热电厂计算机监控系统的开发与应用
张明锐（同济大学电气工程系　上海　200331）
1　引言　　
　　青浦热电厂位于上海青浦工业园区，以园区工业供热为主，并按照上海电力调度中心下达的日计划曲线发电上网。青浦热电厂设计规模为2炉2机，即2台75t／h循环流化床锅炉，2台12MW抽汽冷凝式汽轮发电机组，两路35kV线路与地区电网相连、两台主变、一台备用变。厂用电6kV两主两备，0．4kV两主两备。6kV与0．4kV系统采用单母线分段接线，两路电源自动互投。本系统负责整个电厂的电气量监控，并与热力监控系统、电厂MIS（ManagementInformationSystem）管理信息系统交换信息。
2　系统功能
　　（1）数据采集与处理，采集整个电厂的发电机、主变、备变、厂用变、35kV线路、6kV线路、0．4kV线路、断路器、开关柜、直流屏、同期系统、励磁调节器、温控仪等设备的遥测量与遥信量。对应不同的实时值采用实时曲线、表格、棒图、模拟仪表、数码、游标等方式显示。
　　（2）报警功能，当电气系统出现事故、故障、越限等情况时，以不同的形式进行报警与提示。报警方式包括语音提示，屏幕图符闪烁，画面自动推出、打印报警等多种形式。对报警事件可以进行分类，并分别设置一种或几种报警形式。
　　（3）控制功能，电厂内所有断路器的遥控分、合闸操作通过主接线画面进行，只有经过授权的值班人员才能操作，计算机对每次操作的时间，操作人员姓名，操作内容，操作成功与否自动记录。
　　（4）备自投功能，正常情况下，电厂两台所用变投入使用，0．4kV分段开关打开，当0．4kV某段因故失电，且该0．4kV系统又无短路故障及有压母线电压正常，则自动投入0．4kV分段开关。该自动功能可通过人机界面投退。
　　（5）同期并网，能否按照调度下达的指令快速准确的发电并网或解列不但关系到发电机组的安全运行，而且具有重要的经济意义。正常情况下本系统采用微机自动准同期并网，该系统根据系统电压、频率、相位，对待并机组下达调压、调频指令，达到并网条件时发出合闸指令。并网周期短，对机组冲击小。一旦微机自动准同期装置故障，可依靠MZ－10同期表与电压、频率表的指示，手动并网。为防止非同期条件下的误动作并网，合闸回路中接入一对同期检查继电器的常开接点。
　　（6）打印功能，实现运行日志的定时打印和召唤打印，事故、故障、越限、操作记录等均可随机打印；存入历史数据库和历史记录中的日报表、月报表和年报表等均可召唤打印。主要画面屏幕拷贝。
　　（7）通信功能，与保护管理机的通信，与热力监控系统、电厂管理信息系统通信、与电力调度中心的通信。
　　（8）卫星对时功能，系统内所有微机的时钟能够由GPS（GlobalPositionSystem）自动校准。本系统设置一台四口GPS（美国全球卫星定位系统），可同时接到2台服务器和2台工作站上，实现四台计算机时钟的同步。
3　系统实现
3．1　系统结构
　　如图1所示，系统采用基于NT的以态网结构，并采用了冗余技术，由2台工控机作为上位机，实现热备用；正常运行时一台工控机是NT局域网的主域控制器，另一台工控机是NT局域网的备份域控制器；当主域控制器因故退出NT网时，备份域控制器将自动上升为主域控制器；正常运行时亦可人为切换主、备份域控制器。网上还挂了2台工控机作为信息交换工作站，即前置机，亦可按主／备两种方式运行。每台前置机同时与远程终端设备RTU（RemoteTerminalUnit）、可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicalController）、保护管理机通信，RTU完成数据采集与控制功能以及与电力调度中心、电厂MIS系统通信。PLC实现备自投与低频解载功能。GPS实现时钟同步。两台打印机分别用于定时打印和随机打印。系统还配置了语音报警系统与不间断电源UPS（UninterruptedPowerSupply）。
3．2　软件开发
　　上位网络以WINDOWSNT作为系统平台。采用工控组态软件Intouch开发人机界面功能。通信机与RTU之间采用我国电力部颁CDT规约，他适用于点对点的远动通道结构及以循环字节同步方式传送远动信息的远动设备与系统。该规约采用可变帧长度、根据信息的轻重缓急将信息区分为多种帧类别循环传送、重要信息优先传送或插入传送。帧结构如图2所示，每帧都以同步字EB90开头，并有控制字，除少数帧外，均有信息字。帧长度可变。帧的同步字、控制字、信息字的排列规则：字节由低B1到高Bn上下排列、字节的位由高b7到低b0左右排列，发码时低字节先送，高字节后送，字节高位先送，低位后送。控制字有六个字节。该规约采用CRC校验，控制字和信息字都是（n，k）＝（48，40）码组，生成多项式为G（x）＝x8＋x2＋x＋1。陪集码为FFH。　　通信机按CDT规约用高级语言编写标准的设备驱动程序I／ODRIVER，InTouch使用DDE（DynamicDataExchange）功能与外部I／O接口设备和其它程序间进行通讯。上位机与前置机之间以NETDDE方式交换实时数据。
　　DDE是由微软设计的一种通讯协议，DDE标记通过Microsoft的动态数据交换协议进行访问，它允许Windows环境下的应用程序彼此间发送、接收数据和指令。两个正在运行的程序构成Client／Server（客户机／服务器）方式。服务程序可以提供数据，并且接收其它程序的数据请求。发请求的应用程序叫做客户机程序。一些应用程序（例如InTouch和MicrosoftExcel）可以同时作为客户机程序或服务程序。
　　DDE是一种消息型协议，为了进行成功的链接和传输数据，它需要三部分的信息：应用程序名，主题名和项名。要想从其它程序中获取数据，客户机程序通过指定这三项打开一条与服务程序之间的通道。同理，为了让InTouch能从其它程序中获取数据，必须知道提供数据的应用程序名，包含数据值的应用程序的主题名和主题内的某一项名。另外，InTouch还需要知道数据类型：离散型、整型、实型（浮点数）或文字型（字符串）。当在InTouch数据库中定义标记名时，这个信息决定了标记名的DDE类型。当InTouch在运行状态时，它将自动执行所需要的动作来获取和维护这个项目值。每当一个可读／写DDE类型的标记值改变，它立即通过DDE写到远程应用程序。每当链接到远程应用程序的标记的项改变，标记也可以从远程应用程序上更新。所有DDE的标记缺省设置为可读／写。性数据链接。使用一次性请求，客户机程序向服务程序请求数据的一个“快照”。例如：Excel宏指令将为另一个程序打开一个通道，请求指定的数据，然后关闭通道，使用这些数据来产生一个报告。永久性数据链接叫做“热”链接。当一个客户机程序和其它的程序建立了一种热链接时，它要求服务程序在某一项数据值改变时通知客户机。永久性数据链接一直有效，直到客户机或者服务程序中断链接或对话。永久性数据链接是一种非常有效的交换数据的方法，因为一旦链接建立起来，在数据值变化前不需要任何通讯。本系统中InTouch与所有外部I／O设备之间以及前置机与上位机之间都采用永久性数据链接。
　　上位机的通信程序是用高级编程语言C＋＋和VB编写的。
4　系统特点
（1）功能强大，可靠性高、系统实时性好。
　　（2）系统组态方便，软件支持在线修改，Runtime（运行）与Development（开发）两个软件包之间可以自由切换。
　　（3）人机界面友好，操作简单直观。大部分操作只须点击鼠标即可完成，便于值班人员掌握。
　　（4）开放的系统结构有利于二期工程的建设，2号机组的加入，整个系统结构不需改动，上位硬件也不需增加，只要对既有软件补充即可。
5　结论
该系统自1998年12月开始开发，1999年7月安装调试，2000年2月正式并网发电，运行实践表明，系统的各项性能指标达到用户要求，稳定可靠。本系统方案可为解决同等规模的热电厂计算机监控参考。

6　参考文献
1　钱清泉．电气化铁道远动技术．北京：中国铁道出版社，1990
2　张明锐，王为，毛明平．新型变电站综合自动化的实现方案．继电器，2001，29（7）：29～30
3　张明锐，王为．上海市地铁共和新路高架工程电力监控系统方案探讨．城市轨道交通研究，2001，14（3）：57～60
4　WonderwareFactorySuitNetDDEUserGuide．1996
5　魏璇，刘玉忠，刘沛．一种全分布式变电站自动化通信系统的实现．电力系统自动化，1999，23（13）：54～56