陣地電力系統(tǒng)跨平臺(tái)集中監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

王豐磊，程國(guó)防，魏宏建，王宇江

(中國(guó)人民解放軍91515部隊(duì)，海南 三亞 572000)

0 引言

隨著控制、通信和計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)廣泛引入了傳感、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算等技術(shù)，逐步發(fā)展成為信息與物理系統(tǒng)深度融合并廣泛交互的信息物理系統(tǒng)[1]。隨著以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，出現(xiàn)了大量基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，由于數(shù)據(jù)模型、存儲(chǔ)方式和傳輸協(xié)議存在差異，導(dǎo)致信息共享困難，影響輸變電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用[2-3]。OPC技術(shù)的應(yīng)用使得監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工廠管理層應(yīng)用程序之間具有更大的互操作性，一定程度上解決了信息共享的問(wèn)題，但在跨平臺(tái)數(shù)據(jù)融合時(shí)往往受不同平臺(tái)廠家產(chǎn)品功能的制約，無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行跨平臺(tái)高效融合。基于OPC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和適用性，Kepware公司開(kāi)發(fā)了KEPServerEX OPC服務(wù)器連接平臺(tái)，該技術(shù)適用于市場(chǎng)上大部分主流設(shè)備，可與本地監(jiān)控平臺(tái)和管理層應(yīng)用程序有效對(duì)接，為電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合提和集成監(jiān)控供了便利。KEPServerEX的OPC Connectivity Suite讓系統(tǒng)和應(yīng)用程序工程師能夠從單一應(yīng)用程序中管理他們的OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)(DA)和OPC統(tǒng)一架構(gòu)(UA)服務(wù)器，通過(guò)減少OPC客戶端與OPC服務(wù)器之間的通信數(shù)量，可確保OPC客戶端應(yīng)用程序按預(yù)期運(yùn)行，較好滿足用戶對(duì)性能、可靠性和易用性的要求[4]。

某技術(shù)陣地電力監(jiān)控系統(tǒng)包括多個(gè)變電站，屬于分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各變電站電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)處于本地監(jiān)控狀態(tài)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)變電站的集中監(jiān)控，自動(dòng)化和集成化程度不高，系統(tǒng)整體協(xié)同運(yùn)行效率低。該陣地監(jiān)控中心智能樓宇集中監(jiān)控平臺(tái)基于Windows Control Center(WinCC)開(kāi)發(fā)，為將電力系統(tǒng)監(jiān)控功能融合進(jìn)智能樓宇集中監(jiān)控平臺(tái)，基于接口開(kāi)發(fā)和KEPServerEX OPC技術(shù)，將本地電力監(jiān)控軟件DVPS3000采集的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送至監(jiān)控中心的西門(mén)子WinCC集成軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同軟件平臺(tái)之間電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程集成監(jiān)測(cè)，以可以達(dá)到節(jié)省值班人力，提高整體協(xié)調(diào)水平，增強(qiáng)應(yīng)急處置能力的目的。

1 OPC技術(shù)及其發(fā)展

1.1 OPC

OPC基金會(huì)會(huì)員包括世界上主要的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)的公司[5]。OPC是OPC基金會(huì)制定的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其全稱(chēng)是OLE for Process Control，OLE(Object Linking and Embeding)即對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)，因此OPC指的是面向過(guò)程控制的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)，或者可以理解為它是OLE技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用[6-7]。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，使得用戶能以統(tǒng)一的方式去訪問(wèn)不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而不用花費(fèi)精力用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。正是因?yàn)镺PC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和適用性，OPC規(guī)范及新的OPC統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)規(guī)范得到了工業(yè)控制領(lǐng)域硬件和軟件制造商的承認(rèn)和支持，成為工控界公認(rèn)的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)[8]。同時(shí)，由于其支持包括TCP/IP在內(nèi)的多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以將服務(wù)器和客戶機(jī)設(shè)置于不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，便于實(shí)現(xiàn)多服務(wù)器異地冗余備份和多值班部位的冗余備份。

1.2 OPC UA

OPC UA作為新一代OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)提供一個(gè)完整、安全、可靠的跨平臺(tái)的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理的信息從制造層級(jí)到生產(chǎn)計(jì)劃或ERP層級(jí)的傳輸，對(duì)于所有使用該協(xié)議的設(shè)備和電腦等，所有需要的信息在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，每個(gè)授權(quán)的人員都可用，同時(shí)OPC UA技術(shù)獨(dú)立于制造廠商的原始應(yīng)用、編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)[9]。隨著能源轉(zhuǎn)型和信息化建設(shè)的推進(jìn)，電力系統(tǒng)中源網(wǎng)儲(chǔ)荷各環(huán)節(jié)深度交互，多元異質(zhì)能量流和由數(shù)據(jù)構(gòu)成的信息流深度耦合[10-11]。OPC UA這種平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，為實(shí)現(xiàn)信息流深度耦合提供了便利，也為今后的工業(yè)控制國(guó)產(chǎn)化替代提供了無(wú)限可能。

1.3 KEPServerEX OPC

目前，大部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備廠商都開(kāi)發(fā)了針對(duì)自家設(shè)備的OPC服務(wù)器，一些第三方公司還開(kāi)發(fā)了適用于市場(chǎng)上主流現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的OPC連接平臺(tái)，美國(guó)Kepware公司的KEPServerEX就是行業(yè)先進(jìn)的OPC連接平臺(tái)，該平臺(tái)使用戶能夠通過(guò)一個(gè)直觀的用戶界面來(lái)連接、管理、監(jiān)視和控制不同的自動(dòng)化設(shè)備和軟件應(yīng)用程序。KEPServerEX利用OPC和以IT為中心的通信協(xié)議(如SNMP、ODBC和Web服務(wù))來(lái)為用戶提供單一來(lái)源的工業(yè)數(shù)據(jù)。KEPServerEX提供了170多種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、客戶端驅(qū)動(dòng)程序和高級(jí)插件，這些驅(qū)動(dòng)程序和插件支持鏈接成千上萬(wàn)設(shè)備和其他數(shù)據(jù)源。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)屬于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)，包括模擬量、開(kāi)關(guān)量和電能量數(shù)據(jù)采集；事件順序記錄SOE；故障記錄；故障錄波；操作控制功能；安全監(jiān)視功能；人機(jī)聯(lián)系功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能等功能模塊[12-13]。遠(yuǎn)程集中電力監(jiān)控系統(tǒng)與本地電力監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊基本一致，主要實(shí)現(xiàn)如下功能：一是實(shí)時(shí)在線監(jiān)視廠區(qū)電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等參數(shù)及狀況；二是在線計(jì)算、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的統(tǒng)一采集及按需分發(fā)；三是實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化管理，執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)等[14]。本文主要基于接口開(kāi)發(fā)和KEPServerEX OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地電力監(jiān)控軟件與監(jiān)控中心的西門(mén)子WinCC集成軟件平臺(tái)之間跨平臺(tái)融合，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的頻率、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、斷路器狀態(tài)(補(bǔ)充直流屏功能)等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)集中監(jiān)測(cè)。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

遠(yuǎn)程集中電力監(jiān)控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為4個(gè)層次：現(xiàn)場(chǎng)層、本地監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和集中監(jiān)控層。遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程集中電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1)現(xiàn)場(chǎng)層包括電流、電壓傳感器、智能儀表、繼電裝置等各種測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信等信號(hào)的采集，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或串口通信傳輸給本地監(jiān)控層。

2)本地監(jiān)控層包括數(shù)據(jù)采集卡或串口通信接口、本地監(jiān)控電腦和本地電力監(jiān)控軟件平臺(tái)，本地電力監(jiān)控軟件為德威特DVPS3000。本地監(jiān)控系統(tǒng)從功能上由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、系統(tǒng)服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)工程工具模塊等基本模塊組成。其中數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收發(fā)、處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等；數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)加載，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理等；系統(tǒng)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢索，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口等；數(shù)據(jù)工程工具模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)生成、工程制作等[15-16]。

3)網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纜網(wǎng)絡(luò)和光傳輸設(shè)備等，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕捎镁W(wǎng)狀連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制市場(chǎng)上迅速增長(zhǎng)，幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供應(yīng)商均提供一個(gè)支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，如西門(mén)子、羅克韋爾、GE Fanuc等，他們銷(xiāo)售各自的PLC產(chǎn)品，同時(shí)提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口[17]。

4)集中監(jiān)控層包括集中平臺(tái)服務(wù)器、集中平臺(tái)監(jiān)控軟件、集中平臺(tái)客戶機(jī)等。其中集中監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器配置兩臺(tái)，一用一備；集中平臺(tái)監(jiān)控軟件采用西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，WinCC是工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的組態(tài)軟件之一，具有很強(qiáng)的通用性和集成能力；集中平臺(tái)客戶機(jī)配置多臺(tái)，每臺(tái)均可基于集中平臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。

2.3 數(shù)據(jù)跨平臺(tái)傳輸設(shè)計(jì)

陣地電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)示意圖如圖2所示。用戶在遠(yuǎn)程的OPC客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，OPC客戶端完成與OPC服務(wù)器的連接，從而可以在OPC服務(wù)器里獲得由現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)上傳至OPC服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理并通過(guò)OPC服務(wù)器下傳到現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)[18]，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。

圖2 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)示意圖

1)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集至本地電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。各種電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器采集后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或通信接口傳送至本地?cái)?shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)上的本地電力監(jiān)控軟件平臺(tái)。本地計(jì)算機(jī)電力監(jiān)控軟件采用DVPS-3000，是一個(gè)面向電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)平臺(tái)，適用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以及調(diào)度系統(tǒng)，具備104協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

2)本地電力監(jiān)控軟件平臺(tái)向KEPServerEX OPC服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)。在KEPServerEX鏈接平臺(tái)上建立OPC服務(wù)器，利用本地計(jì)算機(jī)電力監(jiān)控軟件104協(xié)議數(shù)據(jù)多通道轉(zhuǎn)發(fā)功能，將采集的數(shù)據(jù)集合通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳送至本機(jī)或網(wǎng)絡(luò)其他位置計(jì)算機(jī)上的KEPServerEX OPC服務(wù)器。KEPServerEX OPC服務(wù)器可以接收多個(gè)本地計(jì)算機(jī)電力監(jiān)控軟件發(fā)送的數(shù)據(jù)。

3)WinCC軟件平臺(tái)服務(wù)器與KEPServerEX OPC服務(wù)器的鏈接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝有WinCC組態(tài)軟件，使用該軟件建立WinCC集中監(jiān)控軟件平臺(tái)服務(wù)器，該WinCC平臺(tái)服務(wù)器通過(guò)OPC技術(shù)與KEPServerEX鏈接平臺(tái)上建立的OPC服務(wù)器建立通訊，取得相關(guān)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)集合，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)跨平臺(tái)流轉(zhuǎn)。

4)在監(jiān)控中心服務(wù)器上開(kāi)發(fā)集中監(jiān)控人機(jī)界面應(yīng)用程序。使用WinCC組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)人界面應(yīng)用程序，包括概率模塊、高壓參數(shù)模塊、低壓參數(shù)模塊和直流屏模塊。并與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，用于顯示電力監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)。

5)在監(jiān)控中心客戶機(jī)上實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)集中監(jiān)測(cè)。在監(jiān)控中心客戶機(jī)上安裝WinCC軟件，與WinCC服務(wù)器建立連接，運(yùn)行電力系統(tǒng)集中監(jiān)控人機(jī)界面程序，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)基于電力系統(tǒng)集中監(jiān)控人機(jī)界面顯示電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.4 冗余設(shè)計(jì)

冗余是指重復(fù)配置系統(tǒng)的一些部件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作，由此減少系統(tǒng)的故障時(shí)間[19]。基于IP地址的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)具有互聯(lián)互通特性，可以構(gòu)建網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)或鏈路發(fā)生故障時(shí)不影響其他節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，大大提高了系統(tǒng)的抗單點(diǎn)故障能力。基于上述特點(diǎn)的電力監(jiān)控系統(tǒng)，在不增加任何硬件設(shè)備的情況下，只要把相關(guān)設(shè)備進(jìn)行交叉連接就能大大提高系統(tǒng)的可靠性[20]。系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)可分為如下3個(gè)方面：

1)設(shè)置多級(jí)監(jiān)控。在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的同時(shí)，為確保電力系統(tǒng)監(jiān)控的可靠性，在監(jiān)控中心和變電站本地均保留監(jiān)控功能作為備份，以備集中監(jiān)控平臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，能在本地進(jìn)行電力系統(tǒng)監(jiān)控。

2)設(shè)置多通道轉(zhuǎn)發(fā)。在網(wǎng)絡(luò)上不同位置設(shè)立多個(gè)KEPServerEX OPC服務(wù)器，由于本地電力監(jiān)控平臺(tái)軟件DVPS-3000具有多通道發(fā)送功能[21]，每個(gè)變電站均可向多個(gè)KEPServerEX OPC服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)服務(wù)器故障時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器可正常工作，不影響電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。變電站A本地電力監(jiān)控軟件以104協(xié)議除發(fā)送本機(jī)KEPServerEX OPC服務(wù)器發(fā)送外，還需發(fā)送至變電站B和C處KEPServerEX OPC服務(wù)器。同理變電站B和C也進(jìn)行多通道轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置，3個(gè)變電站之間兩兩形成互聯(lián)互通。

3)設(shè)置多設(shè)備冗余。在KEPServerEX鏈接平臺(tái)、集中監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器、集中監(jiān)控平臺(tái)客戶機(jī)等各級(jí)均設(shè)置多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行冗余備份，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不影響其他設(shè)備發(fā)揮作用，系統(tǒng)整體運(yùn)行不受影響，確保了系統(tǒng)的可靠性。

3 軟件開(kāi)發(fā)及組態(tài)

軟件程序開(kāi)發(fā)和組態(tài)主要分為三部分：第一部分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集接口軟件制作，用于實(shí)現(xiàn)本地電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；第二部分為基于KEPServerEX OPC的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)通信組態(tài)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集合從本地電力監(jiān)控系統(tǒng)向WinCC集中監(jiān)控平臺(tái)的跨平臺(tái)傳輸；第三部分為集中監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，用于實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對(duì)電力系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集接口軟件制作

在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方面，由于本地電力監(jiān)控系統(tǒng)為DVPS-3000，對(duì)于德威特的保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理的自主設(shè)置和數(shù)據(jù)自動(dòng)處理。對(duì)于其他公司的裝置，如果需要接入后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，則需要在DVPS-3000后臺(tái)上對(duì)該裝置做專(zhuān)門(mén)接口，對(duì)該裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、規(guī)約解釋以及數(shù)據(jù)顯示處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的遠(yuǎn)方監(jiān)控[21]。DVPS-3000后臺(tái)系統(tǒng)的接口程序由3個(gè)模塊構(gòu)成，即BOXMA、DCBOARD以及IOSCAN模塊。其中BOXMA模塊用于采集參數(shù)以及數(shù)據(jù)設(shè)置；DCBOARD模塊用于規(guī)約解釋處理；IOSCAN模塊用于管理底層的數(shù)據(jù)通訊。同時(shí)接口制作還涉及了幾個(gè)頭文件，包括BOXADDR.H、CHANNELPARA.H、DEFINE.H以及FUCTION.H，一般保存在接口程序的PUBLIC子目錄中。其中BOXADDR.H頭文件中主要內(nèi)容為BOXMA模塊使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BOXADDR的定義；CHANNELPARA.H中定義了DCBOARD、IOSCAN模塊中需要使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IOSOCKET；DEFINE.H頭文件內(nèi)容為接口制作中需要使用的各種宏定義；FUCTION.H定義了接口模塊中使用的動(dòng)態(tài)導(dǎo)入以及導(dǎo)出函數(shù)。

以“直流屏”數(shù)據(jù)通信為例，進(jìn)行底層接口開(kāi)發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)置。

1)define.h頭文件的處理。在define.h頭文件的最后部分的規(guī)約類(lèi)型定義部分中加入直流屏裝置類(lèi)型。首先在通道類(lèi)型定義中進(jìn)行通道類(lèi)型的宏定義。加入“直流屏”宏定義。在通道類(lèi)型定義的最后加入#define ZHILIUPING0x19，其中0x19為已有的通道定義號(hào)加1。在文件最后以枚舉的形式加入該通道類(lèi)型的裝置類(lèi)型。在該枚舉類(lèi)型的最后中加入需要處理的型號(hào)為PSM-E10的直流屏裝置類(lèi)型enum{PSM-E10}；

2)BOXMA模塊的處理。打開(kāi)BOXMA模塊，在通道定義中加入新的通道和裝置類(lèi)型，在通道參數(shù)設(shè)置初始化函數(shù)中添加該通道類(lèi)型。在m_protocol.AddString(“直流屏”)部分應(yīng)用同樣的方式加入需要處理的裝置類(lèi)型：“PSM-E10”。打開(kāi)通道參數(shù)設(shè)置顯示協(xié)議函數(shù)，加入新的裝置類(lèi)型，在switch(Protocol)塊和遙測(cè)定義部分加入相應(yīng)程序塊。在顯示協(xié)議參數(shù)函數(shù)的SWITCH語(yǔ)句中添加測(cè)試裝置廠家。在BOXMA模塊的遙信、投退以及定值處理類(lèi)型中分別加入測(cè)試類(lèi)型和測(cè)試裝置。運(yùn)行BOXMA模塊，在工程中加入測(cè)試裝置，設(shè)置裝置的采集參數(shù)，之后打開(kāi)通道設(shè)置，為測(cè)試裝置選擇合適的運(yùn)行通道，進(jìn)行該通道的波特率等參數(shù)設(shè)置。

3)IOSCAN模塊的處理。在全局函數(shù)UINT Process的SWITCH塊的最后加入測(cè)試模塊的處理程序。在全局函數(shù)UINT TimeProc的SWITCH塊中加入測(cè)試模塊的下行組幀處理程序(如果沒(méi)有下行數(shù)據(jù)可以不添加)，需要時(shí)參考其他通道添加即可。

4)DCBOARD模塊的處理。在DCBOARD模塊中以CCOMPROT為基礎(chǔ)類(lèi)添加具體類(lèi)，根據(jù)需要在該類(lèi)中添加成員變量與成員函數(shù)，編寫(xiě)函數(shù)體(函數(shù)的添加和數(shù)據(jù)處理過(guò)程可參加其他通道或類(lèi)型的數(shù)據(jù)處理)。添加全局函數(shù)，管理該通道的數(shù)據(jù)處理。

5)Function.h頭文件的處理。在該頭文件中加入DCBOARD模塊與IOSCAN模塊之間的導(dǎo)入、導(dǎo)出函數(shù)。在導(dǎo)入、導(dǎo)出函數(shù)的最后加入動(dòng)態(tài)鏈接功能函數(shù)void PSM-E10。

接口軟件制作完成后，添加“直流屏”類(lèi)型裝置。

3.2 跨平臺(tái)通信組態(tài)

3.2.1 本地監(jiān)控系統(tǒng)向KEPServerEX OPC服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)組態(tài)

本地電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有向外遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)功能。打開(kāi)Dvps3000轉(zhuǎn)發(fā)配置工具，配置104協(xié)議遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，創(chuàng)建步驟如下：

1)通道配置，定義轉(zhuǎn)發(fā)通道庫(kù)。設(shè)置通道屬性：104規(guī)約，信道類(lèi)型：以太網(wǎng)；設(shè)置以太網(wǎng)通信參數(shù)，端口號(hào)2 404，配置子站和主站的IP地址；其他保持默認(rèn)。設(shè)置“數(shù)據(jù)組”，定義遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)組類(lèi)型。可設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)目的主機(jī)，通過(guò)設(shè)置不同的目標(biāo)IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的多通道轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)冗余功能。

2)轉(zhuǎn)發(fā)配置，配置轉(zhuǎn)發(fā)量值。選擇已定義104規(guī)約通道和信號(hào)類(lèi)型，通過(guò)數(shù)據(jù)檢索器在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇需要轉(zhuǎn)發(fā)的變量參數(shù)。

3.2.2 KEPServerEX OPC服務(wù)器組態(tài)

在本地電力監(jiān)控系統(tǒng)與集中監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用程序之間，采用KEPServerEX軟件IEC60870-5-104Master驅(qū)動(dòng)程序相連接。啟動(dòng)KEPServerEX Configuration程序，其中的OPC點(diǎn)利用Channel→Device→Tag Group→Tag的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。在KEPServerEX中建立OPC服務(wù)器步驟如下：

1)啟動(dòng)KEPServerEX Configuration程序，建立通道。點(diǎn)擊“連接性”，右鍵新建“新建通道”，選擇“IEC 60870-5-104 Master”類(lèi)型，添加通道名稱(chēng)，選擇“網(wǎng)絡(luò)適配器”，填寫(xiě)104服務(wù)端IP地址與對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，其他屬性配置缺省即可。

2)添加設(shè)備：點(diǎn)擊“單擊添加設(shè)備”，添加設(shè)備名稱(chēng)，修改公共地址，其他屬性配置(缺省即可)。

3)創(chuàng)建“GroupTag”：添加TagGroup名。

4)添加設(shè)置Tag：添加名稱(chēng)，地址。此為重點(diǎn)，為所有的電力系統(tǒng)參數(shù)創(chuàng)建所需要的Tag。Tag名稱(chēng)編碼由四部分組成，即區(qū)域變電站、電壓類(lèi)別、饋線功能名稱(chēng)和電力參數(shù)，以空格隔開(kāi)。例如，209變電站10 KV1#高壓柜主進(jìn)線電壓參數(shù)編碼為209 10 KV 1ZJ Ua。Tag地址遵守104規(guī)約命名格式，本項(xiàng)目采用單點(diǎn)遙測(cè)和短浮點(diǎn)數(shù)遙測(cè)。單點(diǎn)遙信，地址格式：M_SP.IOA.VALUE，類(lèi)型標(biāo)識(shí).信息體地址.VALUE。短浮點(diǎn)數(shù)遙測(cè)，地址格式：M_ME_FV.IOA.VALUE，類(lèi)型標(biāo)識(shí).信息體地址.VALUE。若已有opcConfig.csv文件(可以根據(jù)項(xiàng)目需要直接修改OPCconfig.csv文件。)時(shí)，在此基礎(chǔ)上給各個(gè)設(shè)備導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的opcConfig.csv文件，生成OPC標(biāo)簽(Tag)表。

3.2.3 集中監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器OPC組態(tài)

打開(kāi)WinCC變量管理器，在新建的變量組下創(chuàng)建內(nèi)部變量；激活項(xiàng)目后創(chuàng)建OPC連接，具體步驟為：右鍵單擊“變量管理”選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”選擇相應(yīng)通道為WinCC添加OPC驅(qū)動(dòng)；在OPC通道中新建連接并命名；在OPC條目管理器中選擇已經(jīng)建立的KEPServerEX OPC服務(wù)器。

3.3 集中監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在WinCC組態(tài)軟件平臺(tái)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序軟件，包括概覽功能模塊、高壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、低壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊和直流屏等人機(jī)界面功能模塊。

1)概覽功能模塊：

技術(shù)陣地內(nèi)有多個(gè)變電站，概覽功能模塊包括電力系統(tǒng)總平面圖和各變電站供電平面圖，總平面圖在技術(shù)陣地背景地圖上標(biāo)示出變電站場(chǎng)所具體位置，在每個(gè)場(chǎng)所旁邊設(shè)計(jì)了主要參數(shù)顯示對(duì)話框，用于顯示該場(chǎng)所主要電氣參數(shù)。變電站A主要參數(shù)顯示如圖3所示。變電站供電平面圖顯示變電站內(nèi)高壓進(jìn)線設(shè)備、低壓配電設(shè)備、直流屏等所處位置，不同設(shè)備按比例大小以不同色塊表示，設(shè)備色塊與該設(shè)備詳情界面建立鏈接，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到設(shè)備上進(jìn)行點(diǎn)擊時(shí)跳轉(zhuǎn)至該設(shè)備詳情界面。概覽功能模塊界面可以直觀展示整個(gè)廠區(qū)中每個(gè)場(chǎng)所的具體位置及各場(chǎng)所之間的距離和邏輯關(guān)系，加上各場(chǎng)所主要電力系統(tǒng)參數(shù)的顯示，便于管理者建立廠區(qū)電力系統(tǒng)宏觀概念，為緊急情況下的協(xié)調(diào)處置提供支撐。

圖3 變電站A主要參數(shù)顯示圖

2)高壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊：

高壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊以圖形符號(hào)方式直觀顯示高、低壓母線和變壓器之間連接關(guān)系，母線與母線之間連接關(guān)系，高壓斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息。以詳細(xì)參數(shù)方式顯示主進(jìn)線頻率、母線電壓、母線電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等。各變電站高壓參數(shù)監(jiān)測(cè)參數(shù)類(lèi)型相同，界面設(shè)計(jì)類(lèi)似，具體變量連接不同，變電站A高壓參數(shù)監(jiān)測(cè)畫(huà)面局部圖如圖4所示。

圖4 變電站A高壓參數(shù)顯示局部圖

3)低壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊：

低壓參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊以圖形符號(hào)方式直觀顯示低壓母線和各配電間之間連接關(guān)系、母線與母線之間連接關(guān)系、低壓斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息。以詳細(xì)參數(shù)方式顯示主進(jìn)線頻率、母線電壓、母線電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等。各變電站低壓參數(shù)監(jiān)測(cè)參數(shù)類(lèi)型相同，界面設(shè)計(jì)類(lèi)似，具體變量連接不同，變電站A低壓參數(shù)監(jiān)測(cè)畫(huà)面局部圖如圖5所示。

4)直流屏模塊：

直流屏模塊顯示交配電單元、直流母線單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元和充電狀態(tài)等參數(shù)信息。顯示的參數(shù)分為遙測(cè)量和遙信量，其中遙測(cè)量為模擬量，用十進(jìn)制數(shù)顯示，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù)；遙信量為開(kāi)關(guān)量，用指示燈標(biāo)識(shí)該遙信量狀態(tài)。各變電站直流屏參數(shù)類(lèi)型相同，界面設(shè)計(jì)類(lèi)似，具體變量連接不同，變電站A直流屏監(jiān)測(cè)畫(huà)面如圖6所示。

圖6 變電站A直流屏顯示圖

5)OPC服務(wù)器通信組態(tài)：

KEPServerEX OPC服務(wù)器建立成功后，在WinCC組態(tài)軟件平臺(tái)通過(guò)變量管理→OPC屬性→OPC條目管理器可以搜索到該服務(wù)器，在變量管理→OPC→OPC Groups下建立新的連接通道，在OPC服務(wù)器名稱(chēng)欄填寫(xiě)KEPServerEX OPC服務(wù)器名稱(chēng)，測(cè)試通過(guò)后即可按照提示一步步進(jìn)行變量的選擇和添加。變量添加完成后，查看變量質(zhì)量代碼一欄，如果狀態(tài)為-good-ok說(shuō)明WinCC組態(tài)軟件與KEPServerEX OPC服務(wù)器通信正常。

6)變量鏈接：

打開(kāi)WinCC組態(tài)軟件平臺(tái)圖形編輯器界面，對(duì)參數(shù)顯示控件進(jìn)行屬性設(shè)置，變量連接一欄進(jìn)行點(diǎn)擊選擇操作，選擇變量管理→OPC→OPC Groups→KEPServerEX OPC服務(wù)器→變量組，在右側(cè)詳情欄選擇該參數(shù)顯示控件對(duì)應(yīng)變量，即可建立顯示控件與實(shí)際變量之間的連接。

4 功能驗(yàn)證

啟動(dòng)DVPS3000本地電力監(jiān)控軟件，觀察記錄本地電力監(jiān)控界面顯示數(shù)據(jù)，利用OPC Quick Client工具，查看OPC Server中各遙測(cè)量和遙信量數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示正常，最后驗(yàn)證查看監(jiān)控中心顯示各界面電力系統(tǒng)參數(shù)顯示正常。為進(jìn)一步驗(yàn)證信號(hào)傳輸，在DVPS3000本地電力監(jiān)控軟件界面中修改一個(gè)遙控量的值(0→1或1→0)和一個(gè)遙信量的值(頻率信號(hào)改為數(shù)值100 Hz)，查看監(jiān)控中心對(duì)應(yīng)界面電力系統(tǒng)參數(shù)顯示是否正確。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行，在監(jiān)控中心客戶機(jī)上可實(shí)時(shí)顯示各界面電力系統(tǒng)參數(shù)。以變電站A為例進(jìn)行功能驗(yàn)證：其概要信息顯示模塊包括主進(jìn)線I和主進(jìn)線II的三相電壓(Uab、Ubc、Uca)參數(shù)；兩臺(tái)變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流(Ia、Ib、Ic)、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，概覽功能模塊中變電站A主要參數(shù)顯示如圖3所示；變電站A高壓電力系統(tǒng)參數(shù)包括各高壓配電柜三相電流(Ia、Ib、Ic)、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等數(shù)值和開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)，具體參數(shù)顯示如圖4所示；變電站A低壓電力系統(tǒng)參數(shù)包括各低壓配電柜抽屜開(kāi)關(guān)回路單相電流值和開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)，具體參數(shù)顯示如圖5所示；變電站A直流屏顯示信息包括直流母線電壓、交流輸入電壓、電池模塊輸出電壓、機(jī)房溫度和直流屏各功能單元開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信息，實(shí)際監(jiān)測(cè)畫(huà)面如圖6所示。

在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行不同操作，測(cè)試用戶發(fā)出請(qǐng)求到得到響應(yīng)的時(shí)間。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示平均響應(yīng)時(shí)間：0.76秒，服務(wù)器CPU占用率：26.92%，測(cè)試結(jié)果為可以正確顯示，系統(tǒng)界面不卡頓，點(diǎn)擊返回按鈕時(shí)可以迅速返回，滿足系統(tǒng)使用性能要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于工業(yè)以太網(wǎng)和OPC，使用KEPServerEX OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)跨DVPS3000和WinCC軟件平臺(tái)流轉(zhuǎn)，融合了WinCC和本地電力監(jiān)控平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)技術(shù)陣地電力系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)的集中遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到了節(jié)省人力、提高運(yùn)行效率和增強(qiáng)調(diào)度能力的目的。在不更新本地電力監(jiān)控平臺(tái)的情況下，利用KEPServerEX OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)向WinCC監(jiān)控平臺(tái)的集成，對(duì)于節(jié)省投資具有積極意義，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。下一步課題組將結(jié)合OPC UA等新技術(shù)對(duì)照明系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備、電能表、倒閘操作等功能進(jìn)行集成監(jiān)控研究，推進(jìn)電力系統(tǒng)監(jiān)控的國(guó)產(chǎn)化和智能化。