工控組態(tài)軟件（ＭＣＧＳ）在電力系統(tǒng)倒閘操作中的應(yīng)用

田小琴

摘 要： 本文主要介紹了工控組態(tài)軟件（MCGS）的概況，并利用其優(yōu)點(diǎn)建立可供運(yùn)行人員進(jìn)行倒閘操作培訓(xùn)的仿真界面的方法。

關(guān)鍵詞： MCGS 電力系統(tǒng) 倒閘操作

1.引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的倒閘操作是一項(xiàng)既復(fù)雜、繁瑣又重要的工作，往往包括一、二次設(shè)備的操作，操作項(xiàng)目有時(shí)多達(dá)幾十項(xiàng)，而且工作經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，因此對(duì)操作人員的要求很高，操作人員一旦受環(huán)境、情緒和健康因素影響，難免就會(huì)出錯(cuò)，當(dāng)遇上緊急情況或需要頻繁操作時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤的幾率更高。誤操作輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，小范圍停電，重則造成系統(tǒng)瓦解，甚至人員傷亡。為了防止誤操作，電力部門制定了嚴(yán)格的操作制度和操作規(guī)程，各地也設(shè)計(jì)、制造了多種機(jī)械式、電磁式防誤閉鎖裝置，盡管如此，誤操作仍時(shí)有發(fā)生。電氣操作票制度是我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中一套行之有效的安全措施，它保證了操作的安全，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到了極其重要的作用。

自上世紀(jì)80年代中期以來，國(guó)內(nèi)一些高校及科研院所先后開展了這方面的研究工作，并開發(fā)了針對(duì)某一具體發(fā)電廠或變電站的微機(jī)生成操作票系統(tǒng)。這些系統(tǒng)投人到實(shí)際的電力生產(chǎn)管理中以后，它們的有效性逐步為許多運(yùn)行人員認(rèn)可。其中，有的采用專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)，有的基于傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)，各有優(yōu)點(diǎn)。電力部門希望這些系統(tǒng)除了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成操作票外，還要能夠進(jìn)行模擬演示以便對(duì)員工特別是新進(jìn)人員進(jìn)行培訓(xùn)，這就需要這些系統(tǒng)有良好的交互界面。目前雖然有一些面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，可是這些語言對(duì)人員各方面要求比較高，要想熟悉系統(tǒng)就必須掌握好這樣的編程語言，而工控組態(tài)軟件（MCGS）正好可以彌補(bǔ)這方面的不足。

2.MCGS簡(jiǎn)介

MCGS全中文工控組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件有限公司開發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。

MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。

使用MCGS，用戶無須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、功能全面、維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。

MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境檢測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如圖1所示。

MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，如圖2所示，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

（1）主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。

（2）設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。

（3）用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。

（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。

（5）運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if...then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。

3.MCGS在倒閘操作系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1建立圖形數(shù)據(jù)庫(kù)

圖形數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)一次接線圖的作圖數(shù)據(jù)，在此數(shù)據(jù)庫(kù)中，除了繪制了基本的圖元對(duì)象，根據(jù)一次系統(tǒng)圖中不同線路可能元件相同，只是編號(hào)不同的特點(diǎn)，把一些常見的圖元組合成圖符，統(tǒng)一存放在一次元件數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶只要點(diǎn)擊相應(yīng)的圖元或圖符，在用戶窗口中就可以進(jìn)行組態(tài)一次系統(tǒng)圖。如圖3所示是對(duì)典型35kv變電站一次系統(tǒng)的組態(tài)。

3.2定義數(shù)據(jù)變量

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。MCGS中的數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)和變量，它不僅包含變量的數(shù)值特征，還將與數(shù)據(jù)相關(guān)的其他屬性（如數(shù)據(jù)的狀態(tài)、報(bào)警處理等）及對(duì)數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤處理、報(bào)警處理等）封裝在一起，作為一個(gè)整體，以對(duì)象的形式提供服務(wù)。這種把數(shù)值、屬性和方法定義成一體的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)對(duì)象。

MCGS用數(shù)據(jù)對(duì)象表述系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用對(duì)象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義的值變量。把用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對(duì)象的集合稱為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各個(gè)部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分協(xié)調(diào)動(dòng)作。設(shè)備窗口通過構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；由用戶窗口組成圖形對(duì)象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接，以動(dòng)畫形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運(yùn)行策略通過策略構(gòu)件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理，如圖4所示。

3.3動(dòng)畫連接

由圖形對(duì)象搭制而成的圖形界面是靜止的，需要我們對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫屬性設(shè)置，使它們“動(dòng)”起來，真實(shí)地描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性，這樣在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，就會(huì)由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集結(jié)果進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖形的動(dòng)畫效果，使圖形界面“動(dòng)”起來。

由于一次系統(tǒng)倒閘操作，我們是通過對(duì)刀閘/開關(guān)的“斷開”、“閉合”來實(shí)現(xiàn)的，也就是所操作的對(duì)象都是一些開關(guān)量，因此在設(shè)置動(dòng)畫連接時(shí)，只要在設(shè)置對(duì)象屬性時(shí)，對(duì)其“可見度”進(jìn)行設(shè)置就可以了。以對(duì)刀閘3112的設(shè)置為例，操作步驟如下：

（1）雙擊圖形對(duì)象刀閘3112的“斷開”圖元，進(jìn)入屬性設(shè)置窗口，如圖5所示。

（2）選中特殊動(dòng)畫連接中的“可見度”框，點(diǎn)擊“可見度”標(biāo)簽。

（3）在表達(dá)式中輸入“dz3112”，選中當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)“對(duì)應(yīng)圖符不可見”；若對(duì)“合上”圖元進(jìn)行設(shè)置，則選中當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)“對(duì)應(yīng)圖符可見”，如圖6所示。

對(duì)于潮流分布的動(dòng)畫顯示，可以通過選中顏色動(dòng)畫連接中“邊線顏色”，當(dāng)有電流時(shí)，將邊線設(shè)置為紅色，否則為黑色，從而可以動(dòng)態(tài)地顯示潮流分布情況。

3.4腳本程序

腳本程序是組態(tài)軟件中的一種內(nèi)置編程語言引擎。當(dāng)某些控制和計(jì)算任務(wù)通過常規(guī)組態(tài)方法難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過使用腳本語言，能夠增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的靈活性，解決其常規(guī)組態(tài)方法難以解決的問題。

MCGS腳本程序?yàn)橛行У鼐幹聘鞣N特定的流程控制程序和操作處理程序提供了方便的途徑。它被封裝在一個(gè)功能構(gòu)件里（稱為腳本程序功能構(gòu)件），在后臺(tái)由獨(dú)立的線程來運(yùn)行和處理，能夠避免由于單個(gè)腳本程序的錯(cuò)誤而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

在MCGS中，腳本語言是一種語法上類似Basic的編程語言，但在概念和使用上更簡(jiǎn)單直觀，力求做到使大多數(shù)普通用戶都能正確、快速地掌握和使用。

腳本程序的語言要素主要有：數(shù)據(jù)類型、變量及常量、MCGS對(duì)象、表達(dá)式、運(yùn)算符、運(yùn)算優(yōu)先級(jí)。

腳本程序的基本語句有：賦值語句、條件語句、退出語句和注釋語句。

腳本程序在MCGS組態(tài)軟件中有五種應(yīng)用場(chǎng)合，分別為：在“運(yùn)行策略”中的“腳本程序”構(gòu)件中使用；在用戶窗口中“標(biāo)準(zhǔn)按鈕”的屬性設(shè)置中的“腳本程序”中使用；在用戶窗口設(shè)置事件的腳本函數(shù)中使用；在“菜單”屬性設(shè)置中的“腳本程序”中使用；還可以在“用戶窗口”屬性設(shè)置中的“啟動(dòng)腳本”、“循環(huán)腳本”、“退出腳本”中使用。

本系統(tǒng)的控制流程要求進(jìn)行倒閘操作時(shí)，要能正確顯示潮流分布情況，出現(xiàn)誤操作時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。以主變壓器TM1所在支路為例進(jìn)行分析。

（1）潮流分布情況分析

如果35KV4#母線有電以及主變TM1母線側(cè)刀閘3014閉合，則主變TM1有電。

如果主變TM1有電以及主變TM1負(fù)荷側(cè)手推車601閉合，則6KV1#母線有電。

如果35KV4#母線沒電或者主變TM1母線側(cè)刀閘3014斷開，則主變TM1沒電。

如果主變TM1沒電或者主變TM1負(fù)荷側(cè)手推車601斷開，則6KV1#母線沒電。

（2）倒閘操作分析

如果主變TM1由運(yùn)行轉(zhuǎn)為檢修，則先合上6KV母聯(lián)手推車開關(guān)120，斷開主變TM1負(fù)荷側(cè)手推車601，斷開1#進(jìn)線開關(guān)311，再斷開PT349，最后斷開主變TM1母線側(cè)刀閘3014。

若沒有按照此步驟進(jìn)行操作，則出現(xiàn)報(bào)警。

3.5與其他應(yīng)用程序交互

MCGS組態(tài)軟件本身的自動(dòng)化功能可以幫助用戶在其它應(yīng)用程序中很方便地操縱MCGS組態(tài)軟件的運(yùn)行。比如說，用戶可以在一個(gè)程序里指揮MCGS運(yùn)行環(huán)境打開某個(gè)窗口、執(zhí)行某個(gè)策略、向某個(gè)設(shè)備發(fā)出命令等?；旧?，在MCGS組態(tài)軟件中用腳本程序可以完成的功能都可以通過MCGS組態(tài)軟件的自動(dòng)化功能完成。

MCGS把其核心作為一個(gè)對(duì)象包裝起來，把MCGS的大多數(shù)功能作為對(duì)象的屬性和方法暴露出來，使其它的應(yīng)用程序通過OLE自動(dòng)化來操作MCGS，在Visual Baisc、Excel、Access和、Delphi中都可以通過OLE自動(dòng)化來取得MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，編程操作MCGS提供的屬性和方法。

4.結(jié)語

在電力系統(tǒng)倒閘操作中，要建立可供運(yùn)行人員培訓(xùn)或練習(xí)的模擬屏，可利用MCGS操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，組態(tài)相關(guān)系統(tǒng)的操作界面，由于MCGS是全中文的，簡(jiǎn)單易學(xué)，也給電力系統(tǒng)的倒閘操作增加了可靠性。

參考文獻(xiàn)：

［1］周紅陽.變電站電氣倒閘操作票專家系統(tǒng)（碩士學(xué)位論文）［J］.華北電力大學(xué)，1993.

［2］全中文工控組態(tài)軟件MCGS用戶指南［M］.北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.

［3］錢振華.電氣設(shè)備倒閘操作技術(shù)問答［M］.北京中國(guó)電力出版社，1998.3.