基于组态王的牵引变电所自动化监控软件设计.docx

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基于组态王的牵引变电所自动化监控软件设计

本科毕业设计（论文）

GRADUATIONDESIGN（THESIS）

论文题目：

天水牵引变电所自动化监控软件设计

本科生姓名：

闫凌慧学号：

201211337

指导教师姓名：

董海鹰职称：

教授

申请学位类别：

工学学士专业：

电力工程与管理

设计（论文）提交日期：

2016年6月10日答辩日期：

2016年6月13日

本科毕业设计（论文）

天水牵引变电所自动化监控软件设计

TheDesign ofAutomation Monitoring Software  for TianshuiTractionSubstation

姓名：

闫凌慧

学号：

201211337

学院：

新能源与动力工程学院

专业班级：

电力工程与管理1201班

指导教师：

董海鹰

完成日期：

2016年6月1日

兰州交通大学

LanzhouJiaotongUniversity

摘要

牵引变电所监控软件是牵引变电所内运行设备和运行人员的接口，在牵引变电所自动化系统中占有极其重要的地位。

随着计算机和通信技术的发展，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行。

监控软件以其良好的实时性和可靠性得到了广泛的应用。

本文主要讨论了牵引变电所综合自动化系统的原理构造和功能、特点和变电所综合自动化中的应用，初步设计了牵引变电所综合自动化监控系统。

在本设计中，利用组态王6.5版软件作为平台，开发了牵引变电所综合自动化系统的主接线图，趋势曲线，以及数据报表，在牵引变电所系统监控界面制作和数据词典设计的基础上，实现了变电站系统的遥测、遥信、遥调和遥控的功能，完成了组态王与MicrosoftAccess数据之间的数据连接及访问。

结果表明，以组态软件为开发平台的牵引变电所监控系统具有良好的监控效果。

关键词：

牵引变电所；综合自动化；组态软件；监控

Abstract

Themonitoringandcontrollingsoftwareistheinterfaceofoperatorsandoperatingequipmentinthetractionsubstationautomationsystemwhichisoccupyingthesignificantimportanceinthetractionsubstationautomationsystem.Withthedevelopmentofthecomputerandcommunications,Chineseelectrifiedrailwaylineshasbeentopromoteuseofcentralizedmonitoringandremotecontrolsystems,tractionsubstationwillbetheprogressiverealizationofunmanned,whichisdirectlypowersuppliedbytheimplementationofremotecontroloperationscheduling.Monitorsoftwareisusedbymostelectricitymonitorsandcontrolsystemstoimprovethelevelofmonitoringandcontrollingbecauseofits’reliablequalityandrealtime.

Thefunctionsofsoftwareconfiguration,characteristicsandapplicationsinthesubstationautomationarediscussedinthethesis,thepreliminaryintegratedautomationfortractionsubstationmonitoringsystemisdesigned.ThedesignistakingtheKingview6.5versionofthesoftwareastheplatform,itdevelopingthetractionsubstationsynthesisautomationsupervisorysystem.Basedonthetractionsubstationsystemmonitoringcontactsurfacemanufactureanddatadictionarydesign,andtelemetry,remotesignals,remotetransferandtheremotecontrolfunctionofthetransformersubstationsystemisrealized,besides,itcompletesthedatalinkingandaccessingbetweenKingviewandMicrosofttheAccessdata.

ItshowsthatTractionSubstationMonitoringSystembasedonconfigurationsoftwarehasagoodeffectonsubstation.

KeyWords:

Tractionsubstation,IntegratedAutomation,Configurationsoftware,Monitorandcontrol

目录

摘要I

AbstractII

目录III

1绪论1

1.1变电站综合自动化的发展背景1

1.2牵引变电所综合自动化的基本概念1

1.3牵引变电所综合自动化系统的结构形式1

1.4牵引变电所综合自动化的功能2

2组态软件3

2.1组态软件概述3

2.2组态软件的功能3

2.3组态王6.5版介绍3

3牵引变电所监控软件的数据词典设计5

3.1变量及设备的定义5

3.1.1基本变量类型5

3.1.2系统预设变量5

3.1.3变量的定义和设置5

3.2变电站综合自动化系统的数据词典的设计6

3.3牵引变电所自动化监控软件组态7

4基于组态软件的监控软件人机界面设计13

4.1系统画面的建立13

4.2监控系统功能的实现15

5组态王SQL数据库概述20

结论21

致谢22

参考文献23

1绪论

1.1变电站综合自动化的发展背景

变电站是电力系统的主要组成部分，在发电厂和电力用户之间起着重要的作用。

变电站自动化水平的高低直接影响到电力系统运行的可靠性及供电的质量。

随着科技的发展，我国已广泛使用基于计算机技术的电力系统继。

现在我国新建或改建的变电站均采用了综合自动化系统的模式。

变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动等）利用计算机技术、现代通信技术，通过功能组合和优化设计，实现对变电站自动监控、测量、控制和调整的一种综合自动化系统[1]。

变电站综合自动化通过计算机实现了数据的共享、交换、监视和控制，因此有着很好的发展前景。

1.2牵引变电所综合自动化的基本概念

牵引变电所综合自动化系统是利用计算机通信技术，经过各种功能组合和优化设计，对变电站的二次设备（控制、信号、测量、保护自动装置及远动装置等）自动、监视、控制和协调的一种综合自动化和计算机、通信技术在变电所领域的综合应用，是实现牵引变电所无人值班或少人值班的可靠技术支撑[2]。

电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构。

系统主要由调度层、站控层、间隔层、设备层四部分组成。

1.3牵引变电所综合自动化系统的结构形式

牵引变电所综合自动化系统是以微机保护和计算机监控系统及变电所的其他智能设备的综合自动化[3]。

牵引变电所综合自动化系统分为站端层、网络通讯层、间隔层三部分。

牵引变电所综合自动化系统最主要的是牵引变电所综合自动化系统人机界面友好，屏幕化操作取代人工操作，如图1.1所示：

图1.1牵引所综合自动化系统截图

牵引变电所内有四个单元，分别是保护测控单元、当地监控单元、现场总线、视频监控单元，四个单元的相互配合实现了牵引变电所的四遥功能[4]。

1.4牵引变电所综合自动化的功能

目前，我国采用综合自动化技术不但提高了变电所全面的技术水品和管理水平，还提高了安全、可靠、稳定运行水平，降低了运行维护成本，提高了经济效益，促进了配电系统自动化。

牵引变电所综合自动化有监控子系统、微机保护子系统、备用电源自投、控制变电所综合自动化系统的通信任务的功能[5]。

2组态软件

2.1组态软件概述

组态王是运行于MicrosoftwindowsXP/NT/2000中文平台的全中文界面的人机界面软件（HMI）。

它包括工程管理器、工程浏览器、画面开发系统和运行系统四部分。

它是一个开放型的通用工程监控系统[6]。

2.2组态软件的功能

组态王的主要有基本人机界面功能、强大通讯功能、大部分驱动程序采用组件（COM）技术功能、与I/O设备之间的数据交换采用五种通讯方式功能、提供五种冗余方式功能。

此外，组态软件正在代替计算机语言的软件开发，不但具有提高系统的功率和可靠性，而且还缩短项目开发的周期，减少开发费用。

组态王软件是真正的32位程序，支持多任务、多流程，运用Windows98/windowsNT4.0，充分利用面向对象的技术和控件动态连接[7]。

2.3组态王6.5版介绍

组态王6.5是北京亚控科技研究设计的一套产品。

它具有简单易学、操作简单的特点。

它能够完成系统的数据库的建立，有独特的数据词典，数据库是系统的核心。

组态王还包括丰富的图库、多彩的画面，可以实现数据的实时记录、历史记录，完成数据的实时报警、历史报警，还有自己的报表窗口设计，可以实现对自动化系统的实时监控，大大地减少了工作人员到实地考察的时间，而且还可以系统的模拟演示，更好的实现对自动化系统的监视。

最主要的是组态王可以实现动画连接，可以让操作员看到真实的现场模拟情况。

组态王6.5可以连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等工业自动化设备。

组态王6.5还有很强的通讯能力，可以实现对数据词典的导入、导出等，数据词典导出显示图如图2.1所示。

而且它还可以管理多个窗口，实现多个界面的同时运行。

图2.1数据词典导入导出图截图

3牵引变电所监控软件的数据词典设计

数据库是组态王系统中是系统变量和用户定义的变量存放的地方。

多个变量共同组成了数据词典，数据词典包括每个变量的所有被使用的详细信息。

3.1变量及设备的定义

3.1.1基本变量类型

基本变量有内存变量和I/O变量。

组态王中变量的数据类型主要有种实型变量、离散变量、字符串型变量、整数变量、结构变量五种。

特殊变量类型有报警窗口变量、历史趋势曲线变量、系统预设变量三种。

3.1.2系统预设变量

预设变量就是系统已经定义且自动更新而工程人员只能直接使用却不能自己改变和定义的量。

如图3.1所示：

图3.1数据库中的预设变量截图

3.1.3变量的定义和设置

用户可以在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，会出现一个变量画面，然后点击“新建”图标，将会弹出“定义变量”属性对话框可以看出它是由基本属性、报警配置、记录和安全区三部分不组成，定义的变量的连接设备只对I/O类型的变量起作用。

用户可以根据自己对变量的要求，实现对变量的基本属性的定义，如下截图3.2所示：

图3.2定义变量卡片截图

3.2变电站综合自动化系统的数据词典的设计

数据库是组态王系统中是系统变量和用户定义的变量存放的地方。

多个变量共同组成了数据词典，数据词典包括每个变量的所有被使用的详细信息，在组态王中，现场的模拟是通过动画连接来实现的，动画连接的变量就来自于数据库中的基本变量。

因此数据库具有桥梁的作用。

本设计建立的数据库如下图3.3和图3.4所示：

图3.3组态王数据词典截图

图3.4组态王数据词典截图

3.3牵引变电所自动化监控软件组态

（1）新建工程及画面制作

打开工程浏览器，点击新建工程，创建牵引变电所监控软件设计，如图3.5所示：

图3.5新建工程画面截图

打开工程浏览器，将会出现监控画面的设计版面，点击新建，进行我们所需要的画面的建立，如图3.6所示：

图3.6监控画面截图

（2）定义设备

组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备，只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。

为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。

定义新的设备PLC1，操作过程如图3.7、图3.8、图3.9和图3.10所示：

图3.7定义新的设备PLC1操作过程截图

图3.8定义新的设备PLC1操作过程截图

图3.9定义新的设备PLC1操作过程截图

图3.10定义新的设备PLC1操作过程截图

（3）定义数据词典和结构变量

根据前面设计好的变量按照其变量名，变量类型及所需要的初值等相关量在数据词典中逐一详细定义，如图3.11和图3.12所示：

图3.11数据词典定义截图

图3.12结构变量定义截图

（4）报警基本设置及定义

在组态王的数据词典中选择需要进行报警定义的变量，双击后将会出现操如图3.13所示的对话框：

图3.13报警设置及定义卡片截图

（5）实时曲线和历史曲线定义

分别设置实时曲线和历史曲线的曲线定义和历史曲线,对电压、电流等变量曲线输出线型及曲线颜色进行设置，如下图3.14和图3.15所示:

图3.14实时曲线定义卡片截图

图3.15历史曲线定义卡片截图

4基于组态软件的监控软件人机界面设计

4.1系统画面的建立

（1）系统进入界面设计

当界面切换到“VIEW”时，进入运行状态自动弹出主画面界面，界面显示：

欢迎进入牵引变电所综合自动化监控系统界面，如图4.1：

图4.1系统主界面截图

点击主界面“进入”按钮时进入登陆界面，如图4.2所示：

图4.2登陆界面截图

（2）主接线图的设计点

击登录成功后系统进入主接线图，接线图上显示着牵引变电所的一次接线的情况，两个主变压器，母线a、b，机务段等各项遥测的参数，以及进入其他画面的按钮，可以通过图中按钮和菜单选项进入其他画面进行查询和控制。

由于主接线图交大，所以截取部分图4.3所示:

图4.3系统主接线截图

点击“2LH”的位置，弹出“主变压器1”画面，如图4.4所示：

图4.4主变压器1截图

点击”机务段“的位置，系统弹出“27.5KV出线图”画面，此画面显示着机务段馈线的各个状态量的实时变化，如图4.5所示：

图4.527.5KV出线截图

4.2监控系统功能的实现

（1）遥测

遥测数据显示，在主接线图中点击“遥测总图”，显示了牵引变电所系统中的重要数据的实时监测。

如图4.6所示：

图4.6遥测数据实时报表截图

在系统运行时，当电压电流超出上限或者低于下限时，会自动报警，点击实时报警窗口，将会显示报警原因、时间等，如图4.7所示：

图4.7实时报警窗口截图

当打开历史报警画面时，就会弹出历史报警窗口图，如图4.8所示：

图4.8历史报警截图

（2）遥控

当系统进入运行画面时后，主变压器1处于断开状态，主变压器2处于工作状态，变压器1和变压器2是一用一备的，在变压器2运行时，点击主变压器1中的任何开关时，开关时断路器是不会闭合，只有当变压器2中的某个开关断开时，变压器1才会投入使用，同理变压器1运行时也是如此。

当110KV电压经过变压器变压后，母线a和b分别给各个负载供电，机务段有母线a供电，正常运行状况下，，断路器218工作，而50﹪备用的断路器24B处于断开状态，当断路器218发生故障断开时，这时控制断路器24B和断路器2182闭合，以确保机务段正常运行。

同理，当伯阳上行和伯阳下行发生故障时，断路器218开始使用。

（3）遥调

当系统运行时，系统的电压降出现过高或者过低的情况，这就有需要对电压惊醒调整，使其保持在恒定值，本设计的调压窗口如图4.9所示：

图4.9调压窗口截图

（4）遥信

当系统中的主变器压出现电压偏高或者偏低时，这将有实时报警窗口和历史报警窗口的弹出，对报警的原因也将会显示出来。

（5）实时趋势曲线和历史趋势曲线

当系统处于运行系统时，打开实时曲线和历史曲线，就可以显示本站点电压电流的变化趋势，并对其数据进行记录，如图4.10、图4.11和图4.12所示：

图4.10实时电压曲线截图

图4.11实时电流曲线截图

图4.12历史趋势曲线截图

（6）实时报表和历史报表

系统自运行过程中产生的参数可由组态王的实时报表和历史报表进行记录，实现了数据的实时显示和存储，如图4.13和图4.14所示：

图4.13实时报表截图

图4.14历史报表截图

（7）查看信息窗口

组态王提供了自己的信息窗口，反应组态王系统运行的情况，如图4.15所示：

图4.15信息窗口截图

5组态王SQL数据库概述

组态王SQL能够实现组态王和其他ODBC数据库之间的数据传输[8]。

组态王SQL函数的调用可以实现表格的各种操作功能,主要运用库中的SQL函数和数据库交换信息，组态王SQL与数据库连接功能的实现，首先要定义ODBC数据源，其次实现与数据库的连接，完成后可以实现对变量的录入和查询，如图5.1所示：

图5.1监控系统数据库截图

结论

这次设计完成了一次主接线的设计、主界面设计、登陆界面、主变压器、趋势曲线设计、报表系统设计、报警设计以及数据库的设计，这些设计的完成可以实现对牵引变电所的变量的实时采集，最后以曲线的形式或报表的形式反映在操作人员面前。

这次设计遇到的最大问题就是组态王数据库的建立和SQL函数的调用，即使到设计的最后也没能解决数据库的问题。

请教了小组的伙伴和指导老师，但是由于数据库设计的技术要求很高，所以还是未能完成数据库的运行，只是进行了界面的设计。

通过这次设计得出了以下结论：

（1）牵引变电所一次接线图的监控界面可以反映整个变电所的主要结构；

（2）电压、电流等电量的报表和曲线的显示有利于实时调整系统参数；

（3）本设计可以及时的发现变电站的不正常运行状态及故障所在，可以及时地有效处理。

但是由于对牵引变电所自动化及其监控了解仅限于理论基础上，加之组太软件变量设置受限，使监控仿真结果存在很大的偏差。

致谢

通过一学期的努力，我的毕业设计总算接近尾声，很开心，但也很悲伤。

开心的是完成了自己的设计，悲伤的是我要离开了我热爱的母校。

刚开始的时候，总抱怨自己为什么会来到这样一个地方，为什么自己考得那么差。

可是当来了之后，我遇见了世上所有的美好。

首先，很感谢我能够遇到可爱的室友，四年我们一起生活，一起上课，一起笑，一起努力；其次，我感谢我遇到了最优秀的老师团队，他们指导我们开心充实的走完四年大学的时光，给予了我们最大的关怀和鼓励，陪我们一起学习，陪我们一起找工作，最后还指导我们完成四年中最主要的作业毕业设计。

他们不但是我们的老师，更是我们生活中不可或缺的朋友，他们指引我们正确的前进方向；最后，就是感谢家人在背后默默的支持，他们是我们的后备军，是我们的避风港，是我们爱的起点，谢谢他们给予我们最真诚的爱和帮助。

四年不长不短，恰恰记录了我们所有的美好，这里是我们走进梦想的阶梯，感谢时光，带我来了这么美好的校园。

这里有朗朗的读书声，有欢声笑语，有追逐梦想的脚步，有纯真的友谊，有美好的爱情……总之，要感谢这里的所有，在这里我也遇见了最美好的自己，但愿接下来的时光里，我们能够怀着一颗感恩的心，学会感恩，懂得感恩。

参考文献

[1]张晓春.变电站综合自动化[M].北京:

高等教育出版社,2006:

4-23.

[2]屠强.变电所自动化实用技术及应用指南[M].北京:

中国电力出版社,2004:

1-6.

[3]黄金海,韩明光.牵引变电所综合自动化系统的结构与应用[J].继电器,2007,35.（S1）:

341-343.

[4]丁书文.变电站综合自动化技术[M].北京:

中国电力出版社,2005,:

1-95.

[5]朱松林.变电站计算机监控系统及其应用[M].北京:

中国电力出版社,2008:

14-162.

[6]张儒.变电站综合自动化原理与运行[M].北京:

中国电力出版社,2008:

44-153.

[7]北京亚控科技发展有限公司,组态王6.51手册[M].

[8]于永源.电力系统分析[M].北京:

中国电力出版社,2007:

5-21.