数字化变电站后台通信管理系统的开发

论文摘要

随着变电站自动化技术的高速发展,数字化变电站已经成为变电站发展的趋势。传统的变电站监控系统主要由人来处理信息,设备需要定期维护,有着信息传送的实时性和可靠性较差等缺点。而数字化变电站有二次接线简单、信息传输可靠和测量精度高等优势,这也就对变电站监控系统的通信管理提出了更高的要求。因此,本文对数字化变电站后台通信管理系统进行研究具有重要意义。本文首先介绍了课题的背景及数字化变电站的特点。然后,本文介绍了数字化变电站监控系统的三层分布式结构,并根据数据通信技术的不同分析了各自的通信网络结构以及二次设备布置形式。通过研究国内外通信管理系统的现状,本文决定选用模块化方法来设计监控组态软件的整体结构。通信管理系统作为监控组态软件一个重要组成模块,本文选用螺旋模型作为该系统的开发模型。其次,本文介绍了数字化变电站各层之间相互通信的内容以及对通信速率和网络性能等的要求。通过对Modbus、IEC 60870-5系列规约和IEC 61850规约等国内主流问答式通信规约的分析介绍,本文以基于Modbus协议的串行通信为主来阐述通信系统的设计思想,并选用Win32 API函数进行串口编程,采用异步I/O技术提高程序执行效率,使用多线程机制实现同步信息传输,最后运用动态链接库技术给出CAN、Profibus和以太网协议通信程序的二次开发模板。数据管理系统是监控软件的核心,它分为组态数据库、实时数据库和历史数据库三部分。组态数据库部分主要用来管理静态的数据参数信息、系统配置信息和画面信息等。实时数据库部分采用开源的内存数据库FastDB来实现对实时数据的快速读写,并设计了该部分与其它模块的接口,以方便监控画面和历史数据库对实时数据的调用。历史数据库部分采用二进制方式来读写磁盘,并对历史数据的磁盘空间、读取速率和备份操作等方面进行了优化。另外,本文还设计了用户管理系统,用来实现新增用户、删除用户和修改口令等功能,通过对用户权限的管理,大大提高了通信管理系统运行的安全性。最后,本文针对系统设计了测试用例,进行了详尽严谨的测试。对通信系统逐步进行独立路径测试、单一功能测试和子系统测试,与紫金桥组态软件相比,该通信系统有着数据更新速率快,占用内存小的明显优势。对实时数据库进行接口和插入速率测试和对历史数据库进行查询测试,与SQL Server 2000比,实时数据库速率快、占用资源少。对通信管理系统综合测试,各个模块间运行正常,说明本文选用的方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 数字化变电站监控系统的结构体系
• 1.3 通信管理系统的现状
• 1.4 课题的研究内容和创新点
• 1.5 本章小结
• 第2章 通信管理系统的总体设计
• 2.1 数字化变电站的通信网络结构
• 2.1.1 串行通信
• 2.1.2 现场总线
• 2.1.3 以太网
• 2.2 数字化变电站的设备布置形式
• 2.3 监控系统软件的结构与功能
• 2.4 通信管理系统的架构设计
• 2.5 软件开发模型的选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 通信系统的设计实现
• 3.1 数据通信概述
• 3.1.1 通信内容
• 3.1.2 通信要求
• 3.2 通信规约
• 3.2.1 通信规约类型
• 3.2.2 Modbus规约
• 3.2.3 IEC 60870-5-103规约
• 3.3 通信系统相关技术
• 3.3.1 动态链接库技术
• 3.3.2 多线程技术
• 3.3.3 串口编程技术
• 3.3.4 异步I/O技术
• 3.4 通信系统详细设计
• 3.4.1 串口通信类
• 3.4.2 通信模块的设计与实现
• 3.4.3 通信模块的调度
• 3.5 通信系统的二次开发
• 3.5.1 CAN总线通信协议
• 3.5.2 Profibus总线通信协议
• 3.5.3 以太网通信协议
• 3.6 本章小结
• 第4章 数据管理系统的设计实现
• 4.1 组态数据库的设计实现
• 4.1.1 组态工程文件的结构
• 4.1.2 组态数据点配置文件
• 4.2 实时数据库的设计实现
• 4.2.1 内存数据库比较
• 4.2.2 内存数据库初始化
• 4.2.3 更新内存数据表
• 4.3 历史数据库的设计实现
• 4.3.1 历史数据库的构成
• 4.3.2 历史数据库的故障及报警处理
• 4.4 历史趋势曲线
• 4.5 本章小结
• 第5章 用户管理系统的设计实现
• 5.1 安全管理界面
• 5.2 安全设置界面
• 5.3 用户登录界面
• 5.4 设计实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 通信管理系统功能测试
• 6.1 软件测试
• 6.2 通信系统测试
• 6.2.1 独立路径测试
• 6.2.2 单一功能测试
• 6.2.3 通信子系统测试
• 6.3 实时数据库测试
• 6.4 历史数据库测试
• 6.5 系统总体测试
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文研究结果
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表