工控组态软件（ＭＣＧＳ）在电力系统倒闸操作中的应用

时间：2024-05-09

田小琴

摘要：本文主要介绍了工控组态软件（MCGS）的概况，并利用其优点建立可供运行人员进行倒闸操作培训的仿真界面的方法。

关键词： MCGS 电力系统倒闸操作

1.引言

电力系统运行设备的倒闸操作是一项既复杂、繁琐又重要的工作，往往包括一、二次设备的操作，操作项目有时多达几十项，而且工作经验性强，因此对操作人员的要求很高，操作人员一旦受环境、情绪和健康因素影响，难免就会出错，当遇上紧急情况或需要频繁操作时，发生错误的几率更高。误操作轻则导致设备损坏，小范围停电，重则造成系统瓦解，甚至人员伤亡。为了防止误操作，电力部门制定了严格的操作制度和操作规程，各地也设计、制造了多种机械式、电磁式防误闭锁装置，尽管如此，误操作仍时有发生。电气操作票制度是我国电力系统运行管理中一套行之有效的安全措施，它保证了操作的安全，对电力系统的安全运行起到了极其重要的作用。

自上世纪80年代中期以来，国内一些高校及科研院所先后开展了这方面的研究工作，并开发了针对某一具体发电厂或变电站的微机生成操作票系统。这些系统投人到实际的电力生产管理中以后，它们的有效性逐步为许多运行人员认可。其中，有的采用专家系统的设计思想实现，有的基于传统程序设计方法实现，各有优点。电力部门希望这些系统除了能实现自动生成操作票外，还要能够进行模拟演示以便对员工特别是新进人员进行培训，这就需要这些系统有良好的交互界面。目前虽然有一些面向对象的编程语言，可是这些语言对人员各方面要求比较高，要想熟悉系统就必须掌握好这样的编程语言，而工控组态软件（MCGS）正好可以弥补这方面的不足。

2.MCGS简介

MCGS全中文工控组态软件是北京昆仑通态自动化软件有限公司开发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等操作系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能。

使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定、功能全面、维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境检测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。

MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如图1所示。

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，如图2所示，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

（1）主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

（2）设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

（3）用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

（4）实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

（5）运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（if...then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。

3.MCGS在倒闸操作系统中的应用

3.1建立图形数据库

图形数据库存储一次接线图的作图数据，在此数据库中，除了绘制了基本的图元对象，根据一次系统图中不同线路可能元件相同，只是编号不同的特点，把一些常见的图元组合成图符，统一存放在一次元件数据库中。用户只要点击相应的图元或图符，在用户窗口中就可以进行组态一次系统图。如图3所示是对典型35kv变电站一次系统的组态。

3.2定义数据变量

实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。MCGS中的数据不同于传统意义的数据和变量，它不仅包含变量的数值特征，还将与数据相关的其他属性（如数据的状态、报警处理等）及对数据的操作方法（如存盘处理、报警处理等）封装在一起，作为一个整体，以对象的形式提供服务。这种把数值、属性和方法定义成一体的数据称为数据对象。

MCGS用数据对象表述系统中的实时数据，用对象变量代替传统意义的值变量。把用数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库，实时数据库是MCGS的核心，是应用系统的数据处理中心，系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。设备窗口通过构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理，如图4所示。

3.3动画连接

由图形对象搭制而成的图形界面是静止的，需要我们对这些图形对象进行动画属性设置，使它们“动”起来，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。

MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性，这样在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，就会由数据对象的实时采集结果进行驱动，从而实现图形的动画效果，使图形界面“动”起来。

由于一次系统倒闸操作，我们是通过对刀闸/开关的“断开”、“闭合”来实现的，也就是所操作的对象都是一些开关量，因此在设置动画连接时，只要在设置对象属性时，对其“可见度”进行设置就可以了。以对刀闸3112的设置为例，操作步骤如下：

（1）双击图形对象刀闸3112的“断开”图元，进入属性设置窗口，如图5所示。

（2）选中特殊动画连接中的“可见度”框，点击“可见度”标签。

（3）在表达式中输入“dz3112”，选中当表达式非零时“对应图符不可见”；若对“合上”图元进行设置，则选中当表达式非零时“对应图符可见”，如图6所示。

对于潮流分布的动画显示，可以通过选中颜色动画连接中“边线颜色”，当有电流时，将边线设置为红色，否则为黑色，从而可以动态地显示潮流分布情况。

3.4脚本程序

脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎。当某些控制和计算任务通过常规组态方法难以实现时，通过使用脚本语言，能够增强整个系统的灵活性，解决其常规组态方法难以解决的问题。

MCGS脚本程序为有效地编制各种特定的流程控制程序和操作处理程序提供了方便的途径。它被封装在一个功能构件里（称为脚本程序功能构件），在后台由独立的线程来运行和处理，能够避免由于单个脚本程序的错误而导致整个系统瘫痪。

在MCGS中，脚本语言是一种语法上类似Basic的编程语言，但在概念和使用上更简单直观，力求做到使大多数普通用户都能正确、快速地掌握和使用。

脚本程序的语言要素主要有：数据类型、变量及常量、MCGS对象、表达式、运算符、运算优先级。

脚本程序的基本语句有：赋值语句、条件语句、退出语句和注释语句。

脚本程序在MCGS组态软件中有五种应用场合，分别为：在“运行策略”中的“脚本程序”构件中使用；在用户窗口中“标准按钮”的属性设置中的“脚本程序”中使用；在用户窗口设置事件的脚本函数中使用；在“菜单”属性设置中的“脚本程序”中使用；还可以在“用户窗口”属性设置中的“启动脚本”、“循环脚本”、“退出脚本”中使用。

本系统的控制流程要求进行倒闸操作时，要能正确显示潮流分布情况，出现误操作时，能及时报警。以主变压器TM1所在支路为例进行分析。

（1）潮流分布情况分析

如果35KV4#母线有电以及主变TM1母线侧刀闸3014闭合，则主变TM1有电。

如果主变TM1有电以及主变TM1负荷侧手推车601闭合，则6KV1#母线有电。

如果35KV4#母线没电或者主变TM1母线侧刀闸3014断开，则主变TM1没电。

如果主变TM1没电或者主变TM1负荷侧手推车601断开，则6KV1#母线没电。

（2）倒闸操作分析

如果主变TM1由运行转为检修，则先合上6KV母联手推车开关120，断开主变TM1负荷侧手推车601，断开1#进线开关311，再断开PT349，最后断开主变TM1母线侧刀闸3014。

若没有按照此步骤进行操作，则出现报警。

3.5与其他应用程序交互

MCGS组态软件本身的自动化功能可以帮助用户在其它应用程序中很方便地操纵MCGS组态软件的运行。比如说，用户可以在一个程序里指挥MCGS运行环境打开某个窗口、执行某个策略、向某个设备发出命令等。基本上，在MCGS组态软件中用脚本程序可以完成的功能都可以通过MCGS组态软件的自动化功能完成。

MCGS把其核心作为一个对象包装起来，把MCGS的大多数功能作为对象的属性和方法暴露出来，使其它的应用程序通过OLE自动化来操作MCGS，在Visual Baisc、Excel、Access和、Delphi中都可以通过OLE自动化来取得MCGS实时数据库对象，编程操作MCGS提供的属性和方法。