电力监控SCADA软件开发本科毕业设计论文.docx

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电力监控SCADA软件开发本科毕业设计论文

上海交通大学本科毕业论文

电力监控SCADA软件开发

electricpowersystemofsoftwareexploitationscada

电力监控SCADA软件开发

摘要

随着我国国民经济的快速发展，我国对电力的需求也越来越紧迫。

尤其是在近几年里，我国每年的电力缺口逐年扩大，已经严重制约了各个行业的发展甚至影响到了居民的正常用电。

正是由于这样，全国大量兴建各类发电站、变电站以及加快电网设施的建设改造。

在这些兴建改造项目中，伴随着电力行业各类新技术、新产品的出现和推广，尤其是计算机技术的广泛应用，使电力设备在高效，安全，可靠运行的同时，大量减少了运行人员的工作强度，缩短了设备的维护周期，延长了使用寿命等等。

从我国目前的情形看，电力继保行业是计算机技术应用最直接，最明显的体现。

在上个世纪70年代末期，由ABB公司推出了第一台基于微处理器的继电器，随着时间的推移，到了90年代网络技术的成熟与普及以及计算机的硬件设备成本的迅速降低和运算能力的快速提高，软件技术的不断更新升级，使计算机对底层设备的监测控制变为可能。

由于国内外同类软件的价格不菲，市场竞争激烈，由此使我萌发了借助于所学知识制作电力监控SCADA软件的想法。

本文正是围绕着电力SCADA系统的开发，针对目前我国电力电网的现状，依据自己在电力继电保护行业中七年的开发、设计和现场调试经验从以下几个方面进行论述：

首先是对SCADA系统的出现和发展作一介绍；其次对各种终端设备通讯协议（规约）的应用现状以及发展前景进行介绍说明；然后是对windows下基于mfc的编程环境和VC++6.0编程软件的说明；再次对程序结构框架及源代码的实现进行较详细的论述；最后是应用案例举例。

论文的主要创新性工作在于：

由于本人前一本科专业所学是工业自动化，毕业后又长期从事于继电保护行业，参与了多种型号下位机及上位机产品的开发，测试；长期接触使用ABB、SIEMENS、GE、SEL、ACE、MS等国外知名企业生产的电力自动化产品，因此对电力SCADA系统能较好的理论联系实际，并且根据所学知识开发出适合不同通讯协议的电力SCADA监控软件；达到安全、可靠、经济的目的，解决了国外软件价格高，界面不友好、兼容性不好等问题。

关键词：

SCADA，VC++6.0，通讯协议，继电保护

ELECTRICPOWERSYSTEM

OFSOFTWAREEXPLOITATIONSCADA

ABSTRACT

Alongwiththefastdevelopmentoftheourcountrynationaleconomy,theourcountryistotheneedoftheelectricpoweralsomoreandmoreurgent.Withinlastfewyearsparticularly,theourcountryelectricpowerin-dentationextendsyearbyyear,alreadyseriouscheckandsupervisionatdevelopmentofeachprofessionevenaffectstheresidentsnormaltousetheelectricity.Exactlybecauseofthus,thewholecountrybuildseveryvari-varietytogenerateelectricitythestationingreatquantities,transformersubstationandspeedtheconstructionreformationofthechargedbarbedwirenetfacilities.Inthesebuildreformitem,accompanywiththeelectricpowerprofessionemergenceofeachkindofnewtechnique,newproductandexpand,particularlytechnicalandextensiveapplicationofcalculator,maketheelectricpowerequipmentsatefficiently,safety,dependablemovementatthesametime,agreatdealofworkstrengththatreducestocirculatethepersonnel,shortennedthemaintenanceperiodoftheequipments,prolongtheservicelifeetc..Thecurrentsituationseesfromtheourcountry,electricpowerafterprotecttheprofessionandisthecalculatortechniquetoapplymostdirect,them-stobviousbodynow.Lastphasein70'sinlastcentury,FromthecompanyofABBthefirstrelayaccordingtomicroprocessorofafterelectricappliances,alongwithchangeoftime,In90'sthenetworkoftechnicalmatureandmakewidelyavailableandcalculatorofthehardwareequipmentscostlowerandoperatethefastexaltat-ionofabilityquickly,thesoftwareistechnicaltorenewtheupgradecontinuously,makingcalculatorchangedintothepossibilitytothemonitorcontrolofthefirstfloorequipments.Becausethepriceofdomesticandint-ernationalofthesamekindsoftwareisexpensive,themarketcompetitionvehemence,makesmeaskforhelpfromtheviewpointthattheknowledgecreationelectricpowersupervisesandcontroltheSCADAsoftwarel-earnfromhere.

ThistextsurroundsthedevelopmentoftheelectricpowerSCADAsystemexactly,aimingatthepresentconditionoftheourcountryelectricpowerchargedbarbedwirenetcurrently,accordingtotheoneselfatthee-lectricpowerprotecttheprofessionaftertheelectricityinsevenyearsofdevelopment,designandadjusttotrytheexperienceonthescenefromfollowingseveralscarryonthetreatise:

IstheemergencetothesystemofSC-ADAanddevelopmentstointroducefirst;Carryontheintroductionelucidationtoappliedpresentconditionandthedevelopmentforegroundsofvariousterminalequipmentscommunicationagreement（rulesinvite）thenextinorder;Thenistheelucidationtothewindowsthebottomaccordingtothemfctheplaitdistanceenvironmentan-dVC++6.0plaitdistancesoftwares;Carryonthemoredetailedtreatisetotherealizationoftheprocedurestruct-ureframeandthesourcecodeagain;Endistheappliedcaseexamplegiveexamples.

Themainandcreativesexworkofthethesisliein:

Becauseoneselflast-oneundergraduatecourselearnisisanindustryautomation,graduationtheempressworksontoprotecttheprofessionaftertheelectricityoveralongperiodoftimeagain,participatingthedevelopmentofvariousmachineswithnextmodelnumberandtheplaceofhonormachineproducts,test;Overalongperiodoftimetheelectricpowerautomationproductt-hatforeignwell-knowntheelectric-power’sproduceenterpriseofcontactusageABB,SIEMENS,GE,SEL,ACE,MSetc.sotoSCADAsystemcanthebettertheoriescontactphysically,andaccordingtotheelectricpo-powerSCADAsupervisionsoftwarethattheknowledgedevelopsaninkeepingwithdifferentcommunicationagreementlearn;Attainthepurposeofthesafety,credibility,economy,resolvedtheforeignsoftwarepricehigh,theinterfaceisnotfriendly,andpermitsexnotgoodetc.problem.

Keyword:

SCADA,VC++6.0,thecommunicationagreement,protectofrelay

第一章绪论…………………………………………….……………….…………………………1

1.1引言……………………………………………………………...…………………………1

1.2本文简述.……………………………………...………………………..………………….1

第二章SCADA系统…………………………………………….……………….………………..2

2.1SCADA系统概述………………………………………………………………………….2

2.2SCADA系统的发展.……………………………………...……………………………….2

2.3本章小节…………...……………………………………...……………………………….2

第三章电力SCADA系统的通讯网络及规约...………….……………….……………………..3

3.1电力SCADA系统通讯网络概述…………………………...…………………………….3

3.2电力SCADA系统通讯规约概述…………………………...…………………………….3

3.3本章小节……………………………………………………...………………………….…4

第四章编程软件及环境...………….……………….……………………………………………..5

4.1基于MFC的VC++6.0编程软件的特点…………………………………….……………5

4.2面向对象的程序设计思想……………………………...…………………………….……5

4.3MFC类（主要几个）的衍生关系简述……………………………...……………………6

4.4本章小节……………………………….……………………………...……………………7

第五章需求及可行性分析...………….……………….……………………………………….....8

5.1需求分析……………………………...………………………………………………....…8

5.2可行性分析……………………………...…………………………………………………8

5.3本章小节……………………………...……………………………………………………9

第六章系统规划...………….……………….…………………………………………………....10

6.1项目规划……………………………...………………………………………………….…10

6.1.1公共模块（PUBLIC）……………………………...……………………………….….…..10

6.1.2具体通讯单元模块（CKUNIT）……………………………...…………………………...11

6.1.3主界面模块（MAIN）……………………………...………………………………….…..11

6.1.4单元组态界面模块（UNITS）……………………………...……………………...……...11

6.1.5图元组态界面模块（PICSET）……………………………...……………………..…..…11

6.2功能框图……………………………...……………………………………………………11

6.3系统结构图……………………………...……………………………………………...….12

6.4本章小节………………………………...……………………………………………...….12

第七章系统设计与实现...………….……………….…………………………………...……....13

7.1典型模块的设计与实现……………………………...………………………………...….13

7.1.1系统主界面（MAIN）的设计与实现……………………………...…………...……….13

7.1.2单元组态界面（UNITS）的设计与实现……………………………...………………...16

7.1.3图元组态界面（PICSET）的设计与实现……………………………...……………….19

7.1.4程序公共单元（PUBLIC）的设计与实现……………………………...………….……22

7.1.5具体通讯单元（CKUNIT）的设计与实现……………………………...………………22

7.2系统完成……………………………...……………………………………………………23

7.2.1系统编译及调试……………………………...……………………………………….…..23

7.2.2运行及案例……………………………...……………………………………………......23

7.3本章小节………………………………...……………………………………………..….23

第八章结束语...……………..….……………….……………..……………………………......24

参考文献……………………………………………………………….…………………….…...25

致谢…………………………………………………………………….…………………….…...26

附录…………………………………………………………….…………………………............27

第一章绪论

1.1引言

伴随着在两年计算机专业学习的结束，在老师的辛勤培养下，我的软件知识得到了拓展，编程水平得到了提高，使我依靠自己的力量编写电力SCADA软件的想法成为可能。

虽然自己过去也长久从事于电力继保行业的产品开发，调试和试验，但是由于过去所学专业的局限性，始终无法全面了解国外后台系统（即上位机系统）的具体实现原理；通过这两年的学习，不但使自己对国外系统的产品有了深入的了解而且使自己编写电力SCADA系统成为可能，借助这次毕业设计的机会，我将自己长久以来的一些想法，结合自己的工作，对不久前自己开发的这套软件进行了升级，在导师的鼓励和帮助下，完成了这篇毕业论文。

由于电力系统继电保护的专业性很强，本人所学知识的有限，只能通过这篇文章，在保证一定的广度的基础上突出深度，阐述自己对电力SCADA系统的理解，错误难免；但是我将力求使自己在电力系统各个方面的知识得到比较好的展现，对我所编写的此软件进行尽可能详细的说明。

1.2本文简述

本论文主要从以下几个章节进行论述：

第一章对SCADA系统进行了简要的说明，从SCADA系统的产生和发展两方面进行描述。

第二章对电力SCADA系统的通讯网络和规约做了简单的描述，由于电力SCADA系统的特殊要求，因此本章对电力SCADA系统通讯的特殊性进行了说明。

第三章对编程软件及环境的特点给出了自己的一些体会。

第四章进行了电力SCADA软件设计的需求分析和可行性分析。

第五章的内容比较丰富，同时它也是本论文的一个重点，包含了系统的各个主要模块的规划设计，对各个模块的功能进行了划分，最后给出了软件结构功能框图和系统结构图。

第六章是本论文的另一个重点，它对上一章规划的各个典型模块进行设计与实现的详细论述。

（此章中包含的部分关键类的程序源代码放于附录）

第七章是结束语和程序改进的展望。

然后是致谢和参考文献。

最后是附录，附录中主要包括了部分典型模块的程序源代码及其说明。

第二章SCADA系统

2.1SCADA系统概述

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统又称远动系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。

它作为配电网自动化系统的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为变电站无人值守及配电网自动化必不可少的工具。

它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻运行人员和调度员的负担，提高调度的效率和水平等方面有着不可替代的作用。

2.2SCADA系统的发展

目前，国内比较流行的说法是SCADA系统到了第三代：

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到80年代；第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。

第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。

目前，国外的SCADA软件已经发展到第三代，主要特征是采用互联网、OOP等新技术，基于分布式计算机网络等。

2.3SCADA系统的瞻望

SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。

当今，伴随着国家电网建设与改造，电力监控系统发挥着越来越重要的作用，SCADA系统的在以后的发展中必将朝着更加安全、可靠以及界面的更加友好快速发展。

2.4本章小节

本章节从总体上简单介绍了SCADA系统的概述、发展和前景三个方面，初步对SCADA系统的应用范围做了一些必要的说明，有助于以后编程工作的顺利开展。

第三章电力SCADA系统的通讯网络及规约

3.1电力SCADA系统通讯网络概述

电力自动化系统通讯网络结构实质上是由多台微机组成的分层分布式控制系统，一般分为设备层、间隔层、管理层，包括若干个子系统。

在各个子系统及各个层间，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各层之间的信息交换和信息共享，以达到减少重复投资，提高了系统整体的安全性和可靠性的目的。

电力SCADA系统的通讯网络主要分为以下几层次：

其一：

基于RS422或RS485接口组成的网络，RS422和RS485串口传输速率指标是不错的，在1000m内传输速率可达100kb/s，短距离速率可达10Mb/s，RS422串口为全双工，RS485串口为半双工，媒介访问方式为主从问答式，属总线结构。

但是他们接点数目比较少，无法实现多主冗余，有瓶颈问题，RS422的工作方式为点对点，上位机一个通信口最多只能接10个节点，RS485串口构成一主多从，只能接32个节点，此外有信号反射、中间节点问题。

其二：

采用CAN或LONWORK网络（标准现场总线），常用的有LonWorks网、CAN网。

两个网络均为中速网络，500m时LonWorks网传输速率可达1Mb/s，CAN网在小于40m时达1Mb/s，CAN网在节点出错时可自动切除与总线的联系，LonWorks网在监测网络节点异常时可使该节点自动脱网，媒介访问方式CAN网为问答式，LonWorks网为载波监听多路访问/冲撞检测（CSMA/CD）方式，内部通信遵循LonTalk协议。

LonWorks网上的所有节点是平等的，CAN网可以方便的构成多主结构，不存在瓶颈问题，两个网络的节点数比RS485扩大多倍，CAN网络的节点数理论上不受限制，一般可连接110个节点。

其三：

Ethernet网或Profibus网。

Ethernet网为总线式拓扑结构，采用CSMA/CD介质访问方式，传输速率高达10Mb/s，可容纳1024个节点，距离可达2.5km。

Profibus网是由西门子公司最早提出，现已比广泛应