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(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。 目前，SCADA系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)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(yīng)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(gè)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(yùn)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(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)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(yīng)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(chǎng)，然而，大部分SCADA軟件都采用了通用的模板，雖然應(yīng)用面廣泛，但專門針對(duì)電力系統(tǒng)特性設(shè)計(jì)的卻少之又少，而這些針對(duì)電力系統(tǒng)的SCADA軟件，面對(duì)的對(duì)象也大多是電站與變電站，而沒有專門針對(duì)低壓電器試驗(yàn)設(shè)計(jì)的。 與普通電站相比，低壓電器試驗(yàn)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(yīng)增加，因此對(duì)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(yàn)中，需要精確控制試驗(yàn)時(shí)間，采集試驗(yàn)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(shí)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(tái)，并配合軟硬件安全連鎖系統(tǒng)、時(shí)序發(fā)生器、時(shí)間電流保護(hù)單元與數(shù)采裝置，形成了一套完備的試驗(yàn)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)中，除了考慮到普通電力系統(tǒng)的特點(diǎn)外，還充分考慮了低壓電器試驗(yàn)站的特點(diǎn)與平臺(tái)的通用性、可擴(kuò)展性。目前,該套設(shè)計(jì)已經(jīng)在施耐德低壓電器試驗(yàn)站短路試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用且運(yùn)行良好. 二、低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控計(jì)算機(jī)及監(jiān)控軟件、可編程序控制器（PLC）、可編程時(shí)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(jì)算機(jī)及監(jiān)視控制軟件完成對(duì)設(shè)備及試驗(yàn)過程的控制和狀態(tài)監(jiān)視；可編程序控制器用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線路的靜態(tài)控制和安全連鎖；時(shí)序控制器用于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的精確順序控制；安全連鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過軟硬件連鎖保證試驗(yàn)在安全條件下進(jìn)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(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)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(jī)界面，支持多種標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)選擇試驗(yàn)方式、試驗(yàn)類型、開關(guān)動(dòng)作順序等。經(jīng)Ethernet實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程序控制器系統(tǒng)的試驗(yàn)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(yàn)線路準(zhǔn)備及輸入試驗(yàn)參數(shù)，包括試品型式、試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)類型、試品位置、試驗(yàn)線路、動(dòng)作開關(guān)、通電時(shí)間和試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)等等。（2） 滿足必要安全連鎖條件下進(jìn)行各種電動(dòng)開關(guān)的自動(dòng)或手動(dòng)控制。（3） 顯示試驗(yàn)主電路的單線模擬線路圖，通過不同顏色和形狀動(dòng)態(tài)模擬開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)及試驗(yàn)過程。包括設(shè)備狀態(tài)、試驗(yàn)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(yàn)啟停并記錄試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間。（6） 顯示安全連鎖及必要的試驗(yàn)條件（7） 檢查安全連鎖和必要的試驗(yàn)條件。自動(dòng)運(yùn)行下，為了能正常的啟動(dòng)試驗(yàn)，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(dòng)試驗(yàn)。所有這些信息都由無源觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。如果任何一個(gè)狀態(tài)不正常，則程序控制器將終止運(yùn)行，并有提示信息顯示。 可編程序控制器選用ModiconTSX Premium 系列PLC實(shí)現(xiàn)，經(jīng)Ethernet通過基于TCP/IP協(xié)議的XIP協(xié)議與監(jiān)控計(jì)算機(jī)交換信息。系統(tǒng)設(shè)置了一套試驗(yàn)用手動(dòng)選擇開關(guān)和開關(guān)設(shè)備控制開關(guān)，這些開關(guān)信號(hào)均引入PLC開關(guān)量入口。PLC負(fù)責(zé)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(gè)試驗(yàn)房間門狀態(tài)、系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)、各設(shè)備的準(zhǔn)備情況的信號(hào)，在手動(dòng)情況下，還可控制各個(gè)斷路器等設(shè)備以滿足調(diào)試需要。在對(duì)時(shí)間精度要求不太高（50ms以上）時(shí)，還可通過可編程序控制器來控制試驗(yàn)順序，而在對(duì)時(shí)間精度要求很高的短路系統(tǒng)中，則引入了可編程的時(shí)序控制器來完成試驗(yàn)順序控制功能。 可編程時(shí)序控制器用來控制與試驗(yàn)時(shí)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(gè)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(diǎn)，可通過人機(jī)界面設(shè)定并顯示通道參數(shù)，包括通道輸出開始時(shí)間、通道輸出持續(xù)時(shí)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(dòng)判斷是否滿足試驗(yàn)進(jìn)行的條件，硬件部分則由串聯(lián)干結(jié)點(diǎn)、安全門鎖、安全模塊及時(shí)間電流保護(hù)單元四部分組成。串聯(lián)干結(jié)點(diǎn)即將需要連鎖的設(shè)備輔助觸點(diǎn)與被連鎖條件限制的設(shè)備操作回路串聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的硬件連鎖；安全門鎖采用法國進(jìn)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(tái)的鑰匙盒中取鑰匙開門，在有門打開的情況下將無法進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步確保了試驗(yàn)人員的人身安全；安全模塊采用了Modicon safety module模塊，提供獨(dú)立于上述部分之外的又一層硬件保護(hù)；時(shí)間電流單元用于在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)斷開系統(tǒng)，保證設(shè)備安全，它也采用了一套獨(dú)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(hào)隔離通道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集軟件、計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)報(bào)告處理打印軟件系統(tǒng)。 三、系統(tǒng)特點(diǎn)及進(jìn)一步開發(fā)的建議 在設(shè)計(jì)中，我們考慮到平臺(tái)的通用性與可移植性，因此從一開始就根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(hào)、位置、狀態(tài)等信息，雖然這部分工作對(duì)單一項(xiàng)目來說過于復(fù)雜，但隨著元件庫的一步步豐富，以后的設(shè)計(jì)工作會(huì)逐漸簡(jiǎn)化為“搭積木” 般的過程，而這也正是建設(shè)低壓電器試驗(yàn)系統(tǒng)通用平臺(tái)所要的效果。 PLC程序設(shè)計(jì)的模塊化封裝也是考慮到低壓電器試驗(yàn)系統(tǒng)通用平臺(tái)的建設(shè)需要而進(jìn)行的，我們?cè)噲D逐漸把低壓電器常用的試驗(yàn)序列程序封裝為彼此獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)的模塊，并在此基礎(chǔ)上逐漸建立完善試驗(yàn)序列程序庫，在后續(xù)的工作中，只需選擇相應(yīng)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(gè)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(yàn)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(yàn)需要對(duì)程序進(jìn)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(tái)界面模式的一個(gè)開始，為低壓電器試驗(yàn)通用平臺(tái)的界面設(shè)計(jì)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(jì)也是本系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)。本著以人為本的原則，安全性的重要作用無論對(duì)人身還是設(shè)備都不容忽視。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在滿足功能性要求的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)了安全第一這個(gè)設(shè)計(jì)原則。針對(duì)低壓電器試驗(yàn)站操作頻繁的特點(diǎn)，多重的安全考慮實(shí)在是保證做到了有備無患。 目前，在壓電器試驗(yàn)站項(xiàng)目短路試驗(yàn)平臺(tái)上的成功應(yīng)用給低壓電器試驗(yàn)通用平臺(tái)的建設(shè)工作提供了一個(gè)良好的開始，在進(jìn)一步的工作中，這個(gè)平臺(tái)還需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行不斷的完善和充實(shí)： 數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)一步擴(kuò)充，不同項(xiàng)目有不同的特點(diǎn)，希望通過一個(gè)項(xiàng)目建設(shè)起來的數(shù)據(jù)庫就能滿足所有項(xiàng)目的需求顯然不可能，因此，無論是元件庫還是試驗(yàn)程序的數(shù)據(jù)庫，都需要在今后的項(xiàng)目中不斷完善和充實(shí)，才能最終達(dá)到實(shí)用效果。 將當(dāng)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(yīng)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(jìn)行進(jìn)一步的編輯和開發(fā)。而在以后的項(xiàng)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(gè)元件移植為ActiveX這種適用于任何監(jiān)控軟件開發(fā)平臺(tái)的模塊是必須的。而PLC程序模塊也需要進(jìn)一步移植為符合IEC61131并適用于各種PLC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊。 四、小結(jié) 本文通過施耐德低壓電器試驗(yàn)站項(xiàng)目短路平臺(tái)的設(shè)計(jì)，初步建成了監(jiān)控組態(tài)軟件低壓電器試驗(yàn)站通用平臺(tái)，并為該平臺(tái)以后的完善與擴(kuò)展作好了充分的準(zhǔn)備，為填補(bǔ)監(jiān)控組態(tài)軟件在低壓電器試驗(yàn)站項(xiàng)目中的空白提供了參考材料。 作者單位：中機(jī)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(hào)中機(jī)國際（西安）技術(shù)發(fā)展有限公司工程部　710054　 Email：weizy@126.com