工控組態軟件（ＭＣＧＳ）在電力系統倒閘操作中的應用

摘 要： 本文主要介紹了工控組態軟件（MCGS）的概況，并利用其優點建立可供運行人員進行倒閘操作培訓的仿真界面的方法。

關鍵詞： MCGS 電力系統 倒閘操作

1.引言

電力系統運行設備的倒閘操作是一項既復雜、繁瑣又重要的工作，往往包括一、二次設備的操作，操作項目有時多達幾十項，而且工作經驗性強，因此對操作人員的要求很高，操作人員一旦受環境、情緒和健康因素影響，難免就會出錯，當遇上緊急情況或需要頻繁操作時，發生錯誤的幾率更高。誤操作輕則導致設備損壞，小范圍停電，重則造成系統瓦解，甚至人員傷亡。為了防止誤操作，電力部門制定了嚴格的操作制度和操作規程，各地也設計、制造了多種機械式、電磁式防誤閉鎖裝置，盡管如此，誤操作仍時有發生。電氣操作票制度是我國電力系統運行管理中一套行之有效的安全措施，它保證了操作的安全，對電力系統的安全運行起到了極其重要的作用。

自上世紀80年代中期以來，國內一些高校及科研院所先后開展了這方面的研究工作，并開發了針對某一具體發電廠或變電站的微機生成操作票系統。這些系統投人到實際的電力生產管理中以后，它們的有效性逐步為許多運行人員認可。其中，有的采用專家系統的設計思想實現，有的基于傳統程序設計方法實現，各有優點。電力部門希望這些系統除了能實現自動生成操作票外，還要能夠進行模擬演示以便對員工特別是新進人員進行培訓，這就需要這些系統有良好的交互界面。目前雖然有一些面向對象的編程語言，可是這些語言對人員各方面要求比較高，要想熟悉系統就必須掌握好這樣的編程語言，而工控組態軟件（MCGS）正好可以彌補這方面的不足。

2.MCGS簡介

MCGS全中文工控組態軟件是北京昆侖通態自動化軟件有限公司開發的一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，可運行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等操作系統。

MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出及企業監控網絡等功能。

使用MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成一個運行穩定、功能全面、維護量小并且具備專業水準的計算機監控系統的開發工作。

MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業、電力系統、水處理、環境檢測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩定可靠。

MCGS組態軟件由“MCGS組態環境”和“MCGS運行環境”兩個系統組成。用戶的所有組態配置過程都在組態環境中進行，組態環境相當于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設計和構造自己的應用系統。運行環境是一個獨立的運行系統，它按照組態結果數據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。組態數據庫完成了MCGS系統從組態環境向運行環境的過渡，它們之間的關系如圖1所示。

MCGS組態軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，如圖2所示，每一部分分別進行組態操作，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設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。

（2）設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。

（3）用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數據與曲線圖表等。

（4）實時數據庫：是工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。

（5）運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（if...then腳本程序），選用各種功能構件，如：數據提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。

3.MCGS在倒閘操作系統中的應用

3.1建立圖形數據庫

圖形數據庫存儲一次接線圖的作圖數據，在此數據庫中，除了繪制了基本的圖元對象，根據一次系統圖中不同線路可能元件相同，只是編號不同的特點，把一些常見的圖元組合成圖符，統一存放在一次元件數據庫中。用戶只要點擊相應的圖元或圖符，在用戶窗口中就可以進行組態一次系統圖。如圖3所示是對典型35kv變電站一次系統的組態。

3.2定義數據變量

實時數據庫是MCGS工程的數據交換和數據處理中心。MCGS中的數據不同于傳統意義的數據和變量，它不僅包含變量的數值特征，還將與數據相關的其他屬性（如數據的狀態、報警處理等）及對數據的操作方法（如存盤處理、報警處理等）封裝在一起，作為一個整體，以對象的形式提供服務。這種把數值、屬性和方法定義成一體的數據稱為數據對象。

MCGS用數據對象表述系統中的實時數據，用對象變量代替傳統意義的值變量。把用數據庫技術管理的所有數據對象的集合稱為實時數據庫，實時數據庫是MCGS的核心，是應用系統的數據處理中心，系統各個部分均以實時數據庫為公用區交換數據，實現各個部分協調動作。設備窗口通過構件驅動外部設備，將采集的數據送入實時數據庫；由用戶窗口組成圖形對象，與實時數據庫中的數據對象建立連接，以動畫形式實現數據的可視化；運行策略通過策略構件，對數據進行操作和處理，如圖4所示。

3.3動畫連接

由圖形對象搭制而成的圖形界面是靜止的，需要我們對這些圖形對象進行動畫屬性設置，使它們“動”起來，真實地描述外界對象的狀態變化，達到過程實時監控的目的。

MCGS實現圖形動畫設計的主要方法是將用戶窗口中的圖形對象與實時數據庫中的數據對象建立相關性連接，并設置相應的動畫屬性，這樣在系統運行過程中，圖形對象的外觀和狀態特征，就會由數據對象的實時采集結果進行驅動，從而實現圖形的動畫效果，使圖形界面“動”起來。

由于一次系統倒閘操作，我們是通過對刀閘/開關的“斷開”、“閉合”來實現的，也就是所操作的對象都是一些開關量，因此在設置動畫連接時，只要在設置對象屬性時，對其“可見度”進行設置就可以了。以對刀閘3112的設置為例，操作步驟如下：

（1）雙擊圖形對象刀閘3112的“斷開”圖元，進入屬性設置窗口，如圖5所示。

（2）選中特殊動畫連接中的“可見度”框，點擊“可見度”標簽。

（3）在表達式中輸入“dz3112”，選中當表達式非零時“對應圖符不可見”；若對“合上”圖元進行設置，則選中當表達式非零時“對應圖符可見”，如圖6所示。

對于潮流分布的動畫顯示，可以通過選中顏色動畫連接中“邊線顏色”，當有電流時，將邊線設置為紅色，否則為黑色，從而可以動態地顯示潮流分布情況。

3.4腳本程序

腳本程序是組態軟件中的一種內置編程語言引擎。當某些控制和計算任務通過常規組態方法難以實現時，通過使用腳本語言，能夠增強整個系統的靈活性，解決其常規組態方法難以解決的問題。

MCGS腳本程序為有效地編制各種特定的流程控制程序和操作處理程序提供了方便的途徑。它被封裝在一個功能構件里（稱為腳本程序功能構件），在后臺由獨立的線程來運行和處理，能夠避免由于單個腳本程序的錯誤而導致整個系統癱瘓。

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單直觀，力求做到使大多數普通用戶都能正確、快速地掌握和使用。

腳本程序的語言要素主要有：數據類型、變量及常量、MCGS對象、表達式、運算符、運算優先級。

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組態軟件中有五種應用場合，分別為：在“運行策略”中的“腳本程序”構件中使用；在用戶窗口中“標準按鈕”的屬性設置中的“腳本程序”中使用；在用戶窗口設置事件的腳本函數中使用；在“菜單”屬性設置中的“腳本程序”中使用；還可以在“用戶窗口”屬性設置中的“啟動腳本”、“循環腳本”、“退出腳本”中使用。

本系統的控制流程要求進行倒閘操作時，要能正確顯示潮流分布情況，出現誤操作時，能及時報警。以主變壓器TM1所在支路為例進行分析。

（1）潮流分布情況分析

如果35KV 4#母線有電以及主變TM1母線側刀閘3014閉合，則主變TM1有電。

如果主變TM1有電以及主變TM1負荷側手推車601閉合，則6KV 1#母線有電。

如果35KV 4#母線沒電或者主變TM1母線側刀閘3014斷開，則主變TM1沒電。

如果主變TM1沒電或者主變TM1負荷側手推車601斷開，則6KV 1#母線沒電。

（2）倒閘操作分析

如果主變TM1由運行轉為檢修，則先合上6KV母聯手推車開關120，斷開主變TM1負荷側手推車601，斷開1#進線開關311，再斷開PT349，最后斷開主變TM1母線側刀閘3014。

若沒有按照此步驟進行操作，則出現報警。

3.5與其他應用程序交互

MCGS組態軟件本身的自動化功能可以幫助用戶在其它應用程序中很方便地操縱MCGS組態軟件的運行。比如說，用戶可以在一個程序里指揮MCGS運行環境打開某個窗口、執行某個策略、向某個設備發出命令等。基本上，在MCGS組態軟件中用腳本程序可以完成的功能都可以通過MCGS組態軟件的自動化功能完成。

MCGS把其核心作為一個對象包裝起來，把MCGS的大多數功能作為對象的屬性和方法暴露出來，使其它的應用程序通過OLE自動化來操作MCGS，在Visual Baisc、Excel、Access和、Delphi中都可以通過OLE自動化來取得MCGS實時數據庫對象，編程操作MCGS提供的屬性和方法。

4.結語

在電力系統倒閘操作中，要建立可供運行人員培訓或練習的模擬屏，可利用MCGS操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，組態相關系統的操作界面，由于MCGS是全中文的，簡單易學，也給電力系統的倒閘操作增加了可靠性。

參考文獻：

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

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

［3］錢振華.電氣設備倒閘操作技術問答［M］.北京中國電力出版社，1998.3.