IFIX在煤礦自動化變電站中的開發與應用研究

馬 薇

（山西省晉城無煙煤礦業集團有限責任公司供電分公司，山西 晉城 048000）

IFIX是美國GE公司出品的工業自動化監控平臺系統軟件，山西晉煤集團選擇IFIX作為監控系統的開發平臺，開發完成了曙八變、興二變、奈曼西湖變的監控系統。該系統具有SCADA應用系統和監控系統，增加變電站的綜合自動化程度，使變電站自動化管理更加科學和完善。實現了無紙化信息管理和無人值守管理，為企業創造了較好的經濟效益。

1 煤礦變電站監控系統的開發

1.1 變電站SCADA系統

整個監控系統前端設備均與通訊管理機通信，而通信管理機將不同設備采集來的數據統一以MODBUS TCP協議（一種完全開放的工業以太網通信協議）傳送給SCADA服務器（即監控主機），因此只需在IFIX開發系統中定義一種I/O驅動器，也就是MBE。具有快速、靈活、費用低的特點，而且還具有良好的通信過載能力，從而實現綜合自動化變電站高效穩定的數據采集。

1.1.1 I/O驅動器

IFIX最具特色的是I/O驅動器，只要符合IFIX標準的驅動程序，均可與這些設備通訊，實現對這些設備的數據采集和控制。IFIX支持MODBUS TCP協議，該協議需要安裝MBE I/O驅動器，安裝MBE后，進入I/O設備管理器，首先創建通道，在通道上創建設備通訊管理機txj，設定IP地址為：192.168.3.127；然后在txj設備上創建不同的數據塊，這些數據塊地址就是過程數據庫管理的設備地址。

1.1.2 過程數據庫開發

創建新數據庫，新建數據庫將一個空數據庫EMPTY.PDB裝入內存，并關閉可能已經被裝載的數據庫，將數據庫保存成新的文件名，例如：sbb.pdb。打開sbb.pdb，創建數據塊。創建數據庫塊時，由于數據比較多，可以將不同類別的數據分別創建一兩個，然后導出形成Excel表，在Excel表里進行編輯，然后再導入，由于一個變電站設備眾多，創建數據庫工作量比較大，引入Excel表的形式導入、導出，大大減輕了開發工作量。對不同數據塊可以進行詳細的定義和配置。

1.2 智能儀表及其他變電站設備的接入方案

變電站采用的設備很多，廠家不同，設備類型不同，通訊協議也千差萬別，如何將這些設備集中起來，實現各種信息的匯總和監控，是一個重要的研究課題。利用MOXA嵌入式智能通訊管理機，利用C語言最低級的計算機編程語言，將不同的設備儀表、不同的通訊協議轉換成統一的工業以太網通訊協議，為這些設備集中接入整個變電站監控系統提供了可行性方案。

1.2.1 智能通訊管理機

選用MOXA的嵌入式工業計算機ThinkCore DA-661，作為整個變電站的通訊中間層，提供16個數據通訊端口，這些端口的接入方式根據需要進行相應的自由定義，并提供兩個以太網口通訊服務。通訊核心的功能就是將不同裝置、不同通訊協議，進行統一匯聚，然后集中轉發給IFIX SCADA服務器。

1.2.2 協議轉換

根據晉煤集團所選用的設備的通訊協議設置相應的協議轉換，具體協議轉換如圖l所示。該協議轉換采用C語言，利用通信管理機預裝的Linux/WinCE操作系統編譯器編譯，下裝到通信管理機，借助智能通信管理機搭建一個基于嵌入式技術的分布式控制系統，實現煤礦變電站自動監控系統。

圖1 協議轉換示意圖

1.3 變電站監控系統人機界面的開發

通過IFIX4.0開發過程數據庫，對每個設備以通道→設備→通訊參數→數據類型→數據輸出的模式建立統一的關系型數據庫，繪制各種實際設備的仿真模擬圖，并且將圖形動態地與數據庫建立點對點的關聯，最后形成人機界面，供監控系統值班人員進行監控信息的掌握。該煤礦變電站監控系統人機界面還包括以下功能：

（1）操作控制功能。運行人員通過CRT屏幕對斷路器、允許遠方電動操作的隔離開關和接地開關進行分、合操作；對變壓器及站用變壓器分接頭位置進行調節控制；對補償裝置進行投、切控制，能接受遙控操作命令，進行遠方操作；同時還保留了人工直接跳、合閘方式。

（2）安全監視功能。監控系統在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進行越限監視，發現越限立刻發出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，還能監視保護裝置是否失電，自控裝置是否正常等現象。

1.4 變電站監控系統信息化管理

信息管理功能包括：對事故的追憶、對報警事項的查詢、歷史數據的存檔、監控數據的圖表再現、各種報表（運行負荷報表、電量運行報表）的輸出，為變電站信息化管理提供了必要的手段，完全實現了無紙化管理，客觀上完全具備無人值守的條件。

（1）報表及打印功能

利用Excel的自動化技術及VBA腳本從歷史數據庫中調用所需數據，生成Excel報表。

（2）數據處理與記錄功能

首先，在ODBC中增加數據源tpevent，創建 Access數 據 庫 dbl.mdb， 創 建 tablel、table2和fixalarms表，分別用來記錄SOE報警、開關操作、系統報警；其次，在畫面中創建VisiconX控件，通過操作畫面來訪問報警數據庫；最后，在歷史報警操作畫面中，選擇日期或設備查詢各種歷史報警和事件記錄。

（3）畫面生成及顯示

由畫面顯示的內容包括：全站生產運行的電氣接線圖、設備配置圖、運行工況圖、電壓棒形圖、實時參數曲線圖、各種信息報告。

1.5 變電站各種數據的調度遠程上傳

遠動功能是綜合自動化必須完成的一項功能。通過通訊管理機，將所有設備數據統一為MODBUS TCP格式；然后，以調度主站所需數據格式（如部頒CDT或IEC104規約）轉發。

2 變電站監控系統的關鍵技術分析

該變電站監控系統的開發具有以下關鍵技術及優勢：

（1）立足于晉煤集團變電站的實際情況進行開發，制訂出變電站SCADA方案；

（2）開發智能通訊管理機底層通訊程序，為智能儀表及其他設備的接入提供了可行性方案；

（3）開發出綜合自動化變電站智能交互式的人機界面；

（4）開發監控系統的信息化管理工具，為事故追憶、報警事項、歷史查詢、數據存檔、報表輸出提供了必要的管理手段，基本實現了變電站的無紙化信息管理，客觀上具備無人值守的條件。

3 實踐及應用效益分析

利用IFIX4.0作為開發平臺，開發完成了山西晉煤集團曙八變、興二變、奈曼西湖變的監控系統，這3個變電站較之以前的自動化變電站自動化程度更高，穩定性、靈活性更強。這些變電站實現了無紙化信息管理，客觀上完全實現了無人值守的管理。每年每個變電站可以節約運營成本50萬元，3座變電站每年可以節約運營成本150萬元，同時提高了煤礦供電的安全性和穩定性，對于保障煤礦生產的安全穩定起到了積極的作用。另外該監控系統的開發也為煤礦電力系統的自動化發展開拓了新的思路，取得了良好的社會效益。

4 結論

通過3個自動化變電站的開發應用，得出如下結論：

（1）IFIX功能強大，靈活性好，提供了很好的畫圖工具、過程數據庫、I/O驅動器、事件調度處理、報警處理，提供強大的VBA編程環境，用戶可通過類似VBA一樣的可視化編程來開發出具備自身特點的集數據采集、監控、信息管理于一體的監控系統，大大縮短了開發周期，降低了開發成本。但對于開發人員的技術水平提出了較高的要求，要求技術人員要精通通訊協議的開發、IFIX系統軟件的開發、VBA開發，只有這樣才能很好地駕馭IFIX系統。

（2）利用MOXA嵌入式智能通訊管理機，將整個變電站所有電氣設備進行信息集成，使之成為一個管理網絡，避免出現信息孤島。利用C語言進行底層通訊協議轉換程序開發，既高效又統一。

（3）該煤礦變電站監控系統的開發成功，也為其他自動化項目提供了借鑒。每一個設備的通訊及通訊協議，可以實現這些設備的信息集成及監控，電力、化工、醫療都可以實現綜合信息智能監控。