机T1输出电流的当前值、上限值、下限值以及顺序号等信息的窗体,而且这个窗体比表格更简洁。2.6水电厂的状态参数数据报表是水电厂监控系统一个基本的功能。工作人员为了了解水电厂的的运行情况,就必须要有这个水电厂在各个时期的系统状态参数。数据报表就是用于保存系统运行的状态参数。本监控系统的数据报表可以以超文本或文本的形式保存起来,也可以立即送给打印机打印出来。2.7数据安全功能在水电厂监控系统中,保存历史数据是一项十分重要的功能。当系统运行出现故障时,比如继电保护动作使断路器跳闸,母线电压越限等等,这些故障发生的时间是极短的,上传数据也会发生急剧的变化,工作人员来不及判断故障原因。这样就使得监控系统必须具备保存历史数据的功能,工作人员可以根据历史数据判断事故发生的原因,然后才能做出相关的操作。这也叫监控系统的事故顺序记录(SOE)的功能。2.8系统运行状况的变化在水电厂的运行过程中,工作人员必须了解系统的某些状态参数的变化趋势,这些状态参数的变化趋势反应了系统的运行状况以及系统的安全状况。在本监控系统中采用了曲线来描述状态参数的变化趋势,这样更能直观的反映变化。监控系统实现绘图功能的方式为:监控系统从数据库中读出数据,根据所得数据在Picture控件上描点,把这些点连在一起就得到了所要的曲线了。2.9误操作的检测水电厂监控系统的遥控功能是实现断路器的远方自动合闸或跳闸,它是实现水电厂无人值班的一项重要指标,同时也大大提高了水电厂的综合自动化水平。在整个遥控过程中,监控系统会把操作人员的ID、要操作的断路器代号、操作时间以及操作的结果等记录到历史文件中,如果发生误操作,监控系统会找到发出误操作命令的工作人员,该操作人员就应该承担相关的责任。其中的密码对话框是为了设定遥控操作的权限,只有相关的技术人员才具备遥控操作的权力。确认对话框是为了进一步提醒操作人员即将进行的遥控操作,保证遥控操作的安全性。返回对话框是为了提示遥控操作已经顺利进行,相关的断路器已实现了自动开合操作。图3表示遥控操作的过程。3实现大规模通信3.1位前遥测量数据位在串口通信程序设计前,必须先定义好下位机发送数据的格式,这样上位机才能正确处理上传数据。遥信量的数据格式为:①信号标志字节BB(指十六进制数,即187);②一个字节的开关量,其中一位表示一个开关量,0表示断路器合闸,1表示断路器跳闸。在本监控系统中每个遥测量有四个数据位。由于下位机中的数据采用ASCII码表示的,即每个数据位要占用一个字节,所以下位机发送的每个数据要用到四个字节,再加上遥测量的信号标志字节和顺序号字节,这样每个遥测量为六个字节,其数据格式为:①信号标志字节AA(指十六进制数,即170);②遥测量顺序号字节;③遥测量第一个数据位字节;④遥测量第二个数据位字节;⑤遥测量第三个数据位字节;⑥遥测量第四个数据位字节。3.2程序的组成3.2.1load酶使用n,8,2在主界面中加入通信控件,名称为Mscomm1,开始时设置它的CommPort属性为1,Settings属性为“1200,n,8,2”,表示接收的波特率为1200bps,无奇偶校验,数据位为8位,两位停止位。InputMode属性设为“comInputModeBinary”,Rthreshold值设为200(字节)。在主界面的load事件中设置Portopen属性为True,即打开串口;在主界面的Unload事件中设置Portopen属性为Flase,即关闭串口。3.2.2和上位机“a”的比较实现通信的程序放在PrivateSubMscomm1_OnComm()过程中。从缓冲区中读取数据(200个字节)后,然后从第一个字节开始查找数据量标志字节,若为“187”(十六进制为“BB”),表示接收到遥信量,“187”字节后面的一个字节为表示8位开关量的遥信数据;若为“170”(十六进制为“AA”),表示接收到遥测量,“170”字节后的第一个字节表示该遥测量的顺序号,接下来的四个字节表示遥测量的四个数据位。上位机接收到数据后,根据所约定的通信规约,对上传的数据进行相应的处理。上位机在每次接收到遥信量后都会用一个全局变量保存起来,当上位机接收到下一个遥信量时,就会把这个遥信量和变量异或,即求出这次的遥信量和上次的遥信量在那些位上发生了变化,由于遥信量的每一位都对应着一个断路器的状态,故上位机可以根据异或的结果得出到底是哪个断路器动作,接着修改数据库,并且改变断路器在主界面上的颜色。上位机在接收到