一、概述 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。 目前，SCADA系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。 由于各個應用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。 在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運行的可靠性、安全性與經(jīng)濟效益，減輕調(diào)度員的負擔，實現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。 然而，盡管在電力系統(tǒng)應用中，SCADA行業(yè)日趨成熟，國內(nèi)外如國Ge FUNC公司的iFix，Simens公司的WinCC，Wonderware公司的Intouch，Citect公司的Citect SCADA，亞控公司的組態(tài)王，紫金橋公司的紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，圖靈開物公司的ControX等種類繁多特性不一的各種監(jiān)控組態(tài)軟件占據(jù)市場，然而，大部分SCADA軟件都采用了通用的模板，雖然應用面廣泛，但專門針對電力系統(tǒng)特性設(shè)計的卻少之又少，而這些針對電力系統(tǒng)的SCADA軟件，面對的對象也大多是電站與變電站，而沒有專門針對低壓電器試驗設(shè)計的。 與普通電站相比，低壓電器試驗站設(shè)備操作次數(shù)要頻繁很多，操作人員出入操作區(qū)域的次數(shù)也相應增加，因此對設(shè)備的可靠性與系統(tǒng)的安全性都提出了更高的要求，另外，在部分低壓電器的試驗中，需要精確控制試驗時間，采集試驗數(shù)據(jù)，這些功能是傳統(tǒng)的SCADA軟件與PLC配合組成的系統(tǒng)所無法完成的，因此，需要時序控制器、數(shù)采設(shè)備等的配合。 我們采用Citect公司的CitectSCADA軟件與施耐德Modicon的Premium系列PLC為核心搭建控制平臺，并配合軟硬件安全連鎖系統(tǒng)、時序發(fā)生器、時間電流保護單元與數(shù)采裝置，形成了一套完備的試驗平臺，在設(shè)計中，除了考慮到普通電力系統(tǒng)的特點外，還充分考慮了低壓電器試驗站的特點與平臺的通用性、可擴展性。目前,該套設(shè)計已經(jīng)在施耐德低壓電器試驗站短路試驗平臺上進行應用且運行良好. 二、低壓電器試驗監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 低壓電器試驗監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控計算機及監(jiān)控軟件、可編程序控制器（PLC）、可編程時序控制器、安全連鎖系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)五部分。其中：工控計算機及監(jiān)視控制軟件完成對設(shè)備及試驗過程的控制和狀態(tài)監(jiān)視；可編程序控制器用于實現(xiàn)試驗線路的靜態(tài)控制和安全連鎖；時序控制器用于實現(xiàn)試驗過程的精確順序控制；安全連鎖系統(tǒng)負責通過軟硬件連鎖保證試驗在安全條件下進行；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集顯示器和數(shù)據(jù)采集柜組成，主要包含數(shù)據(jù)隔離放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機，實現(xiàn)試驗過程中的電流、電壓采集。 監(jiān)控軟件用CitectSCADA開發(fā)，具有開放式人機界面，支持多種標準的通信方式及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，各種控制設(shè)備儀表可以方便引入系統(tǒng)。WEB網(wǎng)關(guān)功能使用戶能在任何地方通過INTERNET 訪問數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有良好可靠性。用戶可以通過鼠標選擇試驗方式、試驗類型、開關(guān)動作順序等。經(jīng)Ethernet實現(xiàn)對可編程序控制器系統(tǒng)的試驗參數(shù)設(shè)定、設(shè)備控制和狀態(tài)顯示。 監(jiān)控軟件主要功能： （1） 試驗線路準備及輸入試驗參數(shù)，包括試品型式、試驗參數(shù)、試驗類型、試品位置、試驗線路、動作開關(guān)、通電時間和試驗循環(huán)次數(shù)等等。（2） 滿足必要安全連鎖條件下進行各種電動開關(guān)的自動或手動控制。（3） 顯示試驗主電路的單線模擬線路圖，通過不同顏色和形狀動態(tài)模擬開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)及試驗過程。包括設(shè)備狀態(tài)、試驗狀態(tài)、異常狀態(tài)等等。（4） 顯示主要回路的設(shè)備帶電狀況。（5）控制試驗啟停并記錄試驗進行時間。（6） 顯示安全連鎖及必要的試驗條件（7） 檢查安全連鎖和必要的試驗條件。自動運行下，為了能正常的啟動試驗，需檢查相關(guān)的狀態(tài)。如果相關(guān)的狀態(tài)都正常，才能啟動試驗。所有這些信息都由無源觸點實現(xiàn)。如果任何一個狀態(tài)不正常，則程序控制器將終止運行，并有提示信息顯示。 可編程序控制器選用ModiconTSX Premium 系列PLC實現(xiàn)，經(jīng)Ethernet通過基于TCP/IP協(xié)議的XIP協(xié)議與監(jiān)控計算機交換信息。系統(tǒng)設(shè)置了一套試驗用手動選擇開關(guān)和開關(guān)設(shè)備控制開關(guān)，這些開關(guān)信號均引入PLC開關(guān)量入口。PLC負責采集中壓斷路器狀態(tài)、低壓斷路器狀態(tài)、合閘開關(guān)狀態(tài)、接地開關(guān)狀態(tài)、試品狀態(tài)、各個試驗房間門狀態(tài)、系統(tǒng)報警信號、各設(shè)備的準備情況的信號，在手動情況下，還可控制各個斷路器等設(shè)備以滿足調(diào)試需要。在對時間精度要求不太高（50ms以上）時，還可通過可編程序控制器來控制試驗順序，而在對時間精度要求很高的短路系統(tǒng)中，則引入了可編程的時序控制器來完成試驗順序控制功能。 可編程時序控制器用來控制與試驗時序有關(guān)的設(shè)備，精度高于+/-2ms。采用美國Nicolet公司產(chǎn)品，整個系統(tǒng)硬件集中布置在控制柜內(nèi)，與可編程控制器的信息交換為無源接點，可通過人機界面設(shè)定并顯示通道參數(shù)，包括通道輸出開始時間、通道輸出持續(xù)時間等。 安全連鎖系統(tǒng)分為軟硬件兩部分，軟件部分包含在監(jiān)控軟件中，通過監(jiān)控軟件從PLC上獲得的信息來自動判斷是否滿足試驗進行的條件，硬件部分則由串聯(lián)干結(jié)點、安全門鎖、安全模塊及時間電流保護單元四部分組成。串聯(lián)干結(jié)點即將需要連鎖的設(shè)備輔助觸點與被連鎖條件限制的設(shè)備操作回路串聯(lián)，從而實現(xiàn)設(shè)備間的硬件連鎖；安全門鎖采用法國進口的安全鎖系統(tǒng)，只有在安全條件滿足的情況下才能從控制臺的鑰匙盒中取鑰匙開門，在有門打開的情況下將無法進行試驗，進一步確保了試驗人員的人身安全；安全模塊采用了Modicon safety module模塊，提供獨立于上述部分之外的又一層硬件保護；時間電流單元用于在試驗過程中發(fā)現(xiàn)問題時及時斷開系統(tǒng)，保證設(shè)備安全，它也采用了一套獨立的硬件來確保安全。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電流電壓傳感器、信號隔離通道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集軟件、計算機硬件、計算機報告處理打印軟件系統(tǒng)。 三、系統(tǒng)特點及進一步開發(fā)的建議 在設(shè)計中，我們考慮到平臺的通用性與可移植性，因此從一開始就根據(jù)系統(tǒng)特點設(shè)計了包含斷路器、變壓器、合閘開關(guān)等主要設(shè)備的元件庫，包含設(shè)備的參數(shù)、故障信號、位置、狀態(tài)等信息，雖然這部分工作對單一項目來說過于復雜，但隨著元件庫的一步步豐富，以后的設(shè)計工作會逐漸簡化為“搭積木” 般的過程，而這也正是建設(shè)低壓電器試驗系統(tǒng)通用平臺所要的效果。 PLC程序設(shè)計的模塊化封裝也是考慮到低壓電器試驗系統(tǒng)通用平臺的建設(shè)需要而進行的，我們試圖逐漸把低壓電器常用的試驗序列程序封裝為彼此獨立的標準的模塊，并在此基礎(chǔ)上逐漸建立完善試驗序列程序庫，在后續(xù)的工作中，只需選擇相應的程序并輸入接口的參數(shù)就可以方便的使用。 監(jiān)控軟件的開放性也是本系統(tǒng)的一個特色，我們提供了友好的界面供用戶二次開發(fā)使用，如修改系統(tǒng)參數(shù)、修改試驗回路等功能。在不影響軟件系統(tǒng)安全性的情況下，用戶可以根據(jù)試驗需要對程序進行部分調(diào)整。這種二次開發(fā)的開放性界面，可以作為建設(shè)通用平臺界面模式的一個開始，為低壓電器試驗通用平臺的界面設(shè)計提供一些參考性的信息。 如前所述，四重的硬件連鎖與軟件連鎖相配合，充分的安全性設(shè)計也是本系統(tǒng)的一個特點。本著以人為本的原則，安全性的重要作用無論對人身還是設(shè)備都不容忽視。因此，系統(tǒng)的設(shè)計在滿足功能性要求的同時，特別強調(diào)了安全第一這個設(shè)計原則。針對低壓電器試驗站操作頻繁的特點，多重的安全考慮實在是保證做到了有備無患。 目前，在壓電器試驗站項目短路試驗平臺上的成功應用給低壓電器試驗通用平臺的建設(shè)工作提供了一個良好的開始，在進一步的工作中，這個平臺還需要在以下幾個方面進行不斷的完善和充實： 數(shù)據(jù)庫需要進一步擴充，不同項目有不同的特點，希望通過一個項目建設(shè)起來的數(shù)據(jù)庫就能滿足所有項目的需求顯然不可能，因此，無論是元件庫還是試驗程序的數(shù)據(jù)庫，都需要在今后的項目中不斷完善和充實，才能最終達到實用效果。 將當前的數(shù)據(jù)庫移植為更通用的數(shù)據(jù)庫，也是一件亟待解決的問題，目前，元件庫還只能應用于CitectSCADA監(jiān)控軟件上，而PLC程序模塊也只能用UnityPro編程軟件才能進行進一步的編輯和開發(fā)。而在以后的項目中都采用這兩種軟件開發(fā)顯然是不太可能的。因此，在下一步的工作中，把元件庫中各個元件移植為ActiveX這種適用于任何監(jiān)控軟件開發(fā)平臺的模塊是必須的。而PLC程序模塊也需要進一步移植為符合IEC61131并適用于各種PLC系統(tǒng)的標準模塊。 四、小結(jié) 本文通過施耐德低壓電器試驗站項目短路平臺的設(shè)計，初步建成了監(jiān)控組態(tài)軟件低壓電器試驗站通用平臺，并為該平臺以后的完善與擴展作好了充分的準備，為填補監(jiān)控組態(tài)軟件在低壓電器試驗站項目中的空白提供了參考材料。 作者單位：中機國際（西安）技術(shù)發(fā)展有限公司工程部 　 地址：西安市環(huán)城南路東段128號中機國際（西安）技術(shù)發(fā)展有限公司工程部　710054　 Email：weizy@126.com