牽引變電所模擬倒閘考核測評系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

史超美，王勇科，李強，劉家軍，王琳

（1.中鐵二院西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，陜西西安 710054；2.西安鐵路局供電處，陜西西安 710054；3.西安理工大學(xué)，陜西西安 710048）

變電所自動化的程度越高，值班人員動手的機會就越少，但從某種意義上來說對值班人員的手動操作水平要求也就越高[1，2]。這樣變電所模擬屏設(shè)備也就成為了變電所的不可缺少的設(shè)備，它不僅可以很直觀地顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況，還能通過倒閘操作對變電所值班人員進行訓(xùn)練和模擬預(yù)演[3-5]，以此來提高他們在實際操作中的快速性和正確性，保證電力系統(tǒng)供電可靠性。我們在模擬屏中，以面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0為開發(fā)平臺，開發(fā)了一種可以對模擬屏進行實時監(jiān)視和控制、并能對倒閘操作的熟練程度進行檢測的后臺系統(tǒng)，可用于值班人員模擬倒閘操作的考核與測評。

1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)選擇結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法SD為總體軟件設(shè)計方法，將系統(tǒng)所要完成的不同功能在程序設(shè)計時模塊化，系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)中模擬屏的下位機以AT89S52單片機為控制單元，通訊方式采用RS-232總線方式。上位機向下位機發(fā)送命令，系統(tǒng)通過RS-232串口將接收到的信息按照預(yù)先定義好的通信協(xié)議格式進行解碼[6-8]，來獲得模擬元件是打開還是合上的狀態(tài)信息，下位機再根據(jù)接收到的指令來控制相對應(yīng)的模擬元件的顯示狀態(tài)，同樣下位機也可向上位機傳送指令。

圖1 系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Software architecture of the system

本系統(tǒng)中共有64個模擬開關(guān)量，按系統(tǒng)的控制范圍，本系統(tǒng)將8個模擬元件分為一組，共有8組模擬元件，每個模擬元件設(shè)置獨立的地址。在軟件上，為了便于上位機和下位機之間自由通訊，系統(tǒng)中要控制的模擬元件的地址也是一一對應(yīng)且相互獨立的，并將這些模擬元件的地址存放在下位機的存儲器中，這樣便可保證通訊的準(zhǔn)確性和可靠性。在軟件設(shè)計時為了防止值班人員的誤操作，軟件中還加入了相應(yīng)的錯誤提示。

3 各模塊功能的實現(xiàn)

3.1 單獨操作的實現(xiàn)

主要實現(xiàn)的是各模擬元件（斷路器和隔離開關(guān)）的單獨閉合功能。在本系統(tǒng)中要達到的目的是實現(xiàn)對模擬元件一一對應(yīng)的監(jiān)視與控制功能，單獨操作的程序流程如圖2所示。

3.2 倒閘操作的實現(xiàn)

在變電所模擬屏中倒閘操作是最重要也是最基本的操作，變電所的操作規(guī)章里要求值班人員在進行實際操作之前要進行模擬演練操作，以此來降低因為人為失誤而導(dǎo)致的事故。倒閘操作的流程如圖3所示。

3.3 倒閘測評功能的實現(xiàn)

圖2 單獨操作流程圖Fig.2 The flow chart of the separate operation

圖3 倒閘操作流程圖Fig.3 The flow chart of the switching operation

測評功能是在系統(tǒng)的倒閘模式下進行的[9-10]，當(dāng)操作者輸入卡片的編號確認(rèn)后，程序?qū)⒄{(diào)用Sub daoc_cmp（str As String）來獲取倒閘卡片的地址addr和倒閘卡片的步驟數(shù)num，在這個函數(shù)里首先判斷該卡片是否存在，不存在的話addr=255，num=0，如果存在則調(diào)用函數(shù)Sub sele（）來選擇倒閘卡片。通過得到的num數(shù)據(jù)，在Sub sele（）函數(shù)中進行計算，然后再根據(jù)計算結(jié)果來訪問Daoc_Card，在Daoc_Card中存的是該變電所倒閘卡片的所有步驟。在之前通過Sub sele（）函數(shù)計算得到的CInt（addr）+i數(shù)是用來確定操作者輸入的該卡片號對應(yīng)的操作步驟是Daoc_Card中的第幾個元素，當(dāng)操作者按步驟輸入時，輸入的操作號就會與Daoc_Card中已存的進行比較，如果正確的則通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機和下位機動作，比較后輸入有誤系統(tǒng)則會給出相應(yīng)的錯誤提示，這個卡片的總操作次數(shù)為從0到CInt（num）1，在該系統(tǒng)中用daoc_count來計數(shù)當(dāng)daoc_count=num時該卡片結(jié)束。系統(tǒng)的倒閘測評程序的流程如圖4所示。

圖4 倒閘測評流程圖Fig.4 The flow chart of the switchingoperation evaluation

在整個過程中，系統(tǒng)會對操作正確或錯誤的次數(shù)進行計數(shù)，分別存進test_True和 test_False，再根據(jù)此計數(shù)給出操作者的測評結(jié)果，前者用來統(tǒng)計在測評過程中操作正確的次數(shù)，后者用來統(tǒng)計操作錯誤的次數(shù)，總的操作次數(shù)是兩者之和。測評結(jié)果包含了姓名、操作次數(shù)、錯誤次數(shù)、錯誤率和日期這幾項內(nèi)容。

圖5為在此過程中比較算法流程圖。

圖5 比較算法流程圖Fig.5 The flow chart of comparison algorithm

3.4 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

測評結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫選用Access2003關(guān)系數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)中采用的是訪問ADODB類型庫，對數(shù)據(jù)庫進行訪問必不可少的一步就是建立和數(shù)據(jù)庫的連接，對ADO來說要打開連接就要通過Connection對象，在Connection對象中除了Open方法和Close方法外，還有一個很重要的方法——Execute方法，該方法可用于執(zhí)行一個SQL查詢，它既可執(zhí)行動作查詢，也可執(zhí)行選擇查詢[12]，該系統(tǒng)就是通過Execute方法來執(zhí)行SQL來完成對數(shù)據(jù)庫的各種基本操作。在使用ADO時可以通過對ConnectionString屬性的設(shè)置來完成一個連接所需的所有設(shè)置值，包括服務(wù)器、用戶名稱和密碼等。當(dāng)數(shù)據(jù)庫受密碼保護時可以通過UserName屬性和Password屬性來實現(xiàn)。要創(chuàng)建新紀(jì)錄可采用AddNew方法，要刪除當(dāng)前記錄采用Delete方法實現(xiàn)。

3.5 監(jiān)控畫面的設(shè)計

該系統(tǒng)的運行畫面的設(shè)計主要包括各模擬元件、各元件之間的連接方式、操作鍵盤和測評顯示等方面的內(nèi)容。系統(tǒng)中變電所的斷路器用雙色的方燈模擬，隔離開關(guān)用雙色的圓燈模擬，在Visual Basic 6.0的開發(fā)環(huán)境下不管是圓燈還是方燈都可以用Shape控件來建立一個控件數(shù)組來實現(xiàn)，只是在選擇Shape控件的Shape屬性的時候，一個設(shè)置為Circle，一個設(shè)置為Square，但是在這里考慮到后續(xù)程序的書寫，建立兩個控件數(shù)組來分別表示圓燈和方燈。

各連接線路可以采用Line控件來實現(xiàn)，在這里所有的線路可以用一個Line控件數(shù)組來完成，由于變電所的主接線圖不同段的線路在模擬屏上表示的顏色是不同的，所以在使用該控件數(shù)組的時候和上邊一樣考慮到后續(xù)設(shè)計它的Index屬性也要有一定的規(guī)律，也就是說同一顏色的線路的Index屬性要相連著，可以簡化程序。

在鍵盤設(shè)計的時候本系統(tǒng)先采用的Frame（框架）控件以便對其他控件進行分組，鍵盤的顯示部分采用TextBox控件來完成，其他的按鈕采用ComandButton控件，按鍵上的不同數(shù)字由它的Caption屬性來設(shè)置。在建立測評畫面的時候用到的控件和建立鍵盤時的一樣，這里不在細(xì)說，由于監(jiān)控畫面較大，在此只給出測評顯示部分畫面和鍵盤輸入部分的畫面設(shè)計，如圖6所示。

圖6 測評和鍵盤畫面設(shè)計Fig.6 The picture design of evaluation and the keyboard

4 結(jié)論

以面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0為平臺，開發(fā)了一種可以對模擬屏進行實時監(jiān)視和控制的，并能對變電所值班人員對倒閘操作的熟練程度進行檢測的后臺系統(tǒng)，這對提高變電所值班人員的操作正確性有很大的幫助。主要完成了以下工作：

1）采用串口RS-232通訊和軟件設(shè)計實現(xiàn)上位機與下位機之間的通訊。

2）研究了測評系統(tǒng)中模擬屏控制的相關(guān)算法，實現(xiàn)對模擬屏的監(jiān)視與控制。

3）編寫模擬屏倒閘測評程序，對變電所值班人員對倒閘操作的熟練程度進行考核，以起到監(jiān)督的作用，提高工作人員的業(yè)務(wù)水平。

目前該系統(tǒng)已用在鐵路供電段牽引變電所，現(xiàn)場使用反映良好。

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