基于工業(yè)組態(tài)軟件的發(fā)電機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

王建軍，楊翠萍，李秀玲

（張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口075000）

發(fā)電機(jī)組在電力生產(chǎn)企業(yè)中擔(dān)負(fù)著發(fā)出電能的關(guān)鍵任務(wù)，是發(fā)電企業(yè)中的主要設(shè)備，主要作用是通過(guò)主變壓器升壓，然后將電能送至電網(wǎng)以供用戶(hù)使用。因此發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，安全、高效和經(jīng)濟(jì)地發(fā)出電能，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有十分重要的作用。

目前，我國(guó)大部分發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控和管理都是采取集中式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，功能相對(duì)單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制、管理的一體化。導(dǎo)致相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)各部分之間存在結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)等不統(tǒng)一，通信接口不標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅影響著監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化程序，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不能安全可靠地運(yùn)行。

本文開(kāi)發(fā)了基于工業(yè)組態(tài)軟件的新型發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠；與下位機(jī)通訊良好，通訊故障率低；界面友好，操作簡(jiǎn)單；報(bào)警及時(shí)、實(shí)時(shí)，歷史趨勢(shì)曲線完備；并且具有極高的安全性，能夠有效地保證發(fā)電機(jī)組安全、可靠地運(yùn)行。

1 工業(yè)組態(tài)軟件特性分析

發(fā)電機(jī)組監(jiān)控的要點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件對(duì)準(zhǔn)確采集的各種電氣狀態(tài)參量進(jìn)行有效地分析，從而達(dá)到準(zhǔn)確了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)有效管理的目的。監(jiān)控軟件不僅要確保發(fā)電機(jī)安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，同時(shí)還必須能夠與監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)管理、控制的一體化。

目前，我國(guó)大多數(shù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，都是利用某種高級(jí)語(yǔ)言，例如VB、VC等可視化編程工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。但是隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)方式已經(jīng)很難再滿足用戶(hù)的各種需求。一方面，應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的電氣設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，控制精確度要求越來(lái)越高，使得開(kāi)發(fā)難度日益增加；另一方面，由于設(shè)備更新速度加快，使其源程序不得不經(jīng)常進(jìn)行修改，使源程序的可靠性受到極大的影響。

而工業(yè)組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決以上問(wèn)題提供了一種嶄新的辦法。因?yàn)樗芎芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶(hù)能根據(jù)自已的控制對(duì)象和控制目的做功能上的任意組合，完成最終的自動(dòng)控制工程[1]。

組態(tài)軟件是指針對(duì)一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，是位于自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，是使用靈活的組態(tài)方式為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的人機(jī)接口軟件(HMI)概念，組態(tài)軟件就是一個(gè)使用戶(hù)能快速建立自已HMI的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境。

目前，應(yīng)用最為廣泛的是Windows環(huán)境下的組態(tài)軟件，其最突出的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)功能的增強(qiáng)和圖形功能的健全。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度勢(shì)必會(huì)不斷提高，因此利用工業(yè)組態(tài)軟件來(lái)開(kāi)發(fā)企業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。

2 以組態(tài)王軟件為基礎(chǔ)的發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

組態(tài)王軟件是通用工業(yè)組態(tài)軟件的一種，是目前比較流行的智能軟件包，其主要功能是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象的人機(jī)接口，利用軟件包組件構(gòu)建出適用于當(dāng)下系統(tǒng)工作狀態(tài)的軟件系統(tǒng)，并接收下位機(jī)傳送來(lái)的采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

組態(tài)王軟件支持完善的網(wǎng)絡(luò)通訊功能：一種是服務(wù)器模式；另一種是Internet/Intranet模式，可以根據(jù)用戶(hù)需要選擇構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的形式。

利用組態(tài)王建立應(yīng)用程序項(xiàng)目一般分為五個(gè)步驟[1]：設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件界面；定義設(shè)備；構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)；建立動(dòng)畫(huà)連接；運(yùn)行和調(diào)試。

(1)設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件界面，監(jiān)控軟件的界面是系統(tǒng)與用戶(hù)交流的窗口。組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)通過(guò)新建畫(huà)面屬性來(lái)定義相應(yīng)的軟件界面，具體頁(yè)面如圖1所示，可以看出在其上可以直接定義畫(huà)面名稱(chēng)、畫(huà)面位置、畫(huà)面風(fēng)格、背景及類(lèi)型等屬性。

圖1 畫(huà)面屬性設(shè)置

(2)定義設(shè)備，設(shè)備的定義是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具體的定義如圖2所示。從圖2可以看出，設(shè)備的定義除了定義設(shè)備自身的屬性?xún)?nèi)容外，還需要定義設(shè)備的數(shù)據(jù)采集方式、與主服務(wù)器的通信方式及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。

圖2 設(shè)備參數(shù)定義圖

(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的定義是一個(gè)合格的監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，是聯(lián)系上位機(jī)與下位機(jī)的橋梁。在組態(tài)王軟件中，數(shù)據(jù)存放方式是數(shù)據(jù)字典，在數(shù)據(jù)字典中可以定義變量名、變量類(lèi)型、最大最小值、連接設(shè)備、寄存器、數(shù)據(jù)類(lèi)型等，具體的界面如圖2中所示。

(4)建立動(dòng)畫(huà)連接，為了實(shí)時(shí)顯示發(fā)電機(jī)組各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，就必須為各個(gè)定義好的設(shè)備參數(shù)顯示頁(yè)面定義動(dòng)畫(huà)連接，定義動(dòng)畫(huà)連接的具體方式如圖3所示。

圖3 動(dòng)畫(huà)連接對(duì)話框

(5)運(yùn)行和調(diào)試，當(dāng)在組態(tài)王軟件中把以上的參數(shù)設(shè)置完成后，就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連接調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試的重點(diǎn)主要放在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊功能上。

組態(tài)王與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊主要通過(guò)三種方式來(lái)完成：一種是串行通訊，利用RS232串行通訊電纜連接到安裝有監(jiān)控軟件的串口；第二種是DDE方式，在此方式下，I/O設(shè)備可以通過(guò)DDE服務(wù)程序與安裝有監(jiān)控軟件的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；第三種方式是利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式來(lái)完成數(shù)據(jù)通訊，這種方式將每一個(gè)I/O設(shè)備作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，與監(jiān)控程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[2]。

目前，以組態(tài)王為核心的軟件可以和幾百種外部設(shè)備進(jìn)行連接，這些設(shè)備有PLC、智能儀表、變頻器及其它工控設(shè)備等，并采用COM組件技術(shù)完成設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，這些組件接收來(lái)自于I/O設(shè)備的輸入來(lái)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行信息，如機(jī)器的轉(zhuǎn)速、溫度、電壓、電流等，同時(shí)這些組件還可以利用I/O設(shè)備的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，如關(guān)閉/啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、改變轉(zhuǎn)速等。

組態(tài)王是基于網(wǎng)絡(luò)概念的，可運(yùn)行在基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以靈活設(shè)置或改變，從而形成一個(gè)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

組態(tài)王軟件是具有分布式環(huán)境下的組態(tài)功能、全面支持ActiveX、擴(kuò)展能力強(qiáng)、支持OPC等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、控制功能強(qiáng)、并能通過(guò)Internet進(jìn)行訪問(wèn)的開(kāi)放式系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)利用組態(tài)王軟件，開(kāi)發(fā)了發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)集數(shù)據(jù)的采集與傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理與遠(yuǎn)程控制于一體，形成了全方位的企業(yè)信息管理系統(tǒng)，提高了企業(yè)的管理水平。

[1]楊令.基于工業(yè)組態(tài)軟件的發(fā)電機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造[D].成都：電子科技大學(xué)，2008：6-7.

[2]舒勝?gòu)?qiáng).基于組態(tài)方法的嵌入式以太網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)研究與實(shí)踐[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2010：9-11.