Delphi在变配电监控系统中的应用

    1 引言

    目前我国大部分的工业企业和民用建筑的供电电源一般是由市电电网的35 kV 或10kV系统供给，经用户内的各变配电站将电压降低为380/220 后供各种设备使用。用电单位通常是在市网入户处的变配电站内设置总值班室，操作人员要定时到现场查看设备的运行情况，并作记录，这给现代化的管理带来的困难。解决上述问题，当前采用现代计算机控制和通信技术，对这些变配电站实现遥信、遥测和遥控，以达到在变配电站的总值班室能够监视和控制整个配电系统。

    目前，变配电站监统软件的开发采用以下两种方法：组态软件进行二次开发和一般的软件开发工具组态软件具有简单易学、使用方便、功能齐全、图库丰富等优点，能够快速开发出所需要的监控软件，但其运行不能离开该组态软件平台、不具有通用性；一般的软件开发工具虽然具有强大的数据库操作、通信、图形显示等功能，但是开发变配电站监控软件需要在界面上显示很多“二次接线图”及其通断电状态，软件开发人员要花费很大的精力在“画图”上，一旦修改了原来的接线图，还要重新画，所画的图形不能进行复用开发效率相当低。

    针对上述情况的优缺点，本文研究了变配电监控软件的特点，发现：Delphi 软件开发工具具有快速开发软件的功能，同时Delphi 的VCL 库提供了强大而且简单的组件开发功能，能够很好地解决一般软件开发工具开发变配电监控软件所面临的问题。通过努力，本文已经用Delphi 成功开发了廉价的、具有部分复用功能的变配电站监控软件。

    2 Delphi 的功能及相关组件的简介

    Delphi 是著名的Borland 公司开发的可视化软件开发工具。Delphi 具有以下的特性：基于窗体和面向对象的方法，高速的编译器，强大的数据库支持，与Windows 编程紧密结合，强大而成熟的组件技术。

    Delphi 非常适用于开发监控系统，利用可视化的环境来支持监控系统的用户操作界面的设计。在程序设计上，具有事件驱动的特性；在数据库处理上，支持目流行的多种数据库（如：Access，MS SQL Server，Oracle，Paradox 等等）；在程序间的通信上，Delphi 支持DDE 和OLE，可以很方便地与其他Windows 应用程序通信；在网络通信上，Delphi 具有强大的网络通信功能。

    Delphi 提供许多对象组件以方便创建应用程序。

    (1) 多种数据库的连接方式（ODBC、BDE、ADO 等等），应用程序可以方便、快速地与目前流行的数据库进行互操作。

    (2) 灵活的数据敏感控件（TDataSource、TDBGrid 等），查询数据库所得的数据很容易就可以展现在窗口上。

    (3) 曲线显示控件TChart，能够用不同的颜色同时显示多条曲线，改变版面颜色等，功能强大。

    (4) 多种报表制作工具QReport 和RAVE。能够快速做出各种各样的报表。

    (5) 图形显示控件 TImage，能够显示多种格式的图片，使界面更加美观。

    根据配电监控软件的特点：显示电力二次接线图，采用不同的颜色显示通、断电情况，采用不同的图形显示合、分闸状态；模拟仪表展现现场的数据；模拟LED 显示现场的开关量的状态等（图1 所示）。

图1 实时监控画面

    下面介绍几款在开发变配电站监控软件中用到的特别的基于VCL的组件：

    TAnyShape 组件：主要用于显示电力的二次接线图。TAnyShape 中一个很重要的属性就是：shapes 属性，它是字符串数组。每一行代表所要画的图形（矩形、圆、椭圆、直线），其格式为：形状（C：椭圆、R：矩形、L：直线），线宽（整数），x1,y1（起始点坐标）,x2,y2（终点坐标）[,offsetx,offsety]（偏移量）；可以动态改变这些图形的颜色、大小、填充色、比例等等；并且支持点击、双击等多种事件。利用该组件，可以根据需要制作出所需要的电力二次接线图，并且根据所采集的数据动态显示图形。

    TA3nalogGauge 组件：模拟仪表的组件。通过设置不同的属性可以改变模拟仪表的形状（直角、扇形）、最大值、最小值、版面颜色、指针长度、指针颜色和当前值等。TA3nalogGauge 支持OverMax、OverMin 事件：当所得的当前数据超出了最大值，就会触发OverMax 事件；当所得的当前值小于最小值，就会触发OverMin 事件。

    TAbLED 组件：模拟LED 组件。通过显示不同的颜色表示不同的状态。

    3 配电站监控软件的设计

    3.1 配电站监控系统简介
 
    电量变送器和开关量采集单元安装于配电柜中，通过双绞线组成网络，采集单元回路的电流、电压、电度等电能参数的实时数据，以及开关状态，然后通过网络传送到监控室的工业PC 上，经过配电监控软件对所得的数据进行处理(图2 所示)。值班室操作人员通过监控室的计算机就可以随时看到现场设备运行参数和控制某些开关的合、分闸（图1 所示）。采集所得的数据、故障报警信息、越限报警信息和操作人员的操作数据会自动保存到数据库中，以备日后查询。

图2 系统框图

    3.2 数据库设计

    选用易于操作和管理的MS SQL Server 数据库。在该数据库中建立以下几张表：UserInfo、UEvent、AlarmInfo、FailureInfo 和PowerInfo，功能分别为保存：管理员、管理员操作、报警事件、设备故障和电能数据信息。本文在Delphi 中选用ADO 的TADOQuery 编写SQL 程序，操作MS SQL Server 数据库。

    3.3 监控软件设计

    本监控软件采用模块化设计，由十个功能模块组成（图3所示），分别为：数据库操作、通信、数据查询与导出、实时显示/控制、全局变量设置、权限管理、故障监测、实时趋势曲线显示、历史趋势曲线显示、报警显示与记录模块。

图3 功能模块关系图

    通信模块：用于上位机与现场监控模块进行通信。选用不同的现场总线就要开发不同的通信模块。数据库操作模块：应用Delphi 提供的ADO（包括组件：TADOConnect、TADOQuery 等等），操作MS SQL Server 数据库，从而实现数据的保存和查询。

    全局变量设置模块：设置系统的全局参数，便于操作人员管理系统。实时显示/控制模块：通过上面介绍的组件：TAnyShape、TA3nalogGauge、TAbLED 等，展现现场的电能数据和合分闸状态；同时通过点击按钮实现发送命令到现场监控模块，控制合、分闸。

    故障监测模块：定时检测现场模块是否发生故障。如果发现有模块发生故障便触发报警提示管理员到现场检查；同时把该故障事件（时间、模块地址、型号等信息）保存到数据库，为系统的维护提供依据。

    权限管理模块：本软件设置两级权限“一般管理员”和“超级管理员”。用电单位不但可以可以监控配电系统，而且可以检查操作人员的工作。实时趋势曲线显示模块：采集所得的现场电能数据（如：电流、电压、功率等），通过组件TChart，实时显示出其变化趋势。

    历史趋势曲线显示模块：设定一段时间，通过数据库操作模块查询该时间段内某参数（如：电流、电压、功率等）变化的数据，所得的数据通过组件TChart显示，以便于管理人员发现该电能参数变化的规律。

    报警显示与记录模块：通过上位机监控软件设置报警条件，当所采集的数据满足了报警的条件就会触发报警事件。通过图形画面的变化提示管理员出现报警，并且自动保存该报警事件到数据库以备查询。

    数据查询与导出模块：设定查询的条件，通过数据库操作模块可以查询电能参数、报警事件、管理员个人信息、管理员操作信息等，并且把所得的数据导出到Excel 中。

    4 结语

    本软件是配合广州市重点科技攻关项目“基于现场总线的智能型综合电量变送器”的样板工程而制作的，目前该系统运行稳定。组态软件开发配电监控系统，价格昂贵，而且灵活性比较差，本文结合Delphi快速软件开发工具，利用相应的组件实现了低成本、具有部分可复用功能的配电监控软件。本监控软件完全遵守模块化设计原则，使数据的获取、展现、保存和数据库操作分开，针对不同的工程项目只要修改相应部分就可以了，大大地提高了开发的效率，同时由于大量复用原来通过了测试的代码，大大提高了系统的稳定性。

    目前，该系统只是实现监控功能，随着时间的推移，数据库储备了足够的现场采集的数据，就可以应用数据仓库和数据挖掘技术对这些数据进行处理，为更高一级的管理人员提供决策的依据。

    参考文献

    [1] 段传宗. 无人值班变电所及农网综合自动化. 中国电力出版社, 1998
    [2] Marco Cantu 著, 王辉, 张晓辉译. Delphi 4 从入门到精通.电子工业出版社, 1999
    [3] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 清华大学出版社, 1999