低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  與通用監(jiān)控平臺開發(fā)
    魏智勇，張勇
(中國新時(shí)代國際工程公司，陜西西安710054)
    摘要：基于國內(nèi)某電器試驗(yàn)站項(xiàng)目短路試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹丁低壓電器
試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與通用監(jiān)控平臺的開發(fā)思想。闡述了試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控軟
件、控制器及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，井進(jìn)一步討論了系統(tǒng)特點(diǎn)。該設(shè)計(jì)有助于監(jiān)控組態(tài)軟件在：
低壓電器試驗(yàn)站中的應(yīng)用。
  關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；短路試驗(yàn)；聯(lián)鎖；試驗(yàn)平臺
  中圖分類號TP 273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：100j-553l(2009（05-0054-03
    Design of Supervisory System and Development of
 General Supervisory Platform for Low Voltage Electrical Apparatus
    WEI Zhiyong，  ZH4NG Yong
    (Chimt New Ara Intemationa】Engineering Co.,Xi’an 710054．China)
    Abstract：Based on the design of short-circuit supervisory system ofnational certain electrical apparatus ex-
periment station project, the design of supervisory syslem and devefopment theory of geneml supervisory plalfoml for
low voltage appratus test we introduced The structure，supervisory software, controller and safety interlock system
were expounded and the chamctefistfos of this sytem was furfher discussed This design is helpful for the application
of supervisory conliguration sofiware in low vogage apparatus experiment statlon
  Key WORDS：supervisory system：short-circuit test：interlock：test plafform
0引  言
    目前，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)系統(tǒng)已
廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)
域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制及過程控制等諸多領(lǐng)
域。SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，技
術(shù)發(fā)展也最為成熟，它作為能量管理系統(tǒng)(EMS
系統(tǒng))的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、效
率高、掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)正確、決策快、診斷故障
快速等優(yōu)勢，已成為電力調(diào)度不可缺少的工具。
    盡管SCADA軟件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中日趨
成熟，市場上國內(nèi)外種類繁多、特性不一的各種
SCADA軟件產(chǎn)品比比皆是，然而，針對電力系統(tǒng)
應(yīng)用設(shè)汁的SCADA軟件面對的都是發(fā)電站與變
電站一類場所，而針對低壓電器試驗(yàn)場所應(yīng)用的
SCADA軟件則還是一片空白
    與普通電站相比，低壓電器試驗(yàn)站設(shè)備操作
次數(shù)要頻繁很多，操作人員出入操作區(qū)域的次數(shù)
也相應(yīng)增加，因此，對設(shè)備的可靠性與系統(tǒng)的安全
性都提出了更高的要求，另外，在部分低壓電器的
試驗(yàn)中，需要精確控制試驗(yàn)時(shí)間，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)．
這些功能是傳統(tǒng)的SCADA軟件與PLC配合組成
的系統(tǒng)所無法完成的，因此，需要時(shí)序控制器．?dāng)?shù)
采設(shè)備等配合。
    本文采用Cileet公司的CitectSCADA軟件與
施耐德Modicon的Piemimn系列PLC為核心搭建
控制平臺，并配合軟硬件安全連鎖系統(tǒng)、時(shí)序發(fā)生
器、時(shí)問電流保護(hù)單元與數(shù)采裝置，形成r一套完
備的試驗(yàn)平臺。設(shè)計(jì)中，除了考慮到普通電力系
統(tǒng)的特點(diǎn)外，還充分考慮了低壓電器試驗(yàn)站的特
張勇(1983一)，男，助理21程師，從事低壓電器試驗(yàn)站的設(shè)計(jì)及施工調(diào)試等工作。

點(diǎn)與平臺的通用性、可擴(kuò)展性。目前，該套設(shè)計(jì)已
經(jīng)在國內(nèi)某低壓電器試驗(yàn)站短路試驗(yàn)平臺上進(jìn)行
應(yīng)用且運(yùn)行良好。
1低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
  低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控計(jì)算機(jī)及監(jiān)
控軟件、可編程序控制器(PLc)、可編程時(shí)序控制
器、安全連鎖系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5部分(見圖
1)。其中．工控計(jì)算機(jī)及監(jiān)視控制軟件完成對設(shè)
備及試驗(yàn)過程的控制和狀態(tài)監(jiān)視；可編程序控制
器用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線路的靜態(tài)控制和安全連鎖；時(shí)
序控制器用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的精確順序控制；安
全連鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過軟硬件連鎖保證試驗(yàn)在安全
條件下進(jìn)行；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)和
數(shù)據(jù)采集柜組成，豐要包含數(shù)據(jù)隔離放大器、數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中的電流、電壓
采集。
圖l低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  監(jiān)控軟件用CitectSCADA開發(fā)，具有開放式
人機(jī)界面，支持多種標(biāo)準(zhǔn)的通信方式及網(wǎng)絡(luò)通信
協(xié)議，各種控制設(shè)備儀表可以方便引入系統(tǒng)。
web網(wǎng)關(guān)功能使用戶能在任何地方通過Internet
訪問數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有良好可靠性。用戶司以通過
鼠標(biāo)選擇試驗(yàn)方式、試驗(yàn)類型、開關(guān)動作順序等，
經(jīng)EtherNet實(shí)現(xiàn)對可編程序控制器系統(tǒng)的試驗(yàn)參
數(shù)設(shè)定、設(shè)備控制和狀態(tài)顯示。
  監(jiān)控軟件主要功能有：①試驗(yàn)線路準(zhǔn)備及輸
入試驗(yàn)參數(shù)．包括試品型式、試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)類型、
試品位置、試驗(yàn)線路、動作開關(guān)、通電時(shí)間和試驗(yàn)
循環(huán)次數(shù)等；②滿足在必要安全連鎖條件下進(jìn)行
各種電動開關(guān)的自動或}動挖制；③顯示試驗(yàn)主
電路的單線模擬線路圖，通過不同顏色和形狀動
態(tài)模擬開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)及試驗(yàn)過程，包括設(shè)備狀
態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)、異常狀態(tài)等；④顯示主要回路的設(shè)
備帶電狀況；⑤控制試驗(yàn)肩停并記錄試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)
間；⑥顯示安全連鎖及必要的試驗(yàn)條件；⑦榆查
安全連鎖和必要的試驗(yàn)條件，自動運(yùn)行下，為了能
正常地啟動試驗(yàn)，需檢查相關(guān)的狀態(tài)。若相關(guān)的
狀態(tài)都正常，才能啟動試驗(yàn)。所有這些信息都由
無源觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，若任何一個狀態(tài)不【F常，則程序
控制器將終止運(yùn)行，并有提示信息顯示。試驗(yàn)控
制程序流程如圖2所示。
    圖2試驗(yàn)控制程序流程
    可編程序控制器選用ModiconTSX Premium
系列PLC實(shí)現(xiàn)．經(jīng)EtherNet通過基于TCP／IP協(xié)
議的XIP協(xié)議與監(jiān)控計(jì)算機(jī)交換信息。系統(tǒng)設(shè)置
了一套試驗(yàn)用手動選擇開關(guān)和開關(guān)設(shè)備控制開
關(guān)，這些開關(guān)信號均引入PlC開關(guān)量人口。PLC
負(fù)責(zé)采集中壓斷路器狀態(tài)、低壓斷路器狀態(tài)、合閘
開關(guān)狀態(tài)、接地開關(guān)狀態(tài)、試品狀態(tài)、各個試驗(yàn)房
間門狀態(tài)、系統(tǒng)報(bào)警信號、各設(shè)備的準(zhǔn)備情況的信
號，在手動情況下，還可控制各個斷路器等設(shè)備以
滿足調(diào)試需要。在對時(shí)間精度要求不太高(50 ms
以上)時(shí)，還可通過可編程序控制器控制試驗(yàn)順
序，而在對時(shí)間精度要求很高的短路系統(tǒng)中，則引
入了可編程的時(shí)序控制器來完成試驗(yàn)順序控制功
能。
    可編程時(shí)序控制器用來控制與試驗(yàn)時(shí)序有關(guān)
的設(shè)備，精度±2 ms。采用美國NicoleI公司產(chǎn)
品，帖個系統(tǒng)硬件集中布置在控制柜內(nèi)，與可編程
控制器的信息交換為無源接點(diǎn)，可通過人機(jī)界面
設(shè)定片顯示通道參數(shù)，包括通道輸出開始時(shí)問、通
道輸出持續(xù)時(shí)間等。
    安全聯(lián)鎖系統(tǒng)分為軟硬件兩部分，軟件部分
包含在監(jiān)控軟件中，通過監(jiān)控軟件從PLC卜獲得
的信息來自動判斷是否滿足試騎進(jìn)行的條件，硬
件部分則由串聯(lián)千結(jié)點(diǎn)、安全門鎖、安全模塊及
時(shí)問電流保護(hù)單元四部分組成。串聯(lián)下結(jié)點(diǎn)即將
需要連鎖的設(shè)備輔助觸點(diǎn)與被連鎖條件限制的設(shè)
備操作回路串聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的硬件連鎖；安
全門鎖采用法國進(jìn)口的安全鎖系統(tǒng)．只有在安全
條件滿足的情況下才能從控制臺的鑰匙盒中取鑰
匙開門，在有門打開的情況下將無法進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)
一步確保了試驗(yàn)人員的人身安仝；安全模塊采用
了Modicon safety module模塊，提供獨(dú)立于上述部
分之外的又一層硬件保護(hù)；時(shí)間電流單元用于在
試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)斷開系統(tǒng)，保證設(shè)備
安全，它也采用了一套獨(dú)立的硬件來確保安全。
    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電流電壓傳感器、信號隔
離通道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集軟件、計(jì)算機(jī)硬
件、計(jì)算機(jī)報(bào)告處理打印軟件系統(tǒng)。
2  系統(tǒng)特點(diǎn)及進(jìn)一步的討論
    在設(shè)計(jì)中，考慮到平臺的通用性與可移植性，
從一開始就根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了斷路器、變壓器、
合閘開關(guān)等主要設(shè)備的元件庫．包含設(shè)備的參數(shù)、
故障信號、位置、狀態(tài)等信息．雖然這部分工作對
單項(xiàng)目來說過于復(fù)雜，但隨著元件庫的一步步
豐富，以后的設(shè)汁工作會逐漸簡化為“搭積木”般
的過程，而這也正是建設(shè)低壓電器試驗(yàn)系統(tǒng)通用
平臺所要的效果。
    PLc程序設(shè)計(jì)的模塊化封裝也是考慮到低壓
電器試驗(yàn)系統(tǒng)通用平臺的建設(shè)需要而進(jìn)行的，把
低壓電器常用的試驗(yàn)序列程序封裝為彼此獨(dú)立的
標(biāo)準(zhǔn)模塊，并在此基礎(chǔ)上逐漸建立完善試驗(yàn)序列
程序庫．在后續(xù)的工作中，只需選擇相應(yīng)的程序并
輸入接口的參數(shù)就可以方便地使用。
    監(jiān)控軟件的開放性也是本系統(tǒng)的一個特色，
它提供了友好的界面供用戶二次開發(fā)使用，如修
收系統(tǒng)參數(shù)、修改試驗(yàn)網(wǎng)路等功能。在不影響軟
件系統(tǒng)安全眭的情況下，用戶可以根據(jù)試驗(yàn)需要
對程序進(jìn)行部分調(diào)整。這種二次開發(fā)的開放性界
面，可以作為建設(shè)通用平臺界面模式的一個開始，
為低壓電器試驗(yàn)通用平臺的界面設(shè)計(jì)提供參
考性的信息。
    如前所述，四重的硬件連鎖與軟件連鎖相配
合，充分的安全性設(shè)計(jì)也是本系統(tǒng)的卟特點(diǎn)。
本著以人為本的原則，安全性的重要作用無論對
人身還是設(shè)備都不容忽視。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在
滿足功能性要求的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)了安全第一這
個設(shè)計(jì)原則。針對低壓電器試驗(yàn)站操作頻繁的特
點(diǎn)，多重的安全考慮實(shí)在是保證做到了有備無患。
    目前．在壓電器試驗(yàn)站項(xiàng)目短路試驗(yàn)平臺上
的成功應(yīng)用給低壓電器試驗(yàn)通用平臺的建設(shè)工作
提供了一個良好的開始，在進(jìn)一步的工作中，這個
平臺還需在以下幾個方面進(jìn)行完善和充實(shí)：
    數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)一步擴(kuò)充，不同項(xiàng)目有不同的
特點(diǎn)，希望通過一個項(xiàng)目建設(shè)起來的數(shù)據(jù)庫就能
滿足所有項(xiàng)目的需求顯然不可能，因此，無論是元
件庫還是試驗(yàn)程序的數(shù)據(jù)庫，都需要在今后的項(xiàng)
目中不斷完善和充實(shí)，才能最終達(dá)到實(shí)用效果。
    將當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫移植為更通用的數(shù)據(jù)庫，也
是一件亟待解決的問題，目前，元件庫還只能應(yīng)用
于CitectSCADA監(jiān)控軟件上，而PTc程序模塊也
只能用UnITYpro編程軟件才能進(jìn)行進(jìn)一步的編輯
和丌發(fā)。而在以后的項(xiàng)日中都采用這兩種軟件開
發(fā)顯然是不太可能的。因此，在下一步的工作中，
把元件庫中各個元件移植為Activex這種適用于
任何監(jiān)控軟件開發(fā)平臺的模塊是必須的。而PLC
程序模塊也需要進(jìn)一步移植為符合IEC6113l并
適用于各種PLC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊。