牵引变电所模拟倒闸考核测评系统的设计与实现

史超美，王勇科，李强，刘家军，王琳

（1.中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西西安 710054；2.西安铁路局供电处，陕西西安 710054；3.西安理工大学，陕西西安 710048）

变电所自动化的程度越高，值班人员动手的机会就越少，但从某种意义上来说对值班人员的手动操作水平要求也就越高[1，2]。这样变电所模拟屏设备也就成为了变电所的不可缺少的设备，它不仅可以很直观地显示现场设备的运行状况，还能通过倒闸操作对变电所值班人员进行训练和模拟预演[3-5]，以此来提高他们在实际操作中的快速性和正确性，保证电力系统供电可靠性。我们在模拟屏中，以面向对象的Visual Basic 6.0为开发平台，开发了一种可以对模拟屏进行实时监视和控制、并能对倒闸操作的熟练程度进行检测的后台系统，可用于值班人员模拟倒闸操作的考核与测评。

1 系统的体系结构

本系统选择结构化设计方法SD为总体软件设计方法，将系统所要完成的不同功能在程序设计时模块化，系统的软件体系结构如图1所示。

2 系统工作原理

系统中模拟屏的下位机以AT89S52单片机为控制单元，通讯方式采用RS-232总线方式。上位机向下位机发送命令，系统通过RS-232串口将接收到的信息按照预先定义好的通信协议格式进行解码[6-8]，来获得模拟元件是打开还是合上的状态信息，下位机再根据接收到的指令来控制相对应的模拟元件的显示状态，同样下位机也可向上位机传送指令。

图1 系统的软件体系结构Fig.1 Software architecture of the system

本系统中共有64个模拟开关量，按系统的控制范围，本系统将8个模拟元件分为一组，共有8组模拟元件，每个模拟元件设置独立的地址。在软件上，为了便于上位机和下位机之间自由通讯，系统中要控制的模拟元件的地址也是一一对应且相互独立的，并将这些模拟元件的地址存放在下位机的存储器中，这样便可保证通讯的准确性和可靠性。在软件设计时为了防止值班人员的误操作，软件中还加入了相应的错误提示。

3 各模块功能的实现

3.1 单独操作的实现

主要实现的是各模拟元件（断路器和隔离开关）的单独闭合功能。在本系统中要达到的目的是实现对模拟元件一一对应的监视与控制功能，单独操作的程序流程如图2所示。

3.2 倒闸操作的实现

在变电所模拟屏中倒闸操作是最重要也是最基本的操作，变电所的操作规章里要求值班人员在进行实际操作之前要进行模拟演练操作，以此来降低因为人为失误而导致的事故。倒闸操作的流程如图3所示。

3.3 倒闸测评功能的实现

图2 单独操作流程图Fig.2 The flow chart of the separate operation

图3 倒闸操作流程图Fig.3 The flow chart of the switching operation

测评功能是在系统的倒闸模式下进行的[9-10]，当操作者输入卡片的编号确认后，程序将调用Sub daoc_cmp（str As String）来获取倒闸卡片的地址addr和倒闸卡片的步骤数num，在这个函数里首先判断该卡片是否存在，不存在的话addr=255，num=0，如果存在则调用函数Sub sele（）来选择倒闸卡片。通过得到的num数据，在Sub sele（）函数中进行计算，然后再根据计算结果来访问Daoc_Card，在Daoc_Card中存的是该变电所倒闸卡片的所有步骤。在之前通过Sub sele（）函数计算得到的CInt（addr）+i数是用来确定操作者输入的该卡片号对应的操作步骤是Daoc_Card中的第几个元素，当操作者按步骤输入时，输入的操作号就会与Daoc_Card中已存的进行比较，如果正确的则通过串口发送数据，上位机和下位机动作，比较后输入有误系统则会给出相应的错误提示，这个卡片的总操作次数为从0到CInt（num）1，在该系统中用daoc_count来计数当daoc_count=num时该卡片结束。系统的倒闸测评程序的流程如图4所示。

图4 倒闸测评流程图Fig.4 The flow chart of the switchingoperation evaluation

在整个过程中，系统会对操作正确或错误的次数进行计数，分别存进test_True和 test_False，再根据此计数给出操作者的测评结果，前者用来统计在测评过程中操作正确的次数，后者用来统计操作错误的次数，总的操作次数是两者之和。测评结果包含了姓名、操作次数、错误次数、错误率和日期这几项内容。

图5为在此过程中比较算法流程图。

图5 比较算法流程图Fig.5 The flow chart of comparison algorithm

3.4 数据库的设计

测评结果记录数据库选用Access2003关系数据库，本系统中采用的是访问ADODB类型库，对数据库进行访问必不可少的一步就是建立和数据库的连接，对ADO来说要打开连接就要通过Connection对象，在Connection对象中除了Open方法和Close方法外，还有一个很重要的方法——Execute方法，该方法可用于执行一个SQL查询，它既可执行动作查询，也可执行选择查询[12]，该系统就是通过Execute方法来执行SQL来完成对数据库的各种基本操作。在使用ADO时可以通过对ConnectionString属性的设置来完成一个连接所需的所有设置值，包括服务器、用户名称和密码等。当数据库受密码保护时可以通过UserName属性和Password属性来实现。要创建新纪录可采用AddNew方法，要删除当前记录采用Delete方法实现。

3.5 监控画面的设计

该系统的运行画面的设计主要包括各模拟元件、各元件之间的连接方式、操作键盘和测评显示等方面的内容。系统中变电所的断路器用双色的方灯模拟，隔离开关用双色的圆灯模拟，在Visual Basic 6.0的开发环境下不管是圆灯还是方灯都可以用Shape控件来建立一个控件数组来实现，只是在选择Shape控件的Shape属性的时候，一个设置为Circle，一个设置为Square，但是在这里考虑到后续程序的书写，建立两个控件数组来分别表示圆灯和方灯。

各连接线路可以采用Line控件来实现，在这里所有的线路可以用一个Line控件数组来完成，由于变电所的主接线图不同段的线路在模拟屏上表示的颜色是不同的，所以在使用该控件数组的时候和上边一样考虑到后续设计它的Index属性也要有一定的规律，也就是说同一颜色的线路的Index属性要相连着，可以简化程序。

在键盘设计的时候本系统先采用的Frame（框架）控件以便对其他控件进行分组，键盘的显示部分采用TextBox控件来完成，其他的按钮采用ComandButton控件，按键上的不同数字由它的Caption属性来设置。在建立测评画面的时候用到的控件和建立键盘时的一样，这里不在细说，由于监控画面较大，在此只给出测评显示部分画面和键盘输入部分的画面设计，如图6所示。

图6 测评和键盘画面设计Fig.6 The picture design of evaluation and the keyboard

4 结论

以面向对象的Visual Basic 6.0为平台，开发了一种可以对模拟屏进行实时监视和控制的，并能对变电所值班人员对倒闸操作的熟练程度进行检测的后台系统，这对提高变电所值班人员的操作正确性有很大的帮助。主要完成了以下工作：

1）采用串口RS-232通讯和软件设计实现上位机与下位机之间的通讯。

2）研究了测评系统中模拟屏控制的相关算法，实现对模拟屏的监视与控制。

3）编写模拟屏倒闸测评程序，对变电所值班人员对倒闸操作的熟练程度进行考核，以起到监督的作用，提高工作人员的业务水平。

目前该系统已用在铁路供电段牵引变电所，现场使用反映良好。

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