一 引言
为了更好地满足大电网、大机组、高电压的电网实时监控要求，除常规远动终端(Remote Terminal Unit, RTU)和智能电度表、继电保护装置、卫星定位时钟等智能电子设备(Intelligence Electronic Device, IED)采集电网实时数据外，还须采用软件对电网进行监控。操作人员借助软件将各二次设备采集的数据收集至监控站，并按一定策略对电网进行控制。
由于电力系统对数据采集的实时性和控制的可靠性要求较高，所以对软件也有相应要求，而Intellution ? 公司的FIX工业自动化软件能满足这些要求。
二 电力系统自动化状况分析
电力系统由发电厂、变电站及输电线等组成，由集中控制管理中心(即电力系统调度所)统一指挥电力系统的运行。同时，在发电厂和变电站设有主控制室，集中控制和管理整个厂、站的运行。
近几年，随着用户对供电可靠性要求的提高，电力系统调度自动化、变电站自动化和配电网自动化在电力系统中得到越来越广泛的应用。
变电站自动化系统，集保护、测量、控制、远传等功能于一体，是利用微机的数字通信优势来实现数据共享的一套电力系统二次设备的自动化装置。它取代了常规的仪表盘、柜以及一些中央信号装置，节省了变电站的占地面积及对电缆的投资。整个变电站要实现自动控制，一套优秀的监控软件是必需的。当操作人员进入变电站时，可以从自动化系统的当地监控软件上了解变电站当前的运行情况和历史记录。当地监控软件通过密码实现多权限多级管理，一般操作人员可以看主接线图、遥信遥控遥测表、特殊功能显示图、顺序事件(SOE)等图表；系统管理员可以修改软件配置、各级权限范围、各种图表；操作员和监督员同时认可才能进行遥控操作。登入登出过程以及执行的所有操作，软件都会详细记录操作人姓名、密码、操作等信息。软件根据设定自动记录所需的四遥(遥信、遥测、遥控、遥调)量进行统计，形成曲线、棒图等。
配电网自动化是将低压电网中的智能化设备以最优的结构连接起来，组成一个无论在电网结构还是在保护、控制、管理和运行等方面都能适应电网建设需要的自动化系统。其主要功能有：基于地理信息系统的配电网运行监测和控制(GIS/SCADA)、故障自动诊断隔离与供电恢复、网络优化、电能质量最优控制、自动读表、负荷控制与管理等。要实现这些功能，除了IED外，也需要由自动控制软件来实现上述功能。
三 FIX软件的系统结构及功能
FIX工业自动化软件为操作人员和贯穿整个管理的应用软件提供实时数据。FIX采集实时数据的过程是：
(1) I/O驱动程序软件从I/O设备中读取数据，并把数据传入驱动程序映射表(DIT)的地址中。
(2) 扫描、报警、控制程序从DIT中读数据，并将处理后的数据传输到过程数据库中。
(3) 内部数据库访问功能从本地或远程的数据库读取数据，并将这些数据传输至请求数据的应用程序中去。
在整个数据采集的过程中，有以下几个关键的环节。
1. I/O驱动程序
传感器或控制器将数据送入PLC或其他过程硬件的寄存器中。FIX软件提供与PLC等硬件设备的接口，这些可将数据从寄存器中读出的软件接口称为I/O驱动程序。高性能的I/O驱动程序有许多功能，诸如自动通信错误检测、信号调节、报告、恢复、支持冗余通信等功能。FIX可以同时支持8个不同类型设备的I/O驱动程序在一个SCADA节点上运行。
2. FIX的数据库
FIX数据库可从驱动程序映射表中检索数据，处理过程数据(包括指令)，与定义的报警限进行比较，输出值返回到驱动程序映射表，发送报警信号到操作员显示器、打印机、文件及网络报警设备。
3. 图形界面应用程序
在现场应用中，FIX最重要的功能是为用户提供一个可视化的窗口进行过程信息处理。FIX在用户屏幕上提供的图形化过程信息，包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。
图形应用程序的核心是从数据库访问信息。为了直接显示数据，图形应用程序提供了多样性的链接方式，链接可以有多种格式及配置的灵活选择，对系统或过程数据进行显示。操作人员使用链接也能向数据库写数据。同时，数据源不仅可来自FIX数据库，而且可来自其他DDE应用程序或ODBC数据库。这些数据传输可以是双向的。
除了以上3个关键环节外，FIX还提供了报警和安全系统。报警系统可用于生成、显示、存储报警和信息，并将报警和信息发送到网络上的任意节点、与FIX相连的打印机、磁盘文件、报警概要显示、报警历史窗口以及多媒体报警系统。安全系统包括基于用户的安全系统和系统安全性应用程序。基于用户的安全系统可保护FIX文件、重要的程序、操作显示画面和配方、数据库模块。系统安全性应用程序包括安全配置和登录两种程序。 在安全配置程序中可以设置节点的安全性为允许/不允许、创建用户和组的账号、分配用户使用程序和程序功能的权限、分配用户名和密码、分配安全区名等。为了保护数据库不受非法修改，FIX使用安全区的概念，可以把安全区看作是有着相同安全级别的一组数据库的模块，最多可定义254个不同的安全区。 一旦节点有安全保护，操作人员必须访问登录程序，输入姓名和密码。在登录后，操作人员才能访问权限允许范围内的内容。
四 在FIX中开发电力系统所用协议的驱动程序
FIX软件在可靠性、实时性、灵活性上都可满足电力系统的要求。但由于电力系统所用的通信协议与普通工业自动控制中所用的协议不同，所以要想在电力系统中应用FIX软件，首先要开发电力系统所用通信协议的驱动程序。
1. 协议驱动程序开发工具
FIX软件的结构是开放式的，它所用到的协议驱动程序可由用户自己开发。开发驱动程序的工具有I/O Driver Development Toolkit，若要开发WINOOWs环境下32位的应用程序，可用OPC Server Toolkit。
在Visual C++5.0下应用OPC Server Toolkit可生成基于串口或TCP/IP的驱动程序的框架。框架的基本结构如图所示。
对于基于串口的协议驱动程序，各部分所包括的属性有：
(1) 通道：通信端口；通信模式(直接连接/通过Modem拨号/无线电方式)；波特率；数据位；停止位；校验方式。
(2) 设备：设备地址；响应等待时间；重试次数。
(3) 数据块：保存数据的内存地址；轮询速率；数据类型。
对于基于TCP/IP的协议驱动程序，各部分所包括的属性有：
(1) 通道：由于是基于TCP/IP协议驱动程序，通道部分没有属性需要设置。
(2) 设备：模式(TCP/UDP)；IP地址；设备地址；响应等待时间；重试次数。
(3) 数据块：保存数据的内存地址；轮询速率；数据类型。
协议驱动程序运作时，在数据块部分有几个共同的函数：轮询常用数据(如遥信、遥测数据)；按用户要求进行的操作(如遥控、遥调操作)；处理子站主动上报的信息(如SOE数据)。在编制具体协议的驱动程序时，应在这几个处理协议信息的函数中加入具体协议的报文。
在通信过程中，为了保证遥信、遥测等数据的实时性，协议驱动程序是多线程(线程是WINOOWs应用程序的执行路径，多个线程可同时运行)的。驱动程序建立的基本线程有：通道扫描工作中设备的线程；通道处理协议数据收发的线程；数据块解析协议响应数据的线程。
2. 电力系统中所用通信协议的现状分析
目前，在电力系统变电站与调度端之间，常用的协议有仅适用于点对点通信的CDT(循环式)协议，以及既可用于点对点通信又可进行总线式通信的Poll-ing(论询)协议。常见的Polling协议有1801协议、Series V协议、*4F协议、IEC870-5-101协议和DNP协议等。每种协议既有其优点，也有其局限性。
a. CDT协议
CDT协议为循环传输方式，无模拟量变化传输功能，在1:N的远动系统中传输效率低、传输速度慢。由于CDT协议有多个版本，所以其具体实现方法，如遥控字的数据结构、一个字节8位数据的发送顺序等存在差异，普遍存在着协议接口问题。传统做法是一种协议编制一个接口处理程序，接入新型远动终端则必须重新编制程序。
b. 1801协议
1801协议报文用一个字节表示逻辑RTU个数，最大为256个，用4位表示板地址，最多为16个。遥测板地址、遥信板地址、遥控板地址统一编址。每个遥测板地址表示12个遥测量，每个遥信板地址表示24个遥信量，每个遥控板地址表示8个遥控对象。在变化数据报文中，遥测、遥信序号由板地址确定，在遥控选择、遥控执行报文中，遥控对象也由板地址确定。
c. 4F协议
4F协议主站与子站通信报文的应答逻辑关系比较复杂，对程序编写及运行维护人员有较高要求。
d. Series V协议
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本文关键字：软件 电气工程，电工技术 - 电气工程
