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1、第28卷 第1期2005年6月 上海船舶运输科学研究所学报JOURNALOFSSSRIVol.28 No.1Jun.2005 文章编号:100024696(2005)0120037204收稿日期:2004211218基于iFIX平台的电力监控系统的开发王承定(交技公司)摘 要:简述iFIX工程组态软件的概况、功能,以电站监控系统的设计为背景,介绍iFIX的具体应用及其应用效果。关键词:工业自动化;电力监控系统;工程组态软件中图分类号:TP273+.5 文献标识码:AThe Development of iFIX Platform Based Electric Power Monitoring
2、SystemWANG Chen2ding(Communication technology company)Abstract:The iFIX software and its functions are briefly described.The application of iFIX and its effectiveness are introduced in a design ofpower station monitoring system.Key words:Industrial automation;Electric power monitoring system;Enginee
3、ring configuration software1 引言 随着工业自动化技术的飞速发展,人们对自动化监控系统,特别是对监控软件的要求越来越高,要求界面友好、图形丰富、操作方便、实时性好、开发周期短,便于更改、扩充、升级。目前广泛使用的工程组态软件包有Intouch、iFIX、Citect、Rsview、Wincc、组态王等。其中iFIX是近年来深受用户喜爱的软件包之一,它成功的应用于电力、化工、交通、机械、输油等过程控制领域。本文以电力监控系统的开发为例,详细介绍iFIX软件在具体工程中的应用。2iFIX简介2.1 概述iFIX工程组态软件是由美国Intellution公司开发的基于Wi
4、ndows平台的大型应用软件。它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身。它采用了开放式的结构,并运用了微软的一系列工业标准技术,例如COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX控件等,使所有的应用组件都有可以无缝集成到一个系统中,并且通过ODBC编程可以方便地把数据存储到关系数据库。iFIX软件集中了大量强大的图形化工具,允许用户能够快速直观地建立面向过程的实时窗口,iFIX不仅包含图形工具,使用户能够快速简单地开启系统,而且iFIX软件提供了强大的功能,包括实时过程的监视和监督控制,报警和报警管理,历史趋势,统计过程控制,基于用户的安全系统,方便的系统扩展等。In
5、tellutionWorkSpace包括两个全集成的环境,组态环境和运行环境,它提供了开发和显示的画面,调度(scheduler)报表和VBA语言程序,并与实时数据交互工作,组态不仅提供了所有图形,文本,数据,动态和趋势图形工具,通 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/过这些工具生成容易操作和理解的画面,在运行和组态环境之间可快速完成测试对画面的修改,同时保持实时报警和数据采集。iFIX软件通过IO接口驱动程序同现场的IO设备进行数据交换。Intelluti
6、on提供多种PLC设备的IO驱动程序,支持通用和特殊的IO设备。2.2 特征(1)基本功能数据采集是指从底层设备获得数据并将它们转化为可用的数据形式的能力。数据同样可以写入底层设备,从而确立了控制和应用软件需要的双向连接。现场数据采集装置将数据送入PLC或其他过程硬件的寄存器中。iFIX软件能提供与多种PLC等硬件设备的接口兼容的高性能IO驱动程序,可将数据从寄存器中读出。还有诸如自动通信错误检测、信号调节、报告、恢复、支持冗余通信等功能。开发人员甚至可以自己定制与特定设备单元通信的IO驱动程序。iFIX可以同时支持8个不同类型设备的IO驱动程序在一个SCADA节点上运行。(2)MMI(人机接
7、口界面)iFIX最重要的功能是为用户提供了可视化的窗口进行过程信息处理。iFIX在用户屏幕上提供的图形化过程信息,包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。图形应用程序的核心是从过程数据库访问信息。为了直接显示数据,图形应用程序提供了多样性的链接方式,链接可以有多种格式及配置的灵活选择,对系统或过程数据进行显示。传统的控制室使用的操作面板被运行iFIX软件的计算机和图形显示器所代替。计算机提供了许多与控制室同样的功能,包括:运行环境参数设置、设备运行状态监视、设备运行控制和报警。(3)开放式结构功能iFIX提供了Visual BASIC Application宏语言
8、,可以对系统中任意数据点进行存取访问。iFIX系统的开放式结构为工程师编写程序解决特殊的自动化问题提供了方便和途径。iFIX是根据当今计算机产品和技术发展的大趋势一开放系统结构(Open System Architecture)实现的。在开放环境下,一个自动化监控系统的设计应该遵循如下原则:采用具有最大市场销售量的标准化,通用化和系统化的计算机硬件产品;监控系统软件要具有良好的模块化程度及标准的互联接口,便于组成各种规模的系统及有利于产品和技术的更新换代;构成系统的软件应具有强有力的应用程序接口(API),以便针对特殊应用编制应用软件及进行系统功能的扩充和开发;监控系统应有很强的网络构成能力,
9、并可以在保持已有系统继续使用情况下实现升级和扩充;良好的界面设计开发工具及应用程序模块;能对实时数据进行采集并能分析成可视化的图表或曲线(HTD、HTC);能进行大量的数据读写及存盘备份功能;支持与多种0DBC关系数据库的连接;同时还能提供给开发人员自外挂程序模块的接口等等。3 上海卢浦大桥电力监控和温湿度检测系统3.1 系统介绍卢浦大桥全线共有5个供配电站,其中3个电站为高压配电站,2个辅变配电站;大桥箱梁内安装有12台风机和14套除湿机机组(共32台除湿机);大桥的道路照明路灯和景观照明灯。监控系统实时检测各供配电站的高低压变压器、各馈电回路工作情况、馈电断路器开合闸状态、供电回路高低压电
10、量参数数据(电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等)。3.2 监控系统结构和配置卢浦大桥电力监控系统计算机的硬件配置选用了具有较高的可靠性和易维护性的设备。选用了HP P400计算机(256 M内存,6.4 G硬盘,10/100M自适应网卡等)。系统由2个网络层组成,第一层由以太网连接监控系统服务器、电力监控系统计算机、电站PLC控制器83 上海船舶运输科学研究所学报2005年第1期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/和箱梁温湿度PLC主站控制器,第二
11、层网络由现场工业总线InterBus连接箱梁温湿度PLC主站控制器和箱梁温湿度PLC从站控制器。系统采用施耐德公司的MOUNT系列PLC。基本PLC模块:CPU模块(带以太网接口和InterBus总线接口)、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块、InterBus总线接口通讯模块。3.3 系统开发和运行环境操作系统:Windows 2000中文专业版工程组态软件:Intellution iFix 2.6中文版应用软件:Intellution iFix编程宏语言Microsoft Visual Basic ApplicationPLC设备驱动程序:MBE 7.03.4 系统基本任务变电站的数据采集
12、和状态检测任务:主要馈电断路器开 合状态和故障状态、电站电量数据采集(三相电压和电流,有功功率、无功功率和功率因素)、大桥道路照明控制方式检测和供电回路开启 关闭控制、大桥景观照明控制方式检测和供电回路开启 关闭控制。除湿机机组的数据采集和状态检测任务:除湿机机组的温湿度数据采集、机组环境温湿度数据采集、机组运行控制方式和设备状态(包括再生风滤网和处理风滤网状态)、除湿机单机运行开启 关闭和设备状态。风机状态检测的任务有:风机运行控制方式和设备状态、风机设备开启 关闭。交通信息综合系统对电力监控系统的数据要求:每分钟 小时电站电量显示、每分钟 小时除湿机环境温湿度数据显示、景观照明开/关状态、
13、通讯设备工作状态、电力监控系统个设备故障信息。3.5 监控系统画面设计电力监控系统应用程序根据设备类型和PLC控制箱安装地点进行分类,提供简洁明了的用户使用界面。整个显示器屏幕分成3个区域:系统菜单选择区、设备状态画面区、系统设备故障报警区。大桥道路照明的设备连接分布在5个变电站,大桥景观照明的设备连接分布在2个变电站。为了整体观察和控制的所有设备和工作状态,组织了2个画面中集中了所有的道路和景观照明设备。系统为可供操作控制的馈电断路器和设备的开启/关闭按钮提供了可靠和方便的操作方法。双击鼠标按钮时弹出确认选择窗口,操作员选择了确认时系统才可作出选择的开启 关闭操作。清晰、美观的画面为操作人员
14、监视设备的运转状态提供了生动简洁的人机交互能力。iFIX平台下监控画面的设计采用了面向对象的技术、模板技术及多任务技术,改变了传统的作图方式,缩短了开发周期。监控系统的画面由静态和动态画面两部分组成。静态画面一般反映系统中主要设备的位置和配置情况。动态画面则反映系统和设备的实时运行情况。通过它们及其各种组合(以文字或图形的颜色、线条、闪烁等形式)可以清楚直观的反映了变电站,母线,变压器,开关等设备的运行情况。电压,电流、功率和温湿度等重要模拟量的显示使用动态文本,画面的数字根据库标签数值的变化不断地刷新。3.6 监控系统功能设计为了更好地实现卢浦大桥电力监控和温湿度检测的运行管理,进行了下列功
15、能的开发:数据采集功能、趋势曲线显示功能、报警管理功能、系统安全功能、设备操作控制功能及与交通信息系统互联。(1)数据采集功能任何工业自动化软件要做的第一件事都是从生产过程中获得原始数据。现场(电站和箱梁)的PLC控制器连接从电站设备和温湿度设备引出的模拟量输入信号和开关量输入输出信号,经PLC输入和处理后存入各自的寄存器,与上层的电力监控系统进行数据交换从而实现现场设备的实时数据采集和控制。在已实现的电力监控和温湿度系统中,由监控系统实施方安装的传感器有箱梁除湿机机组环境温湿度传感器、辅变电站低压侧电量(电压电流)传感器、道路照明时控检测装置。(2)趋势曲线显示功能趋势曲线用来显示各模拟量值
16、的变化趋势,通过趋势图操作员可以看出电流和电压等参数的变化情况。可以显示电量参数的即时曲线和历史曲线。即时曲线反映了电量在系统当前时刻和在此之前的数据变化状态;历史曲线可以选定电量和温湿度参数在某一日期的数据变化过程。93王承定:基于iFIX平台的电力监控系统的开发 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/(3)系统安全管理功能使用系统安全管理功能可保护iFIX文件、应用程序、操作显示画面和配方、过程数据库等。系统安全性应用程序包括安全配置和登录两种程序。在安全
17、配置程序中可以设置节点的安全性为允许 不允许、创建用户和组的账号、分配用户使用程序和程序功能的权限、分配用户名和密码、分配安全区名等。运用登录安全应用性过程后,操作人员必须访问登录过程,输入姓名和密码。在登录成功后,操作人员才能访问权限允许范围内的功能,进行监控过程的浏览和控制,以满足了电力系统中安全操作程序的需要。(4)报警管理功能该功能把系统指定检测点(数字量和模拟量)纳入iFIX系统报警数据库。监控系统直接利用iFIX的报警功能,出现故障时及时提醒操作人员并显示故障信息,实现有关的现场报警及各种应用报警。(5)设备操作功能双击可操作的设备按钮或图符进行单节点设备的开启 关闭操作。所有的设
18、备操作弹出确认窗体只有经操作员认可的操作才能实现。设备操作实现时在数据库中记录设备的标识符、设备操作功能、操作时间和操作人员工号参数。(6)与交通信息系统互联监控系统通过SQL Server关系数据库定时向交通信息综合系统提供各配电站设备状态、电量参数、箱梁除湿机状态和温湿度数据。交通信息综合系统可以查询和打印电力监控系统的各类统计报表。3.7 监控系统应用效果电力监控系统自投入运行以来,一直安全可靠的运行,数据反映准确,系统功能齐备,操作方便快捷。体现在以下几方面:监控系统画面完备,利用静态、动态图形,结合动态文本使画面清晰美观。设备操作简单可靠,设备操作结果动作反映正确、迅速。报警功能齐备
19、,极大地方便了报警处理和故障分析工作。监控系统反映模拟量的趋势图,能直观的重现被检测量过程数据的现在和过去。4 结束语可以为任何一种工业应用组建基于iFIX的监控系统。iFIX在设计思想上的开放性,使得用户可以设计使用灵活、编辑简便、画面质量和表现形式丰富多样的监控系统。基于iFIX的电力监控系统在以下的多个方面满足了自动化控制系统的功能要求:系统的稳定性和可靠性:要求无故障运行时间更长,系统可用率高,系统的硬件和软件工作稳定,系统维修快速简便,系统故障时间达到最短。系统的安全性:系统可提供多种安全保护措施,可以进行系统安全配置和对安全应用性程序运用建立完善的安全机制。对多种异常状态进行分析,
20、记录、及时报警,以使操作员尽快了解所发生的情况并及时处理。数据呈现的多态性:要求可实现的监控目标更高,功能更趋综合化,不仅提供一般的系统报警功能,而且有数据记录和历史曲线记忆等功能。系统的易用性:要求有非常友好的人 机界面,随着图形用户界面(G UI)技术的不断发展和完善,监视器上窗口化的操作将成为主流。设备的运行状态和参数,均由形象、生动、直观的图表画面来显示,同时操作方式要求软件化,即通过用鼠标在监视器上对一些用模拟图表示的软件按钮的操作来实现相应的监视项目或完成某项控制功能。系统的可扩充性:可以在对系统进行扩充监测点数,对应用程序系统做少量更改或扩充,即可增添监控内容和功能,适应和满足新的监控要求。04 上海船舶运输科学研究所学报2005年第1期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/