繼電保護(hù)測(cè)試裝置是在運(yùn)行前和檢修期間對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行檢查的重要設(shè)備，它對(duì)盡早檢測(cè)出保護(hù)裝置的故障、保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行有著重要的意義。雖然繼電保護(hù)測(cè)試軟件如今已達(dá)到實(shí)用水平，但是軟件在體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想上還存在許多不足：(1)軟件對(duì)應(yīng)用環(huán)境的適用性差，代碼在不同應(yīng)用環(huán)境間很難共享：(2)在軟件交付前，客戶很難清楚完整的需求。

近年來(lái)出現(xiàn)了基于組件的繼電保護(hù)測(cè)試軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想，此種設(shè)計(jì)將多態(tài)和程控源，兩種基本測(cè)試類(lèi)型封裝成組件，其它測(cè)試類(lèi)型通過(guò)調(diào)用該組件來(lái)完成測(cè)試。雖然此種方法便于維護(hù)，但它不能完全覆蓋所有測(cè)試類(lèi)型。

本文所提出的繼電保護(hù)測(cè)試的組態(tài)軟件，就是將組態(tài)思想、組件技術(shù)及軟件平臺(tái)相結(jié)合，運(yùn)用到繼電保護(hù)測(cè)試軟件框架的設(shè)計(jì)中。

組態(tài)的概念是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)，滿足使用者要求的目的。組態(tài)軟件是一種控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，用戶只需要根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和控制任務(wù)的要求，利用組態(tài)軟件提供的工具，通過(guò)簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，就可以得到所需的軟件功能。它為用戶提供一種界面操作簡(jiǎn)便直觀、直接面向最終用戶、包含大量系統(tǒng)和可復(fù)用軟件構(gòu)件的組態(tài)工具軟件，使不熟悉軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程卻了解業(yè)務(wù)流程的技服人員(或用戶)，無(wú)需代碼編程，直接使用該工具軟件，通過(guò)對(duì)功能構(gòu)件的組裝集成來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)。這種繼電保護(hù)測(cè)試軟件以功能組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，是一個(gè)支持構(gòu)件復(fù)用的集成開(kāi)發(fā)支撐環(huán)境。

1組態(tài)軟件的特點(diǎn)

(1)實(shí)時(shí)多任務(wù)

實(shí)時(shí)多任務(wù)性是工控組態(tài)軟件的重要特點(diǎn)。在實(shí)際工業(yè)控制中，同一臺(tái)計(jì)算機(jī)往往需要同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、檢索、管理、輸出，算法的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)圖形、圖表的顯示，報(bào)警輸出，實(shí)時(shí)通信等多個(gè)任務(wù)。

(2)接口開(kāi)放

在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以很方便地用vB或vC++等編程工具自行編制或定制所需的設(shè)備構(gòu)件，裝入設(shè)備工具箱，不斷充實(shí)設(shè)備工具箱。

(3)系統(tǒng)安全

工控組態(tài)軟件提供了一套完善的安全機(jī)制。用戶能夠自由組態(tài)控制菜單、按鈕和退出系統(tǒng)的操作權(quán)限，只允許有操作權(quán)限的操作員對(duì)某些功能進(jìn)行操作。

(4)系統(tǒng)組態(tài)靈活、通用性強(qiáng)

在系統(tǒng)配置方面，本平臺(tái)系統(tǒng)都采用組態(tài)方式，大大的提高了系統(tǒng)的通用性。

2繼電保護(hù)測(cè)試裝置工作原理

繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)一般由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成。上層由PC機(jī)進(jìn)行控制和管理，通過(guò)串口或USB口與下位機(jī)通信，傳送控制命令、數(shù)據(jù)以及測(cè)試儀的反饋信息。下位機(jī)由DSP根據(jù)上位機(jī)的指令進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，其產(chǎn)生的數(shù)值信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和功率放大后輸出四路電壓和三路電流到被測(cè)保護(hù)裝置。同時(shí)將保護(hù)的動(dòng)作狀態(tài)、測(cè)試儀的運(yùn)行情況以及電壓電流輸出端口的采樣值傳回給PC機(jī)，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的測(cè)試。繼電保護(hù)測(cè)試軟件控制繼電保護(hù)裝置發(fā)送模擬量來(lái)完成測(cè)試，通過(guò)控制模擬量的變化可以實(shí)現(xiàn)各種不同故障模型，達(dá)到對(duì)多種保護(hù)進(jìn)行測(cè)試的目的，并將結(jié)果以報(bào)告或圖表方式打印。

3基于組態(tài)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1軟件系統(tǒng)的邏輯模型

用戶在組態(tài)平臺(tái)上完成各種組態(tài)操作，在生成并啟動(dòng)系統(tǒng)后，下位機(jī)便充當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)站，不斷地實(shí)時(shí)采集、整理數(shù)據(jù)，并激活通訊系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。上位機(jī)一方面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，將求解的控制結(jié)果實(shí)時(shí)送往下位機(jī);另一方面也可將這些數(shù)據(jù)以各種圖表的形式直觀地顯示給用戶。當(dāng)生成、運(yùn)行測(cè)試過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)一方面充當(dāng)仿真終端，不斷地在后臺(tái)實(shí)時(shí)采集、整理數(shù)據(jù)，另一方面在前臺(tái)實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

由于不同廠家的繼電保護(hù)設(shè)備的接口驅(qū)動(dòng)程序不同，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)定義了各類(lèi)I/0接口交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)緩沖區(qū)，只要不同類(lèi)型的i/0接口的驅(qū)動(dòng)程序加載至組態(tài)系統(tǒng)時(shí)，按定義好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存放數(shù)據(jù)就可與組態(tài)系統(tǒng)聯(lián)接。

3.2組態(tài)軟件的框架設(shè)計(jì)

組態(tài)平臺(tái)采用三層體系結(jié)構(gòu)，基于組態(tài)的三層分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)適合于業(yè)務(wù)邏輯經(jīng)常變化的大型應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在這種三層式模型中，應(yīng)用層、事務(wù)層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層在邏輯上都是彼此分離的。各層功能說(shuō)明如下：

(1)應(yīng)用層(編輯測(cè)試界面)主要負(fù)責(zé)與測(cè)試。

用戶進(jìn)行交互。當(dāng)用戶提出具體的測(cè)試要求時(shí)，組態(tài)工程師就調(diào)用組態(tài)工具編輯測(cè)試界面，確定測(cè)試流程，同時(shí)會(huì)向中間組件層發(fā)出調(diào)用對(duì)應(yīng)組件的請(qǐng)求。應(yīng)用層將具體的測(cè)試要求(數(shù)據(jù))下發(fā)給中間組件，并接收中間組件反饋回來(lái)的測(cè)試結(jié)果信息。

(2)中間組件層(事務(wù)層)由具體的測(cè)試組件構(gòu)成。

當(dāng)用戶確定測(cè)試流程后，會(huì)下發(fā)調(diào)用組件請(qǐng)求，中間組件層積極響應(yīng)這一請(qǐng)求，安排所要求的組件用于支撐整個(gè)測(cè)試流程。主要負(fù)責(zé)響應(yīng)上層所下發(fā)的測(cè)試要求，通過(guò)COM通訊pJ與應(yīng)用層建立連接，它與應(yīng)用層是相對(duì)獨(dú)立的。當(dāng)應(yīng)用層提出一個(gè)測(cè)試請(qǐng)求時(shí)，中間組件層獲取上層測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)實(shí)施相應(yīng)的處理，將處理后的數(shù)據(jù)下發(fā)給測(cè)試儀，測(cè)試儀將測(cè)試結(jié)果反饋回來(lái)，最終反饋給應(yīng)用層。

(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層是整個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)源，負(fù)責(zé)維護(hù)、更新和管理數(shù)據(jù)。

主要是對(duì)輸入電流、電壓、開(kāi)入量和開(kāi)出量等繼電保護(hù)測(cè)試元素以及輸出結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新。一般使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理。

3.3組態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從總體結(jié)構(gòu)上講，組態(tài)軟件一般都是由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境(或稱(chēng)組態(tài)環(huán)境)和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境兩大部分構(gòu)成。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境是組態(tài)工程師為實(shí)施其設(shè)計(jì)方案，在組態(tài)軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境，通過(guò)建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，既組態(tài)結(jié)果，供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時(shí)使用。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境將目標(biāo)應(yīng)用程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境根據(jù)測(cè)試畫(huà)面上圖元的動(dòng)畫(huà)連接實(shí)時(shí)更新圖形畫(huà)面，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試運(yùn)行狀況以組態(tài)圖形的方式顯示出來(lái)。有些組態(tài)軟件雖然系統(tǒng)組成上包含多種部件，但就其功能結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)均可以認(rèn)為是組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的統(tǒng)合。維系組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的紐帶是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境主要分為兩個(gè)模塊：測(cè)試界面構(gòu)建模塊和試驗(yàn)測(cè)試模塊。測(cè)試界面構(gòu)建模塊主要負(fù)責(zé)提供開(kāi)發(fā)平臺(tái)給開(kāi)發(fā)人員使用，主要完成構(gòu)建測(cè)試模板的功能。測(cè)試模塊主要是實(shí)現(xiàn)提供給用戶完成測(cè)試的功能，根據(jù)平臺(tái)構(gòu)建模塊所產(chǎn)生的測(cè)試模板生成測(cè)試界面并完成測(cè)試流程。

3.3.1測(cè)試界面構(gòu)建模塊

測(cè)試界面構(gòu)建模塊主要是用來(lái)完成構(gòu)建測(cè)試方案(即測(cè)試流程)的功能，其使用者為繼電保護(hù)測(cè)試企業(yè)中的組態(tài)工程師、客戶服務(wù)人員以及經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的客戶。此模塊通過(guò)調(diào)用組態(tài)平臺(tái)的圖形工具來(lái)完成界面的設(shè)計(jì)，同時(shí)指定需要調(diào)用的測(cè)試組件。設(shè)計(jì)結(jié)束后將各圖形元素的ID號(hào)、大小、位置和測(cè)試組件的ID進(jìn)行存儲(chǔ)，提供給測(cè)試模塊使用。該模塊的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

測(cè)試界面構(gòu)建模塊包含電流、電壓、開(kāi)入量和開(kāi)出量等繼電保護(hù)測(cè)試元素(數(shù)據(jù))。使用者可以通過(guò)拖拉和編輯界面上的繼電保護(hù)圖形界面元素用以編輯測(cè)試流程，編輯完成后，軟件將測(cè)試方案(流程)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。這個(gè)功能中所保存的數(shù)據(jù)描述了使用者對(duì)于測(cè)試界面和測(cè)試過(guò)程的個(gè)性化定制。

測(cè)試界面構(gòu)建模塊為使用者提供一些測(cè)試的圖形界面元素、一個(gè)編輯區(qū)和一個(gè)生成方案按鈕。使用者能把圖形界面元素拖放入編輯區(qū)，并編輯這些元素的位置和參數(shù)，也可以從編輯區(qū)刪除已存在的元素。當(dāng)生成方案按鈕被按下時(shí)，平臺(tái)就會(huì)將編輯區(qū)的測(cè)試界面元素信息轉(zhuǎn)化成測(cè)試界面信息和測(cè)試過(guò)程控制信息，并將這些信息(即測(cè)試流程)保存到文件中。使用者也可以讀取并編輯已存在的測(cè)試流程。

3.3.2測(cè)試模塊

測(cè)試模塊主要是提供給客戶使用，用于完成測(cè)試。用戶首先從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取平臺(tái)構(gòu)建模塊的界面數(shù)據(jù)，根據(jù)界面ID和創(chuàng)建界面的信息動(dòng)態(tài)生成測(cè)試界面，然后測(cè)試界面再根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的組件ID來(lái)調(diào)用相應(yīng)測(cè)試組件來(lái)完成試驗(yàn)，最后通過(guò)打印組態(tài)生成測(cè)試報(bào)告。該模塊基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

測(cè)試模塊的功能：讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)試流程(測(cè)試方案)，以生成用戶個(gè)性化定制的界面和測(cè)試過(guò)程CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，并提供生成測(cè)試報(bào)告的功能。用戶輸入測(cè)試數(shù)據(jù)并開(kāi)始測(cè)試，軟件平臺(tái)按照個(gè)性化定制的測(cè)試過(guò)程完成測(cè)試試驗(yàn)，并將測(cè)試結(jié)果返回。最后根據(jù)測(cè)試方案(流程)和測(cè)試結(jié)果，產(chǎn)生測(cè)試報(bào)告提交給用戶。此模塊主要實(shí)現(xiàn)讀取現(xiàn)有的測(cè)試方案(流程)、產(chǎn)生測(cè)試界面并接收客戶的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入、根據(jù)測(cè)試方案控制測(cè)試過(guò)程、向DSP發(fā)送命令控制繼保儀工作并獲得測(cè)試結(jié)果、根據(jù)測(cè)試方案生成測(cè)試報(bào)告。

3.4組態(tài)系統(tǒng)的功能劃分

該組態(tài)平臺(tái)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理于一體的大型綜合軟件，它應(yīng)能完成圖5所示的功能。

3.4.1通訊組態(tài)

本系統(tǒng)采用串行通訊協(xié)議包括RS-232、PCI04和USB三種協(xié)議。通訊組態(tài)應(yīng)是最先進(jìn)行組態(tài)的內(nèi)容。它主要是完成用戶對(duì)上、下位機(jī)的通訊(與DSP通訊)功能，并通過(guò)向DSP發(fā)送各種命令和參數(shù)來(lái)完成不同的測(cè)試。

3.4.2變量組態(tài)

變量組態(tài)是指用戶按實(shí)際測(cè)試需要(用于模擬故障發(fā)生等狀態(tài))，輸入電流、電壓、開(kāi)入量和開(kāi)出量等繼電保護(hù)測(cè)試元素。要求變量組態(tài)結(jié)束以后能夠生成一張變量表存儲(chǔ)上述的各種信息。這張變量表是以后各種組態(tài)的基礎(chǔ)，也是運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的基礎(chǔ)，要求變量及其變量結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的一致性。這就要求一個(gè)組態(tài)變量文件必須對(duì)應(yīng)于某一特定的測(cè)試過(guò)程，即某一測(cè)試過(guò)程的圖形組態(tài)文件要與變量文件嚴(yán)格對(duì)應(yīng);另外，盡管各采樣點(diǎn)的信息千差萬(wàn)別，但變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須保持嚴(yán)格統(tǒng)一。

3.4.3圖形組態(tài)

圖形組態(tài)主要用來(lái)根據(jù)變量組態(tài)的內(nèi)容繪制測(cè)試流程圖，產(chǎn)生流程文件及相關(guān)變量位置的文件。組態(tài)工程師通過(guò)圖形構(gòu)建測(cè)試界面。

3.4.4打印組態(tài)

組態(tài)系統(tǒng)生成多種文件，打印組態(tài)的功能就是將這些組態(tài)文件及控制狀況從打印終端設(shè)備上輸出，并根據(jù)不同的生產(chǎn)對(duì)象的要求輸出生產(chǎn)報(bào)表等。但由于各種組態(tài)文件格式、內(nèi)容各不相同，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行了處理。

3.4.5系統(tǒng)生成

在經(jīng)過(guò)變量組態(tài)、控制組態(tài)、圖形組態(tài)后控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，用戶已向計(jì)算機(jī)描述完了特定的現(xiàn)場(chǎng)的信息，并提出了自己的要求。此時(shí)，在計(jì)算機(jī)中已經(jīng)建立起了一個(gè)有關(guān)測(cè)試流程的邏輯模型。但這并不是所希望的最終目的，用戶所希望得到的是由系統(tǒng)生成的可以正式運(yùn)行的測(cè)試系統(tǒng)。

系統(tǒng)生成完成的任務(wù)就是讀取計(jì)算機(jī)內(nèi)部有關(guān)測(cè)試流程的描述，按照用戶的要求，鏈接組態(tài)系統(tǒng)提供的功能模塊，最終生成一個(gè)符合用戶要求的、針對(duì)特定測(cè)試類(lèi)型的系統(tǒng)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種新的繼電保護(hù)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)方法，將組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)思路引入到繼電保護(hù)測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中，期望設(shè)計(jì)出繼電保護(hù)測(cè)試軟件平臺(tái)。主要通過(guò)組態(tài)平臺(tái)思想解決，需求改變時(shí)不需要修改底層的DSP程序，動(dòng)態(tài)地修改上位機(jī)內(nèi)的組件即可完成功能。