組態(tài)軟件在水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

摘 要：介紹了工業(yè)控制領域中組態(tài)軟件的功能與特點，依據(jù)水電廠的工作原理及技術需求，闡述了組態(tài)軟件InTouch在水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的關鍵技術，并以某水電廠為例，介紹了InTouch軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。

關鍵詞：組態(tài)軟件；InTouch；水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)

1 組態(tài)軟件概述

計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件一般包括以下兩種模式，一種模式是基于Unix系統(tǒng)開發(fā)的監(jiān)控軟件，這類軟件一般要求使用及維護人員具有一定的專業(yè)基礎，以便于進行系統(tǒng)的維護和修改；另一種是采用基于Windows平臺支持的組態(tài)軟件，是一種專門用于過程控制、具有良好人機界面的軟件包，使得工程技術人員從繁雜的軟件開發(fā)中解脫出來。組態(tài)軟件廣泛應用于化工、交通、電力等工業(yè)控制領域。在工業(yè)控制領域中，常用的組態(tài)軟件有美國的InTouch、Fix以及國內(nèi)的組態(tài)王KingView軟件等。組態(tài)軟件具有如下優(yōu)點：

（1）具有成熟的工作平臺支持，其中以Windows系列平臺的支持最為廣泛；（2）良好的人機界面，操作靈活、快捷；（3）軟件開發(fā)在結構和實現(xiàn)手段上經(jīng)過特別處理，實時性強；（4）功能組態(tài)方便，便于修改及擴展功能；（5）具有強大的網(wǎng)絡功能，支持實時數(shù)據(jù)庫共享和分布式歷史數(shù)據(jù)庫；（6）支持多媒體、語音報警、視頻輸出等。

2 InTouch在水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

水電廠多按照“無人值班（少人值守）”的方式進行設計，采用開放環(huán)境下的分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)。應用組態(tài)軟件InTouch進行水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)，開發(fā)人員利用其完善的內(nèi)部工具包，在面向?qū)ο蟮膶哟紊贤瓿筛鞣N功能的開發(fā)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視設備運行狀態(tài)及運行參數(shù)、通過便捷方式啟動各種控制調(diào)節(jié)流程、事故及故障報警等，保證水電廠控制功能的實現(xiàn)。InTouch包含三個主要程序，即：應用程序管理器，Window Maker 和Window Viewer，另外還包括診斷程序Wonderware Logger。Window Maker是一個開發(fā)環(huán)境，可以用面向?qū)ο蟮膱D形創(chuàng)建動畫顯示窗口，該顯示窗口與工業(yè)I/O系統(tǒng)相連。Window Viewer用以顯示在Window Maker中創(chuàng)建的圖形窗口，執(zhí)行InTouch QuickScripts進行歷史數(shù)據(jù)的記錄和報告，處理報警記錄和報告等。

2.1 標記名字典（運行實時數(shù)據(jù)庫）的應用

標記名字典（運行實時數(shù)據(jù)庫）是InTouch的核心。為創(chuàng)建運行時數(shù)據(jù)庫，InTouch需要所有已創(chuàng)建變量的信息。InTouch的標記定義與一般的變量定義有較大差別，它在標記定義時，可以賦予標記多種屬性。InTouch標記的確切定義，是指具有多種屬性的、任意形式的變量。標記的屬性主要有類型屬性（如內(nèi)存型、I/O型或其它類型如組變量等）和細節(jié)屬性（如初始值、工程單位、死區(qū)等）兩大類。當在InTouch數(shù)據(jù)庫中定義標記名時，必須根據(jù)其用途，為每一個標記名指定一種類型。假如一個標記名要讀或?qū)懭雭碜袁F(xiàn)場I/O的模擬量的數(shù)值，如寫入發(fā)電機的有功功率，它就必須定義為一個I/O實型的標記名。生產(chǎn)現(xiàn)場的所有模擬量、開關量數(shù)據(jù)，只有事先在標記名字典中對數(shù)據(jù)點進行定義，且與機組現(xiàn)地控制單元LCU（Local Control Unit）控制單元的內(nèi)部地址一一對應，才能將數(shù)據(jù)在操作員工作站的動態(tài)畫面上顯示。

2.2 人機界面的生成

組態(tài)軟件提供了較為完善的人機界面HMI（Human Machine Interface）。利用InTouch組態(tài)軟件的標記名字典、圖形編輯器、腳本功能、事件處理器、用戶管理器、報警處理等功能建立系統(tǒng)的操作站人機界面。Intouch除提供基本繪圖模板外，還針對電力系統(tǒng)特點，在開發(fā)工具包中提供面板（Panel）、燈（Light）、電表（Meter）等多種模板。

InTouch的每一個窗口都可以用與過程或變量組態(tài)鏈接的方法做成隨實際情況變化或用戶意圖變化的窗口。一旦與窗口內(nèi)容相關連的變量或條件發(fā)生變化，窗口畫面中的相應環(huán)節(jié)隨之產(chǎn)生變化。在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中，可以組態(tài)各種實時運行狀態(tài)圖、棒圖、動態(tài)流程圖等動態(tài)畫面，這不僅給運行人員以明確的運行指示，而且對重要的變位、事件等可通過畫面變換、閃爍等方式提示和報警。監(jiān)控畫面設定不同的優(yōu)先級，事故和故障告警的優(yōu)先級最高。在InTouch內(nèi)部，具備完善的事件記錄功能，并自動生成事件記錄表。

2.3 I/O通信的實現(xiàn)

Wonderware公司與100多家第三方開發(fā)公司（包括Allen-Bradley，Siemens等）合作，目前主流的通信協(xié)議（例如以太網(wǎng)Modbus、串口Modbus）都有現(xiàn)成的I/O通信驅(qū)動。

InTouch支持的通訊協(xié)議包括：Microsoft動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、FastDDE、NetDDE和Wondeware Suitelink。DDE允許在Windows環(huán)境中的應用程序彼此發(fā)送/接收數(shù)據(jù)和指令。FastDDE可以把許多FastDDE專用消息壓縮成單個Microsoft DDE消息，減少了DDE交易總數(shù)，提高了效率和性能。NetDDE擴充了Microsoft DDE的功能，包括局域網(wǎng)之間和通過串行端口的通信。NetDDE與其他I/O設備實現(xiàn)通信，可以方便地實現(xiàn)與網(wǎng)絡節(jié)點設備之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換，這為水電廠的集中監(jiān)控和多級監(jiān)控系統(tǒng)的通信提供了條件。

3 應用舉例

某水電廠應用InTouch開發(fā)的機組運行參數(shù)實時監(jiān)控畫面如圖1所示。該水電站采分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由主控級和現(xiàn)地單元控制級（LCU）構成。廠級監(jiān)控層實現(xiàn)對全廠信息的管理，包括對各LCU設備進行監(jiān)控，對采集的模擬量、數(shù)字量進行存儲等。現(xiàn)地控制層由多個LCU組成，控制設備采用Quantum系列的PLC，并配有多功能表，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。畫面顯示了當前機組的運行狀態(tài)，包括機組斷路器及隔離開關的位置，可進行啟、停機控制，實時監(jiān)視啟、停機的的全過程，測量機組的頻率、有功、無功功率以及定子和轉(zhuǎn)子的電流、電壓等。通過現(xiàn)地監(jiān)控計算機或上位機，可以進行畫面切換，對機組各主要設備及輔機設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視，如：開機及停機過程監(jiān)視、機組的振動擺度情況、主變壓器的運行狀態(tài)等。利用InTouch的繪圖模板和開發(fā)工具包，創(chuàng)建所需要的窗口，每一個窗口與相應的變量組態(tài)，實時反應該變量的變化情況。

4 結束語

在水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)中，組態(tài)軟件以其通用性強、功能豐富、便于使用而受到工程技術人員的青睞，在工程實踐中得到了廣泛的應用。隨著計算機技術的發(fā)展，以及水電廠對控制要求的不斷更新與提高，組態(tài)軟件必然得到完善，更好地適應現(xiàn)場的要求。

作者簡介：鄭文（1972-），女，碩士，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化方面的研究，副教授。