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扬子石油化工股份有限公司化工厂（以下简称化工厂）电力系统原来在1#总降和2#总降各有一套专用监控软件，它们的功能和信息共享能力都不理想。现在为了满足全厂集中监控，以及向电调转发信息的要求，对原有系统进行了改造。针对电力系统运行和生产运行的需要，自主设计了部分组态画面，对过去许多想知道却无法观察到的数据进行了监控。对各类报警信息，采取分类音响报警，便于值班人员分辨。监控组态软件的投用，给化工厂电力系统的稳定运行及事故分析处理都带来许多有利的因素。
监控组态的概念
“组态”的概念是伴随着集散控制系统的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I／O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。
直到现在，每个DCS厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。从2O世纪8O年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有人研究如何利用PC进行工业监控，同时开始出现基于PC总线的A／D、D／A、计数器、DIO等各类I／O板卡。
目前，多数组态软件都是在Windows 3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的，国外少数组态软件可以在OS／2或Unix环境下运行。目前绝大多数组态软件都运行在Windows98／NT环境下。较理想的环境是Windows NT或Windows2000操作系统，因为其内核是原来的VMS的变种，可靠性和实时性都好于Windows 98。
组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。曾有一段时期，各DCS厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用。总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用。应该说总线是一种特殊的网络技术，其核心内容一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。
随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
化工厂的监控组态系统主要使用485总线和Modbus Rtu通讯协议。
化工厂电力监控系统的构成
电力监控系统的硬件构成
化工厂电力监控系统网络联结图如图1所示。
化工厂的监控系统采用前台机作为I／O通讯服务器，后台机作为监控报警设备的监控模式。
图1 化工厂电力监控系统网络连结示意
1#总降的前台I／O通讯机负责与综合电力保护继电器以485总线进行通讯。所有的设备都使用Modbus通信协议。后台监控机通过LAN网与前台I／O通讯机通信，读取各综保继电器的电压、电流等遥测量，以及开关、保护状态等遥信量。所有的网络连结通过1台交换机集联起来。1#总降的网络通过连在交换机上的光纤收发器与2#总降的网络相连。
2#总降的前台I／O通讯机接受来自原南瑞数据采集系统转发的信息，以及南京自动化研究所微机继电保护器发出的保护信息。
乙醛变电所的微机既是I／O通讯机也负责监控的显示。它直接通过自带的RS232接口加上232／485转换器与乙醛变电所内的PLC直接通讯，通过读取PI C内寄存器的值来监控低压开关的状态。
2#总降内有1台微机，作为化工厂电力系统总监控机。它通过网络读取各变电所I／O通讯机的变量信息，在组态画面显示出全厂的电力系统的状态。
为了能使厂局域网内的用户都能看见化工厂电力系统的状况，在2#总降设置了1台Web服务器。该服务器安置了2块网卡，1块与电力系统监控网相连，l块与厂局域网相连接。该Web服务器将从I／O通讯机上读取的信息转化为Web页面，在厂局域网内的用户都可以通过http：//10.109.48.234访问到该服务器上，了解各变电所的配电状况。
电力监控系统的软件构成及工作原理
化工厂电力监控系统使用的软件为南京力导公司在“组态王”基础上开发的“SJ-200”。监控软件通过与综合保护继电器、PLC等I／O设备进行通讯获取信息。输入输出的数值存放在I／O设备的寄存器中，寄存器通过其地址进行引用。大多数I／O设备提供与其他设备或计算机进行通讯的通讯端口或数据通道，监控软件通过这些通讯通道读写I／O设备的寄存器，采集到的数据可用于进一步的监控，不需要读写I／O设备的寄存器。监控软件提供了一种数据定义方法，定义了I／O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。
运行报警和事件记录是控制软件必不可少的功能，当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。监控软件提供强有力的报警和事件系统，并且操作方法简单。监控软件中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件，用户可以方便地监视和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时，监控软件把这些事于内存中的缓冲区中，报警和事件在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警和事件在内存中。当缓冲区达到一定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警和事件信息写到报警存储文件、打印机或数据库中（请注意：要先定义是否存储到文件、数据库或直接输出到打印机）。报警和事件在报警窗中会按照设置的过滤条件实时显示出来。
Touchvew是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I／O服务程序（数据采集组件）的数据交换。它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。
改造后化工厂电力监控系统的优越性
原电力监控系统的功能
原电力监控软件由微机继电保护设备厂家提供，具有基本的设备开关量、模拟量的显示功能，以及一个故障信息报警窗口。该系统为此类微机保护继电器的专用监控软件，能够实现对单独变电所电力系统的基本监控功能。
改造后监控系统的新功能
（1）历史报警记录查询功能使故障过程再现
过去的监控报警信息报出的信息是按时间顺序简单排列，对各类信息没有分类选择性。改造后的监控软件中既可以显示当前的报警，也可以显示历史的报警事件。同时对每一个变量的报警，可以规定报警的报警类型。信息还可以用文件的形式进行历史记录或实时打印报警信息。可以通过选择起始时间和终止时间以及报警类型调取设备的历史事件记录，对事故的过程分析有更准确的依据。历史报警查询画面如图2。
图2 电机历史报警查询画面
（2）通过故障录波分析故障时的状态
电力继电保护使用综合保护继电器后，具有了自动故障录波的功能。此次监控改造在监控软件设置了读取故障录波的功能。利用故障录波软件读取综合保护继电器录下的故障前后几十个周波的跳闸电流、电压波形，分析继保动作的准确性。对于电机启动时过流保护动作状态以及“晃电”时BZT（备自投）动作的过程分析，都有了过去不可能获取的准确依据。
（3）利用历史曲线分析电机运行状况
原监控系统信息采集方式采用的是查询式，没有实时数据，因而无法显示历史曲线。改造后的系统具有实时和历史数据库，能够显示长达3个月的历史曲线。通过观察历史曲线，电机在运行中如果在负荷变化不大的情况下电流（温度） 发生明显变化，就必须分析原因。在电机本体或者轴承发生损毁前解决故障。通过观察电机电流的历史曲线了解电机运行的状况和趋势。
（4） 电机累计运行时间的记录
维修规程上要求电机运行一定时间后下线检修一次。监控软件上记录的累计运行时间是安排检修周期的准确依据。改造后通过新增的组态画面可以看到电机累计运行的时间，电机检修后通过系统管理员按钮对此数据清零。
（5） 通过逻辑状态显示来查找二次回路故障
过去的监控系统能够反映仪表信号的有无，但对综保继电器内许多开关、状态量无法监视。改造后增加了一些组态画面，实现了许多状态量的显示。在二次回路出现故障时，通过分合闸逻辑图中各控制点的状态来综合分析、查找二次回路的故障点。可以通过各逻辑状态的显示，了解HA301高低速电机合闸逻辑中控制点的状态（深色为“1”，浅色为“O”）。当电机无法合闸时。可以利用此组态画面分析是那个条件尚未满足。
（6）电力系统信息的集中监控和发布
过去在各变电所的监控系统都是“各自为政”，各类通讯协议的系统无法实现数据共享。这不符合未来电气值班人员精简和系统集中监控的发展趋势。此次改造建立了各变电所之间的光纤网络连接，为信息共享做好了物理平台。软件系统的改造使各变电所的微机成为I／O信息服务器，通过集中监控微机的软件，读取各处的信息量，实现2#总降监控机对全厂电力系统的集中监控。改造后的软件具有Web信息发布的功能，过去调度只有听取电气值班人员汇报，现在可以通过http://10.109.48.234了解到全厂电力系统状况，这对电力系统事故状态下的调度指挥也很有益处。
新监控系统的优越性
新监控系统的优越性如下。
（1） 新电力监控系统具有完善的监控功能，对过去许多想知道却无法观察到的数据进行了监控。由于此次监控系统采用的是功能强大的监控组态软件，可以利用组态画面中的控制语句以及大量的控件实现监控软件的“智能化”，使各类监控信息自动按照需求来显示和报警，这更便于对故障的快速判断和查找。
（2） 过去的监控软件数据很“专用”，想实现各变电所的数据共享很困难。新电力监控系统的软件在数据共享和网络通讯方面功能很完善，很容易实现电力系统的信息集中监控、以及电力系统扩容改造后新系统和老系统的信息共享。同时新监控软件具有Web信息发布的功能，使没有安装监控软件的电脑也能通过网页监控到电力系统的状况，在很少的投资下增大了监控者的范围。
电力监控系统出现的问题和改进措施
电力监控系统投运半年以来也出现了如下一些问题。
（1） 1#号总降的监控系统出现过2次死机，分析其可能是由于软件还存在部分bug，后联系厂家对软件升级，消除一些已发现的bug，同时健全监控管理体制，提高值班人员的责任心，发现死机及时重新启动系统。
（2） 由于现在的监控系统采用了庞大的实时数据，微机的工作负担很重，部分信息刷新太慢，后通过调整通讯参数，提高微机的配置，加快了对I／O设备访问速度，使信息刷新速度提高。
（3） 监控系统投运后，由于电气设备都已处在运行状态，无法进行全面校验，故还存在部分状态、报警信息错误。待条件允许时校验，更改错误的组态内容。
（4） 监控系统的微机硬盘由于监控软件对硬盘过多、过频数据读写，曾发生损坏。为此做好易损硬件的备品配件和软件的备份。
结语
电力监控系统减少了电力设备状态监视对人力依赖，降低了人力的成本，提高了经济效益。为电力系统的生产运行和管理提供了科学、准确的依据。同时由于监控组态软件是个新兴的事物，对它的认识还有很多不足的地方。监控系统的施工、验收、管理方面的工作还都在摸索阶段。但随着电力设备、监控组态软件的不断改进、更新，监控组态软件在电力系统中将具有更广阔的应用前景。
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监控组态的概念
“组态”的概念是伴随着集散控制系统的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I／O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。
直到现在，每个DCS厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。从2O世纪8O年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有人研究如何利用PC进行工业监控，同时开始出现基于PC总线的A／D、D／A、计数器、DIO等各类I／O板卡。
目前，多数组态软件都是在Windows 3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的，国外少数组态软件可以在OS／2或Unix环境下运行。目前绝大多数组态软件都运行在Windows98／NT环境下。较理想的环境是Windows NT或Windows2000操作系统，因为其内核是原来的VMS的变种，可靠性和实时性都好于Windows 98。
组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。曾有一段时期，各DCS厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用。总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用。应该说总线是一种特殊的网络技术，其核心内容一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。
随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
化工厂的监控组态系统主要使用485总线和Modbus Rtu通讯协议。
化工厂电力监控系统的构成
电力监控系统的硬件构成
化工厂电力监控系统网络联结图如图1所示。
化工厂的监控系统采用前台机作为I／O通讯服务器，后台机作为监控报警设备的监控模式。
图1 化工厂电力监控系统网络连结示意
1#总降的前台I／O通讯机负责与综合电力保护继电器以485总线进行通讯。所有的设备都使用Modbus通信协议。后台监控机通过LAN网与前台I／O通讯机通信，读取各综保继电器的电压、电流等遥测量，以及开关、保护状态等遥信量。所有的网络连结通过1台交换机集联起来。1#总降的网络通过连在交换机上的光纤收发器与2#总降的网络相连。
2#总降的前台I／O通讯机接受来自原南瑞数据采集系统转发的信息，以及南京自动化研究所微机继电保护器发出的保护信息。
乙醛变电所的微机既是I／O通讯机也负责监控的显示。它直接通过自带的RS232接口加上232／485转换器与乙醛变电所内的PLC直接通讯，通过读取PI C内寄存器的值来监控低压开关的状态。
2#总降内有1台微机，作为化工厂电力系统总监控机。它通过网络读取各变电所I／O通讯机的变量信息，在组态画面显示出全厂的电力系统的状态。
为了能使厂局域网内的用户都能看见化工厂电力系统的状况，在2#总降设置了1台Web服务器。该服务器安置了2块网卡，1块与电力系统监控网相连，l块与厂局域网相连接。该Web服务器将从I／O通讯机上读取的信息转化为Web页面，在厂局域网内的用户都可以通过http：//10.109.48.234访问到该服务器上，了解各变电所的配电状况。
电力监控系统的软件构成及工作原理
化工厂电力监控系统使用的软件为南京力导公司在“组态王”基础上开发的“SJ-200”。监控软件通过与综合保护继电器、PLC等I／O设备进行通讯获取信息。输入输出的数值存放在I／O设备的寄存器中，寄存器通过其地址进行引用。大多数I／O设备提供与其他设备或计算机进行通讯的通讯端口或数据通道，监控软件通过这些通讯通道读写I／O设备的寄存器，采集到的数据可用于进一步的监控，不需要读写I／O设备的寄存器。监控软件提供了一种数据定义方法，定义了I／O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。
运行报警和事件记录是控制软件必不可少的功能，当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。监控软件提供强有力的报警和事件系统，并且操作方法简单。监控软件中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件，用户可以方便地监视和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时，监控软件把这些事于内存中的缓冲区中，报警和事件在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警和事件在内存中。当缓冲区达到一定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警和事件信息写到报警存储文件、打印机或数据库中（请注意：要先定义是否存储到文件、数据库或直接输出到打印机）。报警和事件在报警窗中会按照设置的过滤条件实时显示出来。
Touchvew是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I／O服务程序（数据采集组件）的数据交换。它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。
改造后化工厂电力监控系统的优越性
原电力监控系统的功能
原电力监控软件由微机继电保护设备厂家提供，具有基本的设备开关量、模拟量的显示功能，以及一个故障信息报警窗口。该系统为此类微机保护继电器的专用监控软件，能够实现对单独变电所电力系统的基本监控功能。
改造后监控系统的新功能
（1）历史报警记录查询功能使故障过程再现
过去的监控报警信息报出的信息是按时间顺序简单排列，对各类信息没有分类选择性。改造后的监控软件中既可以显示当前的报警，也可以显示历史的报警事件。同时对每一个变量的报警，可以规定报警的报警类型。信息还可以用文件的形式进行历史记录或实时打印报警信息。可以通过选择起始时间和终止时间以及报警类型调取设备的历史事件记录，对事故的过程分析有更准确的依据。历史报警查询画面如图2。
图2 电机历史报警查询画面
（2）通过故障录波分析故障时的状态
电力继电保护使用综合保护继电器后，具有了自动故障录波的功能。此次监控改造在监控软件设置了读取故障录波的功能。利用故障录波软件读取综合保护继电器录下的故障前后几十个周波的跳闸电流、电压波形，分析继保动作的准确性。对于电机启动时过流保护动作状态以及“晃电”时BZT（备自投）动作的过程分析，都有了过去不可能获取的准确依据。
（3）利用历史曲线分析电机运行状况
原监控系统信息采集方式采用的是查询式，没有实时数据，因而无法显示历史曲线。改造后的系统具有实时和历史数据库，能够显示长达3个月的历史曲线。通过观察历史曲线，电机在运行中如果在负荷变化不大的情况下电流（温度） 发生明显变化，就必须分析原因。在电机本体或者轴承发生损毁前解决故障。通过观察电机电流的历史曲线了解电机运行的状况和趋势。
（4） 电机累计运行时间的记录
维修规程上要求电机运行一定时间后下线检修一次。监控软件上记录的累计运行时间是安排检修周期的准确依据。改造后通过新增的组态画面可以看到电机累计运行的时间，电机检修后通过系统管理员按钮对此数据清零。
（5） 通过逻辑状态显示来查找二次回路故障
过去的监控系统能够反映仪表信号的有无，但对综保继电器内许多开关、状态量无法监视。改造后增加了一些组态画面，实现了许多状态量的显示。在二次回路出现故障时，通过分合闸逻辑图中各控制点的状态来综合分析、查找二次回路的故障点。可以通过各逻辑状态的显示，了解HA301高低速电机合闸逻辑中控制点的状态（深色为“1”，浅色为“O”）。当电机无法合闸时。可以利用此组态画面分析是那个条件尚未满足。
（6）电力系统信息的集中监控和发布
过去在各变电所的监控系统都是“各自为政”，各类通讯协议的系统无法实现数据共享。这不符合未来电气值班人员精简和系统集中监控的发展趋势。此次改造建立了各变电所之间的光纤网络连接，为信息共享做好了物理平台。软件系统的改造使各变电所的微机成为I／O信息服务器，通过集中监控微机的软件，读取各处的信息量，实现2#总降监控机对全厂电力系统的集中监控。改造后的软件具有Web信息发布的功能，过去调度只有听取电气值班人员汇报，现在可以通过http://10.109.48.234了解到全厂电力系统状况，这对电力系统事故状态下的调度指挥也很有益处。
新监控系统的优越性
新监控系统的优越性如下。
（1） 新电力监控系统具有完善的监控功能，对过去许多想知道却无法观察到的数据进行了监控。由于此次监控系统采用的是功能强大的监控组态软件，可以利用组态画面中的控制语句以及大量的控件实现监控软件的“智能化”，使各类监控信息自动按照需求来显示和报警，这更便于对故障的快速判断和查找。
（2） 过去的监控软件数据很“专用”，想实现各变电所的数据共享很困难。新电力监控系统的软件在数据共享和网络通讯方面功能很完善，很容易实现电力系统的信息集中监控、以及电力系统扩容改造后新系统和老系统的信息共享。同时新监控软件具有Web信息发布的功能，使没有安装监控软件的电脑也能通过网页监控到电力系统的状况，在很少的投资下增大了监控者的范围。
电力监控系统出现的问题和改进措施
电力监控系统投运半年以来也出现了如下一些问题。
（1） 1#号总降的监控系统出现过2次死机，分析其可能是由于软件还存在部分bug，后联系厂家对软件升级，消除一些已发现的bug，同时健全监控管理体制，提高值班人员的责任心，发现死机及时重新启动系统。
（2） 由于现在的监控系统采用了庞大的实时数据，微机的工作负担很重，部分信息刷新太慢，后通过调整通讯参数，提高微机的配置，加快了对I／O设备访问速度，使信息刷新速度提高。
（3） 监控系统投运后，由于电气设备都已处在运行状态，无法进行全面校验，故还存在部分状态、报警信息错误。待条件允许时校验，更改错误的组态内容。
（4） 监控系统的微机硬盘由于监控软件对硬盘过多、过频数据读写，曾发生损坏。为此做好易损硬件的备品配件和软件的备份。
结语
电力监控系统减少了电力设备状态监视对人力依赖，降低了人力的成本，提高了经济效益。为电力系统的生产运行和管理提供了科学、准确的依据。同时由于监控组态软件是个新兴的事物，对它的认识还有很多不足的地方。监控系统的施工、验收、管理方面的工作还都在摸索阶段。但随着电力设备、监控组态软件的不断改进、更新，监控组态软件在电力系统中将具有更广阔的应用前景。