Citect組態(tài)軟件在實訓(xùn)變電站中的應(yīng)用

孫巍巍

摘要：為了提高變電站從業(yè)人員的實際操作能力和解決實際問題的能力，介紹了關(guān)于Citect SCADA組態(tài)軟件在模擬變電站實訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點介紹了Citect的通訊設(shè)置、變量標簽的定義、組態(tài)界面的組成以及Cicode語言的編程，最后介紹了Citect的通訊接口DDE。本系統(tǒng)通過二次連線將保護裝置、安全自動裝置、交直流設(shè)備、配電裝置按實際接線聯(lián)系起來，搭建了一個與實物環(huán)境一樣模擬實訓(xùn)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過直觀、友好的組態(tài)畫面，能夠使學(xué)員快速掌握變電站的操作要領(lǐng)，從而提高其操作技能。

關(guān)鍵詞：Citect； 模擬變電站； 可編程控制器； Cicode

中圖分類號：TP3095 文獻標識碼：A文章編號：2095-2163（2013）06-0101-04

0引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源需求也越來越大，電力作為最終的能源產(chǎn)物，其穩(wěn)定性和安全性受到日益嚴峻的考驗，加之電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，設(shè)備的陸續(xù)更新，對于電力變電站來說，應(yīng)對挑戰(zhàn)至關(guān)重要的一步就是培養(yǎng)一支快速高效的從業(yè)人員隊伍，在實訓(xùn)過程的模擬操作環(huán)境中使其精湛掌握變電站的裝置設(shè)備，旨在盡快提升就業(yè)人員在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中的實際操作能力，進而增強其面對問題時的實際應(yīng)變能力。因此，該方面的相關(guān)研究即已成為當(dāng)前的一個重要方向。

基于上述目的，本系統(tǒng)通過二次連線將保護裝置、安全自動裝置、交直流設(shè)備、配電裝置按實際接線聯(lián)系起來，搭建一個與實物環(huán)境相同的模擬實訓(xùn)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)下位機采用三菱公司的Q系列PLC作為變電站一、二次設(shè)備聯(lián)動、互鎖的控制器，上位機以澳大利亞悉雅特公司的Citect軟件設(shè)計組態(tài)畫面以及編寫程序，上位機與下位機采用TCP/IP通訊；在上位機軟件部分，變電站的組態(tài)控制軟件與實訓(xùn)教師管理軟件選擇了通用的DDE接口，完成了實訓(xùn)教師對學(xué)員的操作培訓(xùn)以及評分。其完整的功能可描述為：故障的設(shè)定以及排除、閘刀的聯(lián)動互鎖、狀態(tài)的顯示、評分計算等。

1Citect組態(tài)軟件介紹

Citect組態(tài)軟件由澳大利亞悉雅特公司研制開發(fā)，是目前最為流行的工控軟件之一，具有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能以及強大的互連能力，能兼容ABB、GE、MOX等多種TCP/IP、OPC協(xié)議，可以與現(xiàn)場多個不同的控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊傳輸控制。同時，其自帶的豐富圖庫還可將各道工序、控制參數(shù)直觀地顯示出來，并且對不同控制系統(tǒng)間的控制畫面進行了高度統(tǒng)一化的呈現(xiàn)，由此而有效地降低了控制系統(tǒng)存在的風(fēng)險，并提高了系統(tǒng)的可靠性。Citect主要配置是Server（服務(wù)器）/client（客戶端），其中Server（服務(wù)器）互為冗余，Client可以有多個；Server（服務(wù)器）需要設(shè)置I/O Server等通訊參數(shù)。在顯示畫面時，Client客戶端通過Ethernet可讀取Server服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，而Server（服務(wù)器）也可以作為畫面顯示操作員站。采用Cicode可以進行語句編程，其中的數(shù)據(jù)類型則包括了實型數(shù)值數(shù)據(jù)、整型數(shù)值數(shù)據(jù)和開關(guān)量狀態(tài)數(shù)據(jù)等簡單變量以及標簽、報警、實時歷史趨勢等復(fù)雜變量[1-2]。

2變電站實訓(xùn)系統(tǒng)組成

變電站模擬實訓(xùn)系統(tǒng)共有八個電氣柜、下位機PLC控制器、上位機Citect SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控組態(tài)軟件以及實訓(xùn)教學(xué)管理軟件組成。其中，電氣柜主要由一號主變、二號主變、220KV線路1輸入/輸出、220KV線路2輸入/輸出、220KV旁路、220KV母聯(lián)、110KV設(shè)備、35KV線路、10KV主變等組成。通過對模擬裝置斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、備自投等設(shè)備的配置，實現(xiàn)了對三相流變、重合閘、負載開關(guān)投切、母差流變、差動保護、開關(guān)儲能等功能的模擬仿真，再通過分段分閘電流的顯示、事故音響的反饋、聯(lián)動負載開關(guān)投切位置的顯示、線路的重動等，綜合判斷學(xué)員的實際操作能力[3-4]。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在系統(tǒng)中，PLC采用三菱公司生產(chǎn)的Q02H型號，帶有以太網(wǎng)通訊接口，并可支持4 096個節(jié)點，所有的節(jié)點通過級聯(lián)的方式串聯(lián)起來。而且，該款PLC支持結(jié)構(gòu)化編程，內(nèi)置標準的RAM及ROM，采用USB編程接口，能支持100M以太網(wǎng)。上位機通過WEB SERVER模塊，直接監(jiān)控PLC，實現(xiàn)了程序監(jiān)控、讀寫等遠程維護功能。

3變電站實訓(xùn)系統(tǒng)的實現(xiàn)

在變電站實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了Citect SCADA組態(tài)軟件，對每一個功能模塊設(shè)計一個組態(tài)畫面，通過頁面的切換，實現(xiàn)對所有功能的操作測試。其中，組態(tài)畫面有：系統(tǒng)接線總畫面，220KV進線畫面，220KV出線畫面，220KV母聯(lián)畫面，220KV旁路畫面，220KV 1號主變畫面，220KV 2號主變畫面，110KV設(shè)備畫面，35KV線路畫面，以及用于狀態(tài)監(jiān)控的光字牌畫面。在組態(tài)畫面設(shè)計中，可以采用Citect軟件本身帶有的圖符集，并且也支持位圖。通過控制組態(tài)畫面里的標簽變量，完成系統(tǒng)的各個功能。在系統(tǒng)內(nèi)，主要采用變量標簽，由于涉及的控制量均為開關(guān)量，在設(shè)計數(shù)據(jù)類型上，即都選擇了digital類型，而對變量標簽的地址，則應(yīng)與PLC地址保持一致。通訊采用MELSECQ協(xié)議，這是日本三菱電機公司的通訊協(xié)議，在Citect組態(tài)軟件中，通過設(shè)置端口名稱以及以太網(wǎng)參數(shù)設(shè)置，即可實現(xiàn)與三菱PLC的通訊。

3.1Citect通訊設(shè)置

Citect能和具有通訊口或數(shù)據(jù)通道的任何I/O設(shè)備通訊，包括可編程控制器（PLC），通過直接和I/O設(shè)備通訊，使得數(shù)據(jù)在設(shè)備與控制系統(tǒng)之間傳輸。在Citect通訊設(shè)置中，對于每一個Citect工程，都必須至少定義一個I/O Server。而且，對于在Citect中用到的每一個I/O Device都必須配置正確的通訊協(xié)議，并進行通訊參數(shù)的相應(yīng)設(shè)置?？梢酝ㄟ^選擇快速I/O設(shè)置向?qū)?，按有關(guān)步驟依序進行。此處創(chuàng)建I/O服務(wù)器，將其命名為IOServer，再[下一步]新建I/O設(shè)備，由于采用了三菱公司的Q02H型號PLC，故命名為q_plc，選擇的I/O設(shè)備類型為外部I/O設(shè)備，選用的驅(qū)動即為三菱Mitsubishi中的Melsec Q/QnA series下的Ethernet （TCP/IP），在其下的IP地址中，應(yīng)與PLC中設(shè)置的IP地址相同，故為192.168.0.2，通訊板上的端口則為5002。

3.2變量的設(shè)置

變量標簽是定義在I/O Device和Citect I/O Server之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。每一個變量標簽都有自己的變量名，相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型以及地址。在這里，由于涉及的數(shù)據(jù)量大部分是針對與PLC交互的，因而變量的類型主要分為PLC輸入的變量、PLC輸出的變量、中間變量。對于輸入輸出變量標簽，地址應(yīng)與PLC的I/O地址相一致。具體地，可以通過點擊添加、替換、刪除等按鈕，實現(xiàn)對變量標簽的增加、修改、刪除操作[5]。此外，對于數(shù)目較大的變量標簽，可以采用Microsoft Excel工具添加標簽，打開＼Citect＼User＼工程文件名＼下的Variable.dbf即可。

3.3Cicode語言

在Citect組態(tài)軟件中，支持Cicode和VBA兩種語言。其中，Cicode是一種簡單易用的計算機編程語言，是針對工廠自動化監(jiān)控而專門設(shè)計的一種結(jié)構(gòu)化語言，其變量的定義類似C語言，而語法則類似Visual Basic語言。使用Cicode，用戶可以直接實時訪問Citect工程數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)變量，如變量標簽、報警、趨勢以及報表等，也可以控制組態(tài)頁面上的符號、趨勢和按鈕等動態(tài)組件，還能支持多任務(wù)、多線程和遠程調(diào)用[6]。通過Cicode語句，可以實現(xiàn)單獨使用菜單工具或某一單獨函數(shù)而無法完成的復(fù)雜操作。

3.4一次系統(tǒng)接線監(jiān)控畫面

在設(shè)置完成通訊參數(shù)和變量標簽后，可以進行組態(tài)畫面設(shè)計。如圖2所示，一次系統(tǒng)接線監(jiān)控畫面主要包括220KV線路監(jiān)控畫面，110KV線路監(jiān)控畫面，35KV線路監(jiān)控畫面以及切換畫面等。在設(shè)計畫面上，通過不同的顏色區(qū)分不同的控制部分，如220KV線路，包括母聯(lián)和旁路以及一號和兩號主變，均采用褐色；而110KV設(shè)備線路，采用了紅色；35KV的線路則采用了綠色，對于10KV主變，即采用了黑色。在組態(tài)畫面上，通過右下方的按鈕鏈接，可以實現(xiàn)頁面的切換。

3.5回路監(jiān)控畫面

在每一個組態(tài)畫面上，通過右下方的按鈕鏈接，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的回路監(jiān)控畫面?；芈繁O(jiān)控畫面包括220KV母聯(lián)、220KV旁路、220KV 1#主變、220KV 2#主變、110KV設(shè)備、10KV線路、35KV線路、35KV分段等組態(tài)畫面。

每一個組態(tài)畫面，都有正母閘刀、副母閘刀、接地閘刀以及SF6閉鎖分閘，由于正副母閘刀不能同時合上以及接地閘刀和SF6閉鎖分閘刀不能同時合上，存在互鎖功能。設(shè)計時，在組的屬性訪問欄里，通過邏輯組合，設(shè)定互鎖功能[7]，如對110KV設(shè)備組態(tài)畫面的7 031正母閘刀進行互鎖，即禁止訪問的條件為：m535=1 or m536=1 or m537=1。其中，m535、m536、m537分別為副母閘刀、接地閘刀、SF6閉鎖分閘刀的狀態(tài)。通過函數(shù)toggle（），實現(xiàn)組態(tài)畫面閘刀的開合動作。

對于比較重要的，如SF6閉鎖分閘刀的開合，通過內(nèi)嵌Citect集成的Cicode函數(shù)，實現(xiàn)動作確認的人機界面，以防操作員出現(xiàn)誤動作。其函數(shù)為FUNCTION tt（STRING sTAG，STRING sHINT1，STRING sHINT2）。函數(shù)中，sTAG代表要觸發(fā)的變量標簽，sHINT1和sHINT2代表提示。具體代碼為：

3.6狀態(tài)顯示光字牌的設(shè)計

在測試操作的同時，通過光字牌顯示來監(jiān)控系統(tǒng)各個I/O節(jié)點的狀態(tài)，包括流變的顯示。當(dāng)進行某一操作時，相應(yīng)的光字牌上就顯示紅條框。而光字牌也是通過讀取變量標簽的狀態(tài)來進行顯示，還可通過右下角的按鈕翻看下一頁的狀態(tài)顯示，如圖4所示。

4通信功能

在CITECT組態(tài)軟件與實訓(xùn)教師管理平臺的通訊方式上，采用目前較為流行、更為常用的DDE數(shù)據(jù)交換，主要適用于對數(shù)據(jù)交換要求不是很高的情況。而且，DDE數(shù)據(jù)交換既可以在本地計算機上，也可以在同一網(wǎng)絡(luò)的不同計算機上。而Citect組態(tài)軟件既可以做DDE服務(wù)器，也可以做DDE客戶端。此外，在基于delphi軟件開發(fā)的實訓(xùn)教師管理平臺內(nèi)，通過調(diào)用DDE實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的交換，調(diào)用的格式如：|！。

5結(jié)束語

本文通過Citect組態(tài)軟件在變電站實訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，簡潔扼要地介紹了系統(tǒng)的組成、Cicode函數(shù)的編寫以及通過DDE數(shù)據(jù)實現(xiàn)管理平臺與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。通過直觀友好的組態(tài)畫面，使學(xué)員能快速掌握變電站的操作要領(lǐng)，進而提高其相應(yīng)的職業(yè)操作技能。

參考文獻：

[1]楊賢昭，程耕國，朱曉波.工業(yè)組態(tài)軟件Citect的應(yīng)用研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報，2003，26（3）：285-287.

[2]鄭小虎，蔡翔石，姜麟.采用Citect實現(xiàn)基于B/S結(jié)構(gòu)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)[J].昆明理工人學(xué)學(xué)報，2001（1）：36-39

[3]李鐵玲，路文梅.模擬變電站實訓(xùn)基地的建設(shè)[J].河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報，2005（4）：219-223.

[4]電氣工程系.模擬變電站實訓(xùn)計劃指導(dǎo)書，河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，2005：87-91.

[5]Citect Technical Overview.Ci Technologies Pty.Limited，1996：36-38.

[6]Citect組態(tài)培訓(xùn)手冊.Ci Technologies Pty. Limited.2002：213-217.

[7]編委會.220（110）KV變電站典型設(shè)計實施方案編制和推廣應(yīng)用手冊，中國電力音像電子出版社，2006：113-116.