杨亚璞

（许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

基于图形化编程的HVDC通信系统是直流输电控制保护系统的核心，方便了用户进行二次编程，提高了程序修改可靠性及工作效率。国内外主要以ABB的MACH 2系统、SIEMES的SIMADYN D系统以及TDC控制系统为主，它们都为用户提供了图形化的编程环境，但各自优缺点却不尽相同。例如，MACH 2系统不支持在线修改程序，SIMADYN D全数字控制系统的图形化编程工具是在UNIX环境下，TDC不是专门运用于继电保护领域的控制系统，在应用于直流输电工程时，可能带来采购基本元件装置费用高和后期技术维护难等问题[1,2]。

综合以上3种开发方案的优缺点，从直流输电工程应用的功能需求出发，在国外自动化公司软PLC标准产品的基础上采用定制开发，设计了HCM3000的图形化编程工程软件ViGET。该软件主要在多处理器运行环境、增强的CFC编辑器、针对特定目标机的编译器、硬件配置、固件管理以及在线程序修改等方面做了扩展和定制开发。

1 图形化编程工程软件开发工具的设计

1.1 图形化编程工程开发工具需要具备的功能

从直流输工程应用需求的角度出发，图形化工程开发工具需要具备如下功能。（1）集成化的工程应用开发环境，为用户开发图形化编程环境提供全流程支持，软件操作符合实际的工作流程与应用人员的开发习惯。（2）编辑器支持扩展的CFC编辑功能，即在一个CFC程序中，支持处于不同周期的功能块互连。在一个CPU内支持多个CFC程序，并且每个CFC程序支持大量功能块互联，满足复杂应用的需求。（3）支持在线调试和在线程序修改，可以实时在线观测程序内部变量状态，动态增减功能块和调整功能块执行顺序等，提高工程编程开发效率。（4）提供功能块信息统计，处理器负荷预估、应用程序文档输出等辅助功能，便于工程管理。（5）提供用户功能块生成器，为用户特殊功能扩展提供便捷接口。

1.2 图形化工程开发工具的功能构成

根据HVDC工程应用的功能需求，设计了HCM3000的图形化工程软件开发工具，用户在CFC编辑器中选择需要的功能块库，并选取相应的功能块。用户对这些功能块设置参数，创建功能块相互之间的连接，生成图形化的应用程序，然后通过编译和链接将上述图形化的应用程序生成可运行的用户程序目标程序代码，最后下装到目标机HCM3000硬件平台[3-5]。

1.2.1 CFC编辑器

CFC编辑器是用于创建编辑图形化控制保护程序的编辑工具，其功能主要是在设计图中可自由排列放置的功能块，完成不同页间功能块管脚的连接功能。完成功能块多任务的运行环境参数设置以及功能块运行时序编辑器功能，每个CFC程序可以由多个CFC编程页面组成，每个功能块的执行顺序可在功能块时序编辑器里任意调整，其主要编程界面如图1所示。

图1 CFC编辑器编程界面

1.2.2 硬件配置器

硬件配置器主要进行硬件板卡的配置功能，由硬件库和硬件配置编辑器组成。硬件库为硬件配置编辑器提供可以使用的硬件模块，硬件配置编辑器则为工程配置各个硬件模块及其参数。

1.2.3 共享内存编辑器

共享内存编辑器主要用于申请共享内存变量和命名共享内存变量，其中共享内存变量主要用于不同CPU间的数据交换。例如，CPU1和CPU2间需要交换变量时，在整个工程进行编译时，编译器会把CPU1和CPU2的CFC程序中共享内存变量名字相同的变量分配到同一个物理共享内存单元，从而完成当整个工程编译下载运行时，实现CPU2通过共享内存变量读取CPU1数据的过程。

2 通信系统整体图形化编程应用与验证

通信系统整体图形化编程以HCM3000控制保护平台为硬件基础，HCM3000是许继电气股份有限公司研制的用于高压直流输电控制保护的系统平台。模拟搭建高压直流输电极控系统单个阀组的通信结构如图2所示。

图2中的HCM3000装置通过ENT板卡连接到操作员站，现场装置层通过ECM10A板卡连接了一台DFU410测量控制装置和一台能够模拟仿真多个DFU420测控设备的Profisim工控主机。HCM3000装置配置有4个EPU板卡，其中EPU0充当共享内存板卡，负责多个EPU之间的数据通信交互，EPU1主要负责现场层设备的通信以及与工作员操作站之间的通信，EPU2负责直流场设备的控制功能，EPU3负责极控系统的闭环控制功能。

图2 高压直流输电极控系统单个阀组通信结构图

在HCM3000的图形化编程工具软件ViGet上编辑完成工程应用程序，不同CFC应用程序也与各个EPU板卡所要实现的功能相对应，整个工程程序编译后分别下载到HCM3000装置的各个EPU板卡里面运行。开启后台服务，连接用于仿真测试的特高压直流运行人员HMI后台界面。用于仿真测试的HMI后台界面如图3所示，搭建的测试样机系统处于单极冷备状态时，在HMI后台上操作极1阀组2的Q51接地刀闸，使其从分开状态到闭和状态。

图3 HVDC特高压样机系统单极冷备状态

打开后台HMI的事件记录界面，如图4所示，可以看到整个接地刀闸Q51命令的执行由分开状态到闭合状态的SER事件顺序记录产生，同时观察到模拟的现场层设备Profisim里面也有相应的模拟动作发生。因为从HMI界面操作接地刀闸闭合命令到现场层设备，相关命令要从操作员工作站通过LAN网发送到HMC3000控制系统，HCM3000控制系统通过Prifibus DP现场总线把命令发送到模拟的现场层设备Profisim，从而控制接地刀闸Q51。同时接地刀闸Q51的状态信息和SER事件也要通过Profisim模拟的现场层设备通过Prifibus DP现场总线上送到HMC3000控制系统主机，HCM3000主机再通过LAN网上送到操作员工作站HMI系统。以上整个动作执行正确，SER事件顺序记录显示正确，说明Profibus DP 现场总线和LAN网的整个通信链路通信正确，从而可以证明搭建的极控系统单个阀组通信系统运行正确，整个HVDC通信系统的图形化编程设计达到了预期目的[6]。

图4 HMI后台SER事件顺序记录界面

3 结 论

基于设计开发的HCM3000的图形化编程工具软件，通过搭建高压直流输电极控系统单个阀组的通信模拟测试系统，结合运行人员HMI控制系统，验证了高压直流输电通信系统图形化编程的正确性。目前该技术已成功应用于扎青、锡泰以及巴基斯坦默拉直流等国内外重大特高压直流输电工程的控制保护系统中，为我国的特高压直流输电工程的研究和发展以及国家倡导的“一带一路”发展战略提供支撑。