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SCADA-NT电力监控软件的应用

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SCADA—NT电力监控软件的应用
甘肃省广播电影电视局 冀 斌

1 概述
基于Windows NT/ Windows 98/ Windows2000的SCADA-NT集成化保护监控系统处于整个电力自动化系统的站级控制层。为了适应电力系统应用设备多、纵向横向联系紧密、扩建组建频繁等特点,SCADA—NT监控系统从分析、设计到具体编程,全部采用面向对象方法，融合了最新的计算机编程技术，在满足严格的可靠性、实时性要求基础上，更在系统的可组态性、可扩展性、可用性、可维护性等方面有新的突破。使用SCADA-NT监控系统可以加快应用开发的速度，减少开发成本，降低项目实施和运行周期维护的费用，使您可以真正做到“人与设备的有机结合”。
SCADA—NT集成化保护监控系统在站级控制层采用客户机/服务器体系结构， DataServer（数据服务器）是整个SCADA系统应用级的服务器,完成通信管理、实时数据采集、数据存储、通信转发等各种重要任务；HMI（人机接口软件)、SysEdit（系统组态软件）、PicEdit（图片组态软件）、 CtlEdit(自动化控制组态软件）是SCADA系统应用级的客户机，完成人机界面和各种系统维护功能.这种结构设计使得SCADA—NT监控系统具有很强的扩展性,可以将它配置成从单节点到多个节点不同规模的网络系统,即在厂站级构成各工作站之间能共享信息和透明访问的高速局域网,在系统级构成不同地理跨度的广域网络和远程诊断、远程维护系统。

1。1 SCADA—NT的主要特点
² 系统由精简化内核和各种扩展的功能模块组成,各功能模块能独立装入或卸出，并可灵活组合，特别适合于当今电力系统快速发展的需要，同时增强了系统的扩展性及同其它系统的互连能力;
² 系统采用了网络化设计，客户机软件和服务器软件既可在同一台计算机上运行，也可通过局域网、远程网进行运行,这种设计使系统可组建成各种拓扑结构和地理跨度的网络，实现各计算机之间信息共享及互操作，支持远程维护和远程诊断;
² 电网在线监控，包括遥测、遥信、遥控、遥调和SOE带时标事件记录，支持保护定值整定、保护投退、设备参数配置和实时波形分析、故障录波分析等各种强大的功能；
² 灵活设定模拟量、开关量、电度、保护定值、SOE事件等对象的各种参数，便于工程安装、调试，便于用户维护和升级；
² 提供各种能动态连接数据和操作的可视化图形元件，用于设计出具有生气和个性化的人机界面，使运行人员能直观地得到电网运行工况和执行各种控制、操作命令；
² 提供无编程报表设计功能,用户能轻松地设计和修改各种符合电力系统设计要求的统计报表,包括各种日报表、月报表，用户想要的各种数据信息,SCADA—NT监控系统均能以完整、美观的报表方式提供；
² 提供电气工程图纸设计和管理功能，使用户免去了繁杂的工程图纸管理工作和现场找图纸的困难；
² 兼容Windows的操作风格，全中文提示，“傻瓜式”操作，降低了对运行操作人员的要求；
² 声音报警、自动推出事件报警窗口和自动推出故障相关画面，及时通知运行人员发生的各种异常告警、故障事件；
² 多级缩放、漫游各显示画面,画面之间的切换快捷流畅，使运行人员能快速、准确的获知当前的运行工况；
² 用户定制菜单、工具条，能嵌入其它的应用程序，是一个完整可靠、可扩展的计算机应用软件；
² 通信状态监测、通信报文监测、通信异常报警，这些强大的通信自检功能,有力的保证了系统运行的稳定性；
² 变电站运行优化控制,如综合电压无功控制、过负荷控制、经济运行控制及各种控制连锁，为变电站的运行、管理上等级提供了技术保障；
² 高性能、高可靠性的历史数据库系统，数据记录间隔5分钟、15分钟、30分钟、1小时可灵活设定；
² 屏幕硬拷贝和统计报表、工程图纸的高质量打印，是SCAD—NT监控系统的重要特色；
² 时钟同步功能,保证与SCADA—NT系统连接的各智能化设备间时差<5ms，为事故分析和诊断提供依据；
² 提供与国内外著名厂家的智能化设备通信的各种软硬件通信功能模块和协议模块；
² 提供CDT、DNP3.0等远程通信功能模块与上一级调度系统通讯，提供开放的二次开发接口和技术文档；

1。2 SCADA—NT主要功能
1）常用功能模块
n 通信设备驱动功能模块
n 通信协议解释功能模块
n 专业图形元件功能模块
n 可视化人机界面功能模块
n 实时数据库功能模块
n 自动化控制功能模块
系统提供各种常用的功能模块，用户仅仅应用这些模块就能快速构建出一个比较完善的工程，而无须自己定制。
2)网络结构组态
通信子系统采用设备驱动（通信口）与协议解释（单元)分层的设计原则，它们之间有标准的软件接口，因此增强了系统的可组态性和可扩展性.为了适合各种应用环境,系统提供了丰富的通信设备驱动模块和协议解释模块，用户只要根据实际的网络连接，建立相应的通信口和单元，并用鼠标拖拉方法将它们关联起来，就完成了网络结构设计，十分方便快捷.先进的设计思想可保证SCADA-NT 能十分方便的与国内外其他智能化产品实现数据通信和控制。
3）运行参数设定
数据子系统管理整个系统所有的应用信息，包括模拟量、开关量、电度、保护定值、SOE事件和各种类型的操作，他们的参数可由用户设定,如模拟量的上下限、高低报警值、零位漂移、比例缩放、工程单位、精度、阀值、是否产生越限报警事件，开关量是否接收反转,操作的安全级别等，这些可视化设定功能便于工程安装、调试.
4）手工置数
正常运行时，数据随现场信号的变化而自动刷新，但系统同时提供对各数据进行人工设定固定数值的功能，即手工置数，当该数据处于手工置数状态时，将不接受通信子系统对它的更新,这在调试自动控制和一些特定场合十分有用。电度类数据通过手工置数的方式设定和修改底码。
5）峰、平、谷时段设定
系统提供对24小时内每隔15分钟的电力负荷峰、平、谷的设定，用于电度的分时段累计和一些与负荷类型相关的自动化控制中，如综合电压无功控制、负荷控制等。
6）人机界面设计
灵活快捷的人机界面设计是SCADA—NT监控系统的一大特色，专用的人机界面设计工具PicEdit （图片组态软件)提供了这种强大功能，兼容Windows的操作风格，对象化的图形元件设计,灵活的鼠标拖拉功能及各种有效的编辑方案,都经过了仔细考虑和精心设计，使用户应用该软件轻松自如,效率极高.
7)屏幕图片
屏幕图片主要用于设计各种显示实时数据的界面,通常包含各种能跟踪数据动态变化、触发操作、切换图片等功能的图形元件。屏幕图片可根据需要设计成各种用途的界面，如一次系统图、潮流分布图、虚拟仪表盘、中央信号屏、集中操作屏、屏面布置图、地理信息图、巡检线路图、系统结构图等各种各样具有生气和人性化的图片，内容分富，色彩美观，令人耳目一新.
8)统计报表
统计报表类图片主要用于设计日报、月报、年报，其中的无编程报表设计功能，使没有编程经验的人也可设计出各种复杂的、满足电力系统要求的报表,如每天的自动抄表，分合闸次数统计报表，高低报警次数，持续时间统计报表，日负荷曲线，最大值、最小值、平均值统计报表和电度统计报表。
9）打印功能
系统提供强大的打印功能，屏幕图片以屏幕硬拷贝的方式打印，各统计报表和工程图纸以最佳打印机分辨率的方式打印，以得到最好的打印效果。系统中各种设定的参数都支持打印输出，以备存档查阅和系统重建。
10）历史数据库
SCADA-NT监控系统采用快速定位的二进制历史数据库系统，存取速度快,性能稳定，长期运行不会产生磁盘碎片和存储容量不足，十分适用于实时工控环境。同时，系统提供数据库功能模块，用于同其它异构数据库系统（如Oracle、Sybase、SQL Server等）互联.
11)事件显示、自动报警
系统提供专用的事件记录窗口用于显示数据子系统中发生的各种事件，不同性质的事件用不同颜色加以区分，使人一目了然。当发生的事件符合报警条件时，将自动推出报警窗口，发出声音报警，以引起运行人员的注意。
系统提供自动推画面功能，根据实际运行需要,可设定模拟量越限、开关量变位自动推画面，当这些条件中的任一个发生时,自动将屏幕切换到相关画面，以便运行人员快速处理异常情况。
12）安全管理
系统提供完善的安全管理机制,所有与安全相关的操作由系统进行分项，针对不同的操作人员,系统管理员可授予给他不同的分项，有该分项授权的操作人员才可进行相关的操作。
13）二次开发接口
系统提供开放的二次开发接口,具有基本VC编程的技术人员,即可轻松开发出自己专用的各种功能模块，并能无缝挂接到SCADA-NT系统中.

1.3 主要性能指标
n 模拟量综合误差〈0。5% 事件记录正，确率100%
n 事件记录（SOE）分辨率≤5ms 遥控正确率：不小于100％
n 开关量:不作限定 脉冲量：不作限定
n 遥控点：不作限定 遥调点：不作限定
n 计算量：不作限定 系统画面：不作限定
n 大部分画面调用时间：〈1S 报表最大调用时间：〈3S
n 模拟量实时刷新时间：〈2S 开关量实时刷新时间:〈1S
n 遥信变位上传时间：〈1S 故障信号上传时间：〈1S
n 控制及调节命令传送时间<1S 平均无故障时间：〉100000小时
n 系统可用率：〉99.99％

2 SCADA-NT组成与结构
SCADA—NT软件包由数据服务器软件（DataSever）、系统组态软件(SysEdit）、图片组态软件（PicEdit）、人机接口软件（HMI）四部分组成.其中数据服务器软件是SCADA—NT系统的主执行程序,主要完成数据接收和通信转发功能，为其他软件提供实时和历史数据。系统组态软件用于对SCADA-NT系统的通信配置，运行参数设定和系统的管理设置。图片组态软件用于对SCADA—NT系统的运行画面编辑。人机接口软件实现SCADA—NT系统的画面监控功能.

3 SCADA-NT的网络组建
SCADA-NT采用了最先进的网络化设计，所有客户机和服务器软件既可在同一台计算机上运行，也可通过局域网、远程网进行运行，这种设计使整个系统可组建成各种拓扑结构和地理跨度的网络,以实现各计算机之间信息共享和互操作,同时支持远程维护和诊断，可构成无人值班变电所.

3.1 SCADA—NT单机运行
当现场控制设备较少，客户机与服务器可共用一台计算机，即一台计算机既运行服务器软件（Server），同时又运行人机接口软件(HMI）。

3。2 SCADA—NT多机运行
当现场控制设备较多，且需要与其他系统互连时，为保证通讯可靠性，客户机与服务器应分开。服务器建议使用高性能、高可靠性工控机.

4 采用多机运行的优点
1、 数据服务器更专注于处理通讯和数据存储功能
2、 避免由于操作失误造成计算机死机，影响数据传送
3、 软件运行速度更快，提高了网络功能

3.3 SCADA—NT远程维护
SCADA—NT具有远程维护功能,通过IntelNet网络可随时随地了解系统运行状况，并能修改系统运行参数。

4 数据服务器
数据服务器软件是SCADA—NT系统的主执行程序，主要完成数据接收和通信转发功能，为其他软件提供实时和历史数据。在数据服务器软件中，可查看到设备的通信状态，监视设备的通信报文，各种实时运行信息和历史记录数据，完成对各种电力设备的通信数据管理,是实现“人与设备的有机结合"的基础。
由于数据服务器软件是一个要求长期运行的高性能、高可靠性的实时监控软件,因此我们对主控软件进行了精心设计和严格测试，精简化内核更是十分稳定，完全满足电力自动化监控系统的设计要求。

主界面如下：

通信报文监视窗口画面如下:

5 系统组态
系统组态是随SCADA—NT系统一起发行的重要组件,是项目开始的第一步。在这里将完成通信口、单元的创建及配置，模拟量、开关量、电度、保护定值、SOE事件、操作等成员的运行参数设定和系统的管理设置，包括:时钟管理、事件管理、口令管理、数据库管理、负荷时段管理、值班员表、HMI菜单和HMI自动推画面等功能，本软件采用可视化设计方法，鼠标拖拉操作风格，使原本复杂难懂的系统管理任务变得十分轻松自如.

5。1 系统组态软件的工作环境
界面由标题栏、菜单栏、快捷工具条、工作面板、显示区五部分组成

5。2 报警设置
当系统发生各种故障、告警、变位，系统操作等情况时，为引起运行人员的注意，可通过事件管理器设置声音报警、弹出报警窗口，同时可选择保存事件，便于事后查询.

5.3 负荷时段管理
负荷时段管理功能主要是为配电的能量管理所设计，通过负荷时段的设置，可统计峰、谷、平的各时段的用电量，结合各时段的费率，可制作各种报表,并为用户用电结构的调整提供了重要的依据.

5。3 值班员轮班管理
该功能主要是为了实现对值班员的有效管理，通过设置轮班起始时间、轮班顺序和每班时间间隔，系统自动推算当前的值班员，并能将其所有的操作保存到数据库中，以备查询。

5。4 HMI菜单管理
通过该功能，用户可为人机接口软件（HMI）的[常用工具］菜单下定制常用的应用程序，如计算器、记事本等，这样用户就可在不退出HMI的情况下直接调用其他常用的软件。

5。5 HMI自动推画面
用户如果需要在出现故障、告警和开关变位时自动推出相关画面,可通过该功能进行设置。

6 图片组态软件
图片组态软件是随SCADA—NT系统一起发行的重要组件，是专用的人机界面设计工具，许多实时界面、统计报表及工程图纸的设计工作将在这里完成。本软件采用可视化的设计方法,兼容Windows 的操作风格，对象化的图形元件设计，灵活的鼠标拖拉功能及各种有效的编辑方案,都经过仔细考虑和精心设计，使用户应用该软件轻松自如，效率极高。
6.1 图片组态软件的工作环境
界面由标题栏、菜单栏、快捷工具条、工作面板、显示区五部分组成

6.2 整体设计
制作监控画面主要是为了在人机接口软件中使用，系统画面设置的好坏直接影响到用户的使用。因此在设计系统画面前,必须要注意以下几点：
1、用户的需求
在设计画面之前,对用户的需求必须有一定的了解，这样设计出来的监控画面才能满足用户的要求，一般的系统，可根据经验为用户设计，用户对监控画面的一般要求主要有：显示一次运行画面,动态显示重要的开关状态，运行日报表,信号模拟屏，负荷曲线等。
2、操作方便
设计的人机界面要让用户操作方便,简单明了.
3、结构合理
人机接口软件的结构由图片组态软件的图片结构决定,系统的图片文件目录由用户自己设置。
其中一级目录可在人机接口软件（HMI）的菜单栏上自动生成菜单,目录下的图片文件显示在相应的菜单下。主要用于用户经常浏览的主画面,如一次接线图、统计报表、负荷曲线等
二级目录下的图片文件不在人机接口软件（HMI）中直接显示，必须通过一级目录下的图片调用，方可显示，主要用于各种分画面，如各单元的子图等
典型的目录结构如下：

7 人机接口软件
人机接口软件（HMI）系统组态软件是随SCADA-NT系统一起发行的重要组件，利用该软件对系统实现画面监控，主要包括：开关量、模拟量的监视、遥控遥调、定值设置、故障录波分析、事件记录查询、报表打印等功能，由于采用了网络化设计，可实现多地监控.

7。1 运行环境简介
由标题栏、菜单栏、快捷工具条、显示区四部分组成

7.2 主要操作介绍
1）遥控遥调操作

2)保护投退操作

3)事件记录查询
查询方式选项有三种:
事件类型、事件对象、操作人员
事件记录只能按天查询,通过点击工具条上的“选择日期”图标，弹出选择日期对话框，点击您想查询的日期，事件记录会自动更新到改天的事件记录。

4）打印事件记录
选择好要打印的事件记录，点击工具条上的“打印”图标，配置好打印属性后，出现打印预览画面,打印效果满意时，选择点击打印按钮。

5）画面浏览
为了让用户能方便快捷的查看相关的监控画面,软件提供了多种查看方式。
通过主页调用：在主页上点击的有子图的图元,可直接进入该子图，查看完毕后，点击工具条上的“主页”图标返回到主页.
通过工作面板调用：须对图片结构比较熟悉，点击工具条上的“显隐工作面板”图标,在显示区左侧出现图片的目录结构，选择要查看的图片。
通过窗口列表调用：点击工具条上的“窗口列表”图标，在列表中出现最近查看的画面，选择相应画面,点击“激活窗口”按钮。

6）故障录波分析
对于具有故障录波功能的设备，系统发生故障时，设备可将记录故障波形发送到监控系统，监控系统接收后,以文件的形式保存在该单元名的文件夹下，文件名为发生故障的时间。

2011年3月10日
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