钢铁企业自备电厂电气自动化控制系统软件模块技术研究

姜启才

摘要：随着微电子技术和数字控制技术在电站的广泛应用，电气控制装置的数字化、微机化已有长足的发展，并且不断提出新的更高的要求。本文通过笔者对目前钢铁企业自备电厂电气自动化控制系统的调查研究，根据发电厂电气系统的特点以及系统功能需求，对自备电厂的电气自动化控制系统关键软件模块的多线程在线可编程并行数据的参数设计、数据采集模块设计、数据传输模块、实时数据库管理系统进行了研究。

关键词：钢铁企业自备电厂；电气自动化；控制系统；软件模块；技术研究

前沿

自备电厂是钢铁企业成本控制中极其重要的一环，电气自动化控制系统的国产化，为发电系统安全稳定运行、提高生产效率、降低发电成本、用电企业降低成本都具有十分重要的意义。本文通过笔者参阅相关文献和实地调查，对钢铁企业自备电厂的电气自动化控制系统关键软件模块的多线程在线可编程并行数据的参数设计、数据采集模块设计、数据传输模块、实时数据库管理系统进行了浅要研究。

2、电气自动化控制系统的数据采集模块设计

发电厂电气自动化控制系统的主要数据采集有模拟量数据、数字量数据和电能量数据，各个数据参量的类型和数量在各个线路中不同。

2.1模拟量数据的采集

模拟量数据主要有各路母线电压、线路电压、有功功率、电流频率、线路电流、无功功率，以及主变压器的电流、有功功率和无功功率等参数。在交流电路中，数据采样的方法是通过采集某个电流周期内的N个交流电压、电流信号瞬时值，经过A/D转换和运算得到被测电压的有效值。

2.2数字量数据的采集

需要采集的数字量数据有断路器的状态、隔离开关状态、同期检测状态、继电器保护动作信号、运行报警信号等。断路器和隔离开关的状态数据由各自触点的位置产生。为避免因触点接触不良产生误差，在回路中施加较高的电压，通过配置RC滤波电路和可靠的隔离措施消除干扰。QF为断路器常闭触点，当断路器通路时，QF触点断开，继电器K开路，输出高电压信号，数据采集器得到的信号为“1”；当断路器短路时，QF触点闭合，继电器K闭合，输出低电压信号，数据采集器得到的信号为“0”。

2.3电能量数据的采集

电能量数据为有功电能和无功电能。模拟量数据、数字量数据和电能量数据都是通过数据传输模块传输至数据采集系统的。数据采集系统实时记录发电厂内的模拟量数据、数字量数据和电能量数据，将信号通过传输通道传输到上层应用系统，得到上层应用系统的控制命令后，将其转换成其它控制模块可识别的信号，从而时间数据采集末端与工作末端的通信。

3、电气自动化控制系统的数据传输模块

发电厂电气自动化控制系统的数据传输模块采用多通道数据传输模式，该模块的功能包括能够处理各种数据的类型、性质、传输目的地等不同的参数，以及完成数据的分析后，将数据发送至发电厂电气自动化控制系统应用平台。为提高数据传输系统的工作效率，在保证数据传输稳定性的条件下降低数据传输的网络环境要求，首先在数据经过通信模块后，就进入数据分析系统，将数据分类后打包，经过各类数据专用的传输通道进行传输，从而达到各通道间数据传输的独立性。

4、电气自动化控制系统的实时数据库管理系统（RTDBMS）及监控系统分析

随着计算机技术的高速发展和关系数据库（RDB）广泛的应用，对数据库功能的要求也在逐渐发生新的变化。经过三十多年的发展，数据库技术已经得到了极大的完善，尤其是在关系型数据库管理系统中。一个严格的实时数据库管理系统（RTDBMS）也是一个数据库管理系统（DBMS）。因此，实时数据库管理系统也具有一般数据库管理系统的功能。但传统数据库管理系统是为了实现数据的正确性、系统的低维护和友好的操作界面，不适合实时应用。而实时数据库管理系统的设计目标是不需要数据的绝对正确，但必须保证数据的实时性。所以，实时数据库管理系统具有能够对实时数据库中的信息进行配置；描述数据库中各种数据的特征、属性；需要将其存储在磁盘中的特征。根据发电厂ECMS的特点，其软件系统设计成五个大的子系统.

4.1实时运行子系统

实时运行子系统是整个系统的基础和核心，它具有系统各单元之间的通信、监视测量、实时数据处理、整定维护等功能。

4.1.1系统的数据流程系统

通过前置机采集电气侧装置的信息，经过规约转换，再通过以太网送到服务器，并将数据保存到实时数据库中，其数据采集模型包括实时库和历史库2个部分：历史数据库主要保存系统运行的历史信息；系统实时数据库描述了电力自动化系统的监控、管理数据点的集合，也就是按一定方式组织的监控和管理点（变量）的集合。

4.1.2实时运行子系统模块

根据系统数据流程，并基于系统的可扩展性和模块化设计的思路，将实时运行子系统划分为若干个模块包括：事件处理模块、网络通信管理模块、数据库中间层模块、实时数据库管理模块、实时数据库处理模块、历史数据库管理模块、表达式计算模块、报警和事件处理模块、实时通信监测和数据查询模块、双服务器热备份模块、报表打印模块等。

4.2数据库组态子系统

数据库组态是一个对电气系统进行描述的过程，它为实时运行系统提供必要的运行参数设置。通过数据库组态子系统可以完整的将整个电气系统以数字的方式描述出来，并保存到实时数据库中.在系统运行之前首先要进行组态配置，这个过程是离线执行的。为了加快实时系统的加载和运行数据，必须对组态的结果进行编译检查处理，查找可能出现的越限、逻辑等错误，然后进行编译。

4.3人机界面子系统

人机界面子系统分为离线部分和在线部分，即HumanMachineInterface（简称HMI）部分。离线部分主要提供对画面进行绘制和组态配置的功能，通过它定义需要显示的界面，并对界面中需要显示的信息进行配置，保证图形元素属性随变量值而变化，提供具有独立功能的控件用于显示系统的报警信息、曲线和棒图，以及与历史数据库有关的查询和显示功能。在线部分可实现在系统运行时与运行监视人员进行交互，它可以提供画面的弹出、故障报警等.HMI接收实时运行子系统发送过来的数据信息，根据这些信息刷新当前画面。

4.4报表管理子系统

该子系统具有报表的自定义、数据统计，以及打印的功能.报表包括电量报表、潮流报表、运行日值报表、电压合格率报表和设备管理报表等。

4.5高级应用子系统

高级应用子系统可以实现一系列的高级应用功能，如自动抄表、设备管理等.该子系统还提供了第三方高级应用开发的COM接口。通过调用接口可以访问实时和历史数据信息，以及系统运行信息，并提供了一些常用的函数，方便高级应用的开发，提高系统的开放性。

5、结论

计算机控制技术、计算机网络通讯技术，为电气控制系统的自动化、信息化，为提高钢铁企业自备电厂的安全性、可靠性开辟了新途径。利用计算机控制技术对发电系统二次变电站的模拟量、开关量、脉冲量等信号进行监测、保护、遥控等功能的实现奠定了现实基础。而利用现代的计算机技术、电子技术、信息处理技术和网络通信技术，开发出一套具有自主知识产权的钢铁企业自备电厂电气自动化控制系统，可以实现对钢铁企业炼钢、炼铁等各个分厂全部运行设备的遥测监控、数据测量和联网运转的国产化，为发电系统的安全稳定运行、提高生产效率、降低企业成本提供支撑平台。自备电厂作为钢铁企业成本控制中极其重要的一环，真正实现其控制系统的高自动化、国产化，才能更好的为企业降低成本提供源源不断的电力之源。

参考文献：

[1]焦邵华，李娟，李元盛，等.一种具有过程控制特征的FECS监控主站[J].电力系统自动化，2007，31（8）：80-84.

[2]徐力卫，梁庆.计算机监控系统在发电厂电气系统中的应用[J].宁夏电力，2006（3）：38-42.