SCADA电力监控系统开发论文

上海交通大学本科毕业论文

电力监控SCADA软件开发electric power system of software exploitation scada

学生：陈燕武

学号：703901010011

专业：计算机科学与技术

导师：谢康林

学校代码：10248

上海交通大学网络教育学院

二ＯＯ五年八月

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

ELECTRIC POWER SYSTEM

OF SOFTWARE EXPLOITATION SCADA

ABSTRACT

Along with the fast development of the our country national economy, the our country is to the need of the electric power also more and more urgent.Within last few years particularly, the our country electric power in- dentation extends year by year, already serious check and supervision at development of each profession even affects the residents normal to use the electricity.Exactly because of thus, the whole country builds every vari- variety to generate electricity the station in great quantities, transformer substation and speed the construction reformation of the charged barbed wire net facilities. In these build reform item, accompany with the electric power profession emergence of each kind of new technique, new product and expand, particularly technical and extensive application of calculator, make the electric power equipments at efficiently, safety, dependable movement at the same time, a great deal of work strength that reduces to circulate the personnel, shortenned the maintenance period of the equipments, prolong the service life etc..The current situation sees from the our country, electric power after protect the profession and is the calculator technique to apply most direct, the m- st obvious body https://www.360docs.net/doc/a37503795.html,st phase in 70's in last century, From the company of ABB the first relay according to microprocessor of after electric appliances, along with change of time, In 90's the network oftechnical mature and make widely available and calculator of the hardware equipments cost lower and operate the fast exaltat- ion of ability quickly, the software is technical to renew the upgrade continuously, making calculator changed into the possibility to the monitor control of the first floor equipments.Because the price of domestic and int- ernational of the same kind software is expensive, the market competition vehemence, makes me ask for help from the viewpoint that the knowledge creation electric power supervises and control the SCADA software l- earn from here.

This text surrounds the development of the electric power SCADA system exactly, aiming at the present condition of the our country electric power charged barbed wire net currently, according to the oneself at the e- lectric power protect the profession after the electricity in seven years of development, design and adjust to try the experience on the scene from following severals carry on the treatise:Is the emergence to the system of SC- ADA and developments to introduce first;Carry on the introduction elucidation to applied present condition and the development foregrounds of various terminal equipments communication agreement(rules invite) the next in order;Then is the elucidation to the windows the bottom according to the mfc the plait distance environment an- d VC++6.0 plait distance softwares;Carry on the more detailed treatise to the realization of the procedure struct- ure frame and the source code again;End is the applied case example give examples.

The main and creative sex work of the thesis lie in:Because oneself last-one undergraduate course learn is is an industry automation, graduation the empress works on to protect the profession after the electricity over a long period of time again, participating the development of various machines with next model number and the place of honor machine products, test;Over a long period of time the electric power automation product t-

hat foreign well-known the electric-power’s produce enterprise of contact usage ABB, SIEMENS, GE, SEL, ACE, MS etc.so to SCADA system can the better theories contact physically, and according to the electric po- power SCADA supervision software that the knowledge develops an in keeping with different communication agreement learn;Attain the purpose of the safety, credibility, economy, resolved the foreign software price high, the interface is not friendly, and permit sex not good etc. problem.

Key word:SCADA, VC++6.0, the communication agreement, protect of relay

目录

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)

2.1 SCADA系统概述 (2)

2.2 SCADA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)

4.3 MFC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

2.1 SCADA系统概述

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)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。

2.2 SCADA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V AX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。

2.3 SCADA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，现已比广泛应用于工业领域。

3.2 电力SCADA系统通讯协议（规约）概述

由于电力系统中设备终端种类烦杂，不同厂家、不同区域所使用的产品采用的不同的通讯规约，造成设备之间无法兼容，重复投资，管理困难。目前各个地方情况不一，现场大多采用各种形式的规约如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0等一些规约。为了达到兼容各个不同厂家设备信息互换的目的，1995年IEC（国际电工委员会）颁布了IEC60870-5-101传输规约（国内版本DL/T634-1997），1997年又颁布了IEC60870-5-103规约（国内版本DL/T667-1999），101规约为调度端和站端之间的信息传输制定了标准，今后变电站自动化设备的远方调度传输协议上应推荐采用此规约；103规约为继电保护和间隔层（IED）设备与变电站层设备间的数据通信传输规定了标准，今后变电站自动化站内协议推荐采用。但是时值今日，由于牵扯到各方的不同利益，在行业中仍然使用着不同厂家的各自协议，如：ABB公司的SPA，SIEMENS公司的PROFIBUS等等；目前由国际几家知名跨国企业联合推广的OPC （CLIENT/SERVER）也开始推广使用。

电力SCADA系统的通讯网规约主要分为以下几种：

其一：一些小厂商自己定义的规约，一般只能连接自己的设备，适应范围很小；这类规约一般多基于MODBUS开发，形式多样，但是无法推广。其二：采用CAN总线是一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，通信速率可达1Mb/s。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作。CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，

而对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，数据段长度最多为8个字节，可满足工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。8字节不会占用总线时间过长，从而保证了数据通信的实时性。其三：物理层和链路层遵循IEEE802.3协议，TCP/IP通讯协议，利用因特网的优势，直接将设备变成局域网的一个终端，可以实现万里之外的数据共享、监测和控制，但是目前此技术还不成熟。

3.3 本章小节

本章节着重介绍了各类通讯网络和规约及其现阶段存在的各类网络和规约的复杂性，从网络结构和通讯规约两个方面对SCADA系统的连接方式进行了说明，从网络的构架及其所支持的协议来说明此类方案的特点。

第四章编程软件及环境

4.1 VC++6.0编程软件的发展历程

首先，要了解VC++6.0则必须先了解C/C++语言。在计算机领域，C/C++语言相信一定无人不知、无人不晓。1970年，贝尔实验室的ken thompson开发了一种解释型的计算机语言被命名为B语言，但B 语言没有流传开。1972年贝尔实验室的dennis ritchie在B语言的基础上进行改进，开发出了C语言。C 语言最初主要用于unix系统，大多数unix系统的程序都是用C编写的。借助早期unix系统的流行和C本身的优秀品质，C语言从此名扬天下、威震四方。而后，伴随着面向对象概念的提出和应用，形成了C++语言，AT＆T公司于1985年正式推出了C++1.0版，它是c语言面向对象的扩充。C++1.0增加了类和实例、单继承、重载、虚函数、友员、内联等面向对象的程序设计机制。1989年推出的C++2.0版和1993年推出的C++3.0版分别增加了支持多继承、保护接口、模板和异常等。（有一点值得说明，直到现在C++并没有正式的标准，以上所说的版本是以AT＆T公司的版本为基准的。）C++被公认为“最好的面向对象的编程语言”，是学习面向对象编程技术人员较好的启蒙语言。当VB成功推出后，microsoft又将C++包装成为了面向windows的visual C++（以下简称VC）。从VC1.0到VC6.0，每一个版本的推出都激动人心。VC借助传统的C/C++的美名加上microsoft这个金字招牌，使广大的程序员和专业编程人员纷纷投靠在VC的大旗下。

VC++是微软公司开发的C++语言开发环境，VC的特点是微软公司做了一个自己独有的类库MFC，里面封装了绝大多数的API函数，使得WINDOWS程序的开发变的很高效和易于理解，如果用API直接开发WINDOWS程序的话，将会是一件非常烦琐的工作，WINDOWS对资源的管理是非常严格的这与DOS可直接用中断处理程序和I/O指令操作硬件端口是截然相反的；所以这个MFC就是VC和其他公司出产的编译器的最大区别了，当然了别的公司也有自己封装API的类库比如DELPHI（这个不是C++的是pascol的）等等，不过由于微软公司掌握着WINDOWS内核的全部秘密，所以他们的编译器与其他公司的相比有其独到的优势。

4.2 VC++6.0编程软件的特点

第一，快速高效：C语言从诞生起最大的优点就是速度快，用C编写的代码可以达到汇编语言编写的代码执行速度的70％——80％。VC完全继承了这一特点，并且由于代码优化工作做的比较好，其代码的结构紧凑、效率极高。

第二，语言简练：VC还延续了传统C语言的简练风格，如pascal语言中的begin end在VC中可以用简单的{}表示。

第三，贴近硬件：C语言被很多专业人士称为“介于高级语言和汇编语言之间的一种语言”由于C语言贴近硬件便于对硬件直接操作因此又有“系统程序设计语言”的美称。这一特点使得C语言特别擅长编写系统程序，如windows就是用C语言编写的。VC具有同样的优良品质。

第四，灵活多变：VC像C语言一样提供给编程者一个很自由的编程环境，丰富的表达方式可以表现程序的匠心独运，用VC编程可以让你体会到什么叫“天高任鸟飞”。你可以彻底地控制整个开发环境。其它语言则更多地趋向于庇护程序员，当要做一些基本的东西时，它们会做得很好。

第五，便于移植：C语言在unix系统上取得巨大成功的一个主要因素是C语言的移植度好，不依赖于特定的硬件环境，可以方便地跨平台移植。使用Visual C++主要的原因之一就在于它的灵活性。

不幸的是，当你需要使用像C++这样的语言删除编程中的繁文缛节，并把任务完成时，这种保

护作用就变成了开发工作的障碍。

长期以来，Visual C++一直拥有能够创建短小高效程序的美誉。使用这种语言编写的程序几乎可以与用汇编语言编写的程序达到相同的运行速度，并且避免了汇编语言存在的各种问题。C++实际上是介于汇编语言中寄存器编程和类Pascal编程环境之间语言。

C++是编写诸如操作系统、设备驱动程序以及动态链接库（DLL）的强大语言，这三种领域代码的开发依然是Visual C++的主要优势。Visual C++生成的短小、快速的代码在操作系统类对时间要求很高的系统中获得了极高的赞誉。

同时Visual C++6.0中具有一些独特的特性，Microsoft添加到这个版本的Visual C++中的最新特性之一是更佳的原型能力，这一点通过增强的向导来实现。现在，这个特性还不能把Visual C++提升到像Visual Basic向导相同的水平上，但它确实减少了开发应用程序的入门时间。另外，增强的向导使得这个版本的Visual C++比以前版本更为友好。

4.3 MFC类（主要几个）的衍生关系简述

几乎所以的MFC (Microsoft Foundation Class――微软基本类库)全部是从CObject这个根类衍生出来的，由CObject这个类衍生出以下一个重要的类：CCmdTarget——他是MFC类库中消息映射体系的一个基类（消息映射是把命令或消息引导给用户为之编写的响应函数）；再由CCmdTarget派生出应用程序线程类CWinThread和窗口类CWnd以及基本文档类CDocument（CWinThread类的对象代表在一个应用程序内运行的线程；CWnd类提供MFC中所有的窗口类的基本功能；CDocument类为用户定义的文档类提供基本的函数功能如：各类操作文档）。CWinThread类又派生出应用程序对象类CWinApp，可以通过他来继承Windows应用程序对象，同时提供MFC中所有的窗口类的基本功能；CWnd类派生出框架窗口类CFrameWnd、对话框类CDialog和视图类CView，CFrameWnd用以完成Windows文档界面重叠或弹出式框架窗口，以及管理窗口的成员，在其派生类中加入成员变量，实现窗口的消息处理与映射，CDialog类是在屏幕上显示的对话框基类（包含模式对话框和非模式对话框），CView类为用户提供视图类的基本功能。

■文档类从CDocument派生，应该包括任何属于应用程序文档的数据。对于真实的C++封装，不允许文档类对它的数据进行直接访问（甚至从视图类也不行)，而应包含封装函数以访问它的数据。

文档类还应包括装入和保存一个文档所必须的所有功能，这些文档包括从简单的二进制文件到ODBC数据库。如果应用程序不做任何其他事情而只访问一个ODBC数据库，则文档类可以只包含打开和关闭那个数据库所必须的逻辑，因为数据库是数据的主要仓储地，文档类对它自己来说是独立的。从一个存储设备中获得信息，并把它取出来交给视图，但是几乎不把信息存储到其他类中。一份文档可以有多个相关视图，文档作为窗口标准命令的一部分，接收标准用户界面组件的命令，当文档数据被修改时，各个视图都必须响应这些修改。

■应用程序类从CWinApp派生，并不对任何窗口进行控制。应用程序对象为用户提供了初始化应用程序（以及他的每一个实例）和运行应用程序所需的成员函数。除了控制应用程序的创建和卸载外，它自身应该有少数重要的附加功能，这些功能包括处理命令行标志和提供一种定制的打开文档的方法。应用程序类还提供一些应用程序范围的服务，诸如后台处理和超分类等。每个使用MFC的应用程序只包含一个从CWinApp继承的对象。

■主框架类从CFrameWnd类派生，控制应用程序的主窗口，负责所有应用程序范围的界面，包括工具栏、状态栏、菜单和对话条。然而，如果这些条中的任何一个有新增的功能的话，它应该被封装到它自己的类中。对用户优先选项的支持也通常可以在主框架类中发现。有三种方法可以构造一个框架窗口：用Creat直接构造、用LoadFrame直接构造和用文档模板间接构造；使用Creat 成员函数传递框架构造参数作为立即参数，LoadFrame从资源中获取大多数缺省值，为了能使资源被LoadFrame访问，所有的资源必须有相同的ID（如，IDR_MAINFRAME）。当一个CFrameWnd 对象包含视图和文档时，它们由框架类间接构造而不是由程序员直接构造，由此他们之间的联系

通过了CDocTemplate对象，他将视图的构造、视图与文档相联接，他的构造函数的三个参数指定了三个类（文档、框架、视图）的CRuntimeClass。

■视图类从CView派生，他是框架窗口的子窗口，视图类通过消息映射处理消息。这个类应当包括查看和编辑文档类中数据所必须的所有逻辑。任何专门作用于文档的菜单或工具栏命令，诸如剪切或粘贴，应该在视图类中得到处理；所有影响视图的鼠标消息应当在此处处理；所有绘图、报表、编辑、选择和打印应在此处使用；所有的对话框和弹出式菜单应在此处产生。如果这个类或任何一个类变得规模很大时，应该分解出任何公共的功能以形成一个新的基类。创建一个新的CMyBaseView类，并把一些基本功能放到该类中；或者可以把一些功能封装到它自己的类中。视图中选择、剪切和粘贴函数是它自己的类的一个很好代表。

■其他类应尽可能多地封装属于它们自己的功能。对话框类应包括提示用户所必需的任何内容，对话条、工具栏和任务栏也应该这样。一个自画控件应当从它自己的类中绘制。

■每当从应用程序中分解出公共功能，并把它们放到一个基类中时，可以把新的基类放进一个MFC扩展类中。然后就可以把该新的MFC扩展类放进一个动态链接库中，应用程序便可以共享这一功能了。注意作为另一个经验作法，如果发现一个类经常访问另一个类的函数和数据，则有必要把那个功能放到另一个类中。

4.4 本章小节

本章节描述了电力SCADA软件的编程工具和环境的发展历程和特点，并且从MFC类库的角度描述了VC++6.0的编程方式和他们的结构，理解清楚这些对编程大有裨益。

第五章需求及可行性分析

5.1 需求分析

随着国内用电负荷的不断加大，电力设施的建设改造速度的滞后，我国国内近期大量上马了一批中小电厂，变电站。但是由于资金等因数的制约，不可能使用国外一些知名厂商的设备和系统，为了实现国外同类产品的主要功能，同时满足我国国内用户对价格上的要求，由此，迫切希望制作一套具有自主产权的电力SCADA软件。

在市场竞争的今天，技术和价格成为了用户选择产品的主要参考指标，只有找到这两点的平衡点，才可以占有市场。

场景名称：变电站监控。

参与执行者实例：线路保护装置、电动机保护装置、变压器保护装置等。

前置条件：各类终端已正常工作、系统已开机。

事件流：

⑴保护终端监测到电流、电压或频率等参量发生异常。

⑵保护终端发出跳闸指令，同时通过通讯网络向软件系统报告异常事件。

⑶软件系统启动相应程序发出声光报警。

⑷同时记录相应事件发生的时间、地点和性质等。

⑸系统在显示器上显示时间和事件。

⑹保护终端无响应。

后置条件：系统处于“报警”状态，等待处理。

5.2 可行性分析

技术方面：目前，国内外有大量同类软件，如ABB的MicroSCADA，组态王等，但是都是价格不菲，并且由于没有源代码，无法随时更新，无法方便的连接各种其他设备，而目前借助VC++6.0以及windows下的编程环境，依靠自己的力量完全在可以满足技术要求的前提下实现国内外产品大部分主要功能。而由于自己掌握源程序，因此可以随时解决一些厂家的特殊要求，界面也可以参考国内外厂家的产品的特点，加上自己的一些想法，使自己的这套软件能更好的适应市场的要求。由于针对的客户基本上为一些中小型用户，因此网络选择RS485或RS422串口通讯方式，这样即降低了成本，也可满足通讯要求。另一方面，技术上的难点在于程序设计人员要具备单片机的编程经验，熟悉串口通讯理论，了解通讯原理，熟悉各类通讯协议，由于监控软件是实时系统，所以要注意安全性和实时性，要设计三级密码制度（至少二级），最好具有变电站调试经验，这样，可以大大降低编程的难度。目前，从市场上看也有不少同类产品可以借鉴，这也有助于顺利实现各类编程模块的实现。

经济方面：相对的软、硬件投入成本不高（计算机三台，VC++6.0编程环境，相应的调试终端一台）；同时开发时间周期也不会很长（一般控制在2－4个月），开发人员控制在2－4个人以内（其中必须要求人员要精通计算机，精通继电保护理论以及要求全面了解各个方面理论和实践的人员，而且要求人员必须都要具备较熟练的软件编程能力），因为可以参考国内外不同软件产品，针对用户明确，所以可以有的放矢，不至于走太多的弯路。由于不同用户的各类要求，可能会增加编程和调试的成本，但是，不至于造成成本的不可控。

5.3 本章小节

本章从需求和可行性两个方面对电力SCADA软件的开发进行了分析。从各个前期可以考虑到的方面对软件开发做了前期准备，为了不至于造成软件编程的不可控，做到在软件编程过程中人员心中有数，对软件开发的人员、环境、资金做了预计。

第六章系统规划

6.1 项目规划

为了完成用户需求，便于用户使用，此软件必须具有良好的人机界面，使用户能很好的上手。本软件是专用于输变电自动化系统，集数据采集、显示、控制、通信等功能于一体的可组态可扩展的电力自动化监控系统软件。为了适合电力系统使用设备多，纵向横向联系紧密，扩建、组建频繁等特点，本软件必须从分析、设计到具体编程，全部采用面向对象的方法，融合了最新的计算机编程技术，在满足严格的可靠性实时性的基础上，完成系统的可组态可扩展性、可用性、可维护性。因此，本软件是各变电站、集控中心、调度中心理想的自动化监控系统。

本软件具有以下几个主要模块：PUBLIC公共模块——包括各个公共子模块，如：菜单管理模块、口令管理模块、自动推画面管理模块、事件管理、时间管理、通讯口管理模块、通讯单元管理模块、工具箱管理模块、信息管理模块、公共模块等。此模块为动态链接文件，程序初始化必须载入的模块。CKUNIT具体通讯单元模块——此模块按照具体的通讯单元终端所要求的通讯规约建立具体动态链接文件，完成对相应具体设备的连接。MAIN主程序模块——此模块是用户主界面程序，负责调度各个模块的使用。UNITS单元组态程序模块——此模块是完成通信口、单元的配置，各数据、操作、SOE 事件的参数设定。PICSET图元组态程序模块——此模块提供的强大的界面设计工具，许多实时界面及报表的设计工作将在这里完成。以下对各个模块作详细规划：

6.1.1 公共模块（PUBLIC）

PUBLIC模块的作用是将很多模块细化到其中，通过一个公共类（public）联接，利用DLLMain作为程序入口，将各个功能衔接在一起，主程序初始化时，调入public.dll动态链接文件。

这里包含的各类子模块有菜单管理（CommandMng、CommandDlg）他的作用包括命令行菜单的初始化，增加菜单项等；口令管理（PasswordMng、PasswordDlg）他的作用是实现口令的分级管理，在执行不同程序段时，增加此部分，已限制无权用户使用此软件或者此项目；通讯口管理（Comport、ComprotDlg）的作用是将通讯口的名称及具体通讯口号（com1，com2……..）等串口设定参数一一列示，用户可以根据实际情况选择相应参数，灵活的配置各个通讯口；自动推画面管理（AutopopMng、AutopopDlg、AutopopPage）包括的自动推画面的设置，初始化，针对于不同事件推出不同的事件框，同时将事件记录到数据库中；通讯单元组管理（Units）负责协调通讯口以及通讯单元之间的初始化，数据交换等；通讯单元（Unit、UnitDlg）包括通讯单元设置，如站号、单位名称、是否投入使用等，这里含有三个不同的类：其一是发送接收模式的，其二是接收发送模式的，其三是上层之间的模式（如双机热备模式）；数据初始化及更新单元（Data、DataDlg）包含了手工置数及数据数据初始化和更新；数据文件存储及调用单元（Database、DatabaseDlg）；信息管理单元（InfoMng、InfoDlg、DrawDlg）等等。另外还有一些其他模块，其程序模式基本相同，只是实现方式不一样而已。

6.1.2 具体通讯单元模块（CKUNIT）

CKUNIT模块的作用是将要通讯的终端设备的参数具体化，形成动态链接文件并在初始化时载入系统，由系统在单元组态图元中加入相应的单元并对其具体参数进行设定。在本系统中可以加载不同的此类动态链接文件，用于连接不同设备，实现不同设备在同一平台下的通讯。此模块同样利用DLLMain作为程序入口，将各个功能衔接在一起并且通过DLL.TXT文件调入ckunit.dll动态链接文件。由于不同厂家的设备可能具有不同的通讯规约，为了使系统的扩展性更好，能够接

入不同厂家的设备，因此通过此模块将具体的通讯规约链接入系统——通过public中的通讯单元模块（Unit、UnitDlg）完成此类工作。

6.1.3 主程序模块（MAIN）

MAIN模块是程序的人机主界面，包含有程序主框架类、视图类、文档类、对话框类等，其目的是为了实现各类人机界面——常用工具、报表图片、系统维护、关于等等，此程序通过调入动态链接文件，完成各类功能。此模块是可执行文件，是整个程序的入口，负责协调各个模块。

主程序模块作为HMI（人机界面），要求具有好的操作性，易于维护性和优良的交互性；对于其他程序模块的衔接功能起着很重要的作用。

6.1.4 单元组态程序模块（UNIT）

UNIT模块是单元组态程序的人机界面，同样包含有程序主框架类、视图类、文档类、对话框类等，其目的也是为了实现各类人机界面——增加通讯口、增加通讯单元、设置通讯口及通讯单元参数等等，此程序通过调入动态链接文件，完成各类功能。

6.1.5 图元组态程序模块（PICSET）

PICSET模块是图元组态程序的人机界面，同样包含有程序主框架类、视图类、文档类、对话框类等，其目的也是为了实现各类人机界面——绘制各类报表图片、屏幕图片、快速布图，绘制3D图元，变色图元等。此程序同样通过调入各类动态链接文件，完成不同种类功能。

6.2 软件功能框图

图6－1 软件功能图

图6.1反映出了整个软件各个主要功能模块的关系以及模块中所含的软件功能系统说明。主控软件包含了主程序模块（MAIN）和公共模块（PUBLIC）；单元组态软件包含了单元组态程序模块（UNIT）；图元组态软件包含了图元组态程序模块（PICSET）；通讯接口则是公共模块（PUBLIC）中UNIT部分；外部通讯单元就是具体通讯单元模块（CKUNIT）等等。

6.3 系统结构图

图6－2 系统结构图

6.4 本章小节

本章节着重介绍了项目规划中各个功能模块的作用及其所要实现的类的说明。通过软件功能图来更好的体现软件的结构，使软件的体系更加明确，使编程过程有的放矢，编程工作更好的有序开展。最后，介绍了整个系统的体系结构图。

第七章系统设计与实现

7.1 典型模块的设计与实现

7.1.1 系统主界面（MAIN）的设计与实现

图7－1 系统主界面

工作环境介绍

主菜单有〈常用工具〉、〈屏幕图片〉、〈报表图片〉、〈系统维护〉，〈常用工具〉下放的是一些需要经常使用的实时界面与应用程序，如软件封面、通信状态检测、事件记录查看等。〈屏幕图片〉与〈报表图片〉这二个菜单下的内容是动态变化的，系统自动寻找图片目录下的所有屏幕图片（不包括屏幕子图）与报表图片，并把它们加到各自的菜单中。〈系统维护〉下放的是一些与系统维护相关联的内容，进入这些条目必须输入系统管理员口令。菜单下是快捷工具条，使用户能快速切换到想要的界面。右边四个小按钮分别为打印预览/打印、选择日期、显示通信报文窗口、显示事件记录窗口。小按钮上面是信息显示窗口，用于显示一些辅助性的信息，包括安全运行天数、当前功率负荷时段、值班员、系统频率。

图7－2 口令管理界面

●通信状态检测

最左边是通信口，右边是下挂于该通信口下面的所有单元。没投入使用的通信口和单元用暗色表示。通信口的红灯亮表示正在发送数据，绿灯亮表示正在接收数据，黄灯亮表示通信有故障。单元的青色灯亮表示该单元要求接收数据，黄色灯亮表示通信有故障。中间的小方块表示该单元发送或接收的帧类型。

●事件记录查看

上面的组合框内是当前查看的方式，可以不同的查看方式来查看事件。下面的列表中列出了这一天所有的事件，不同类型的事件以不同的颜色显示。要改变查看日期可按屏幕右上角的选择日期工具条按钮，系统弹出〈选择日期〉窗口，随着您选择不同的年月日，事件列表窗口中的内容自动刷新。带箭头的小按钮表示当前日期。按屏幕右上角的打印工具条按钮，可打印事件记录报表。

●通信报文检测窗口

按屏幕右上角的通信报文检测窗口工具条按钮，系统显示〈通信报文检测〉窗口，从通信口组合框中选通信口，可以看到该通信口收发的通信报文，红色表示发送的报文，绿色表示接收的报文，下面的启动/暂停按钮可以定格通信报文，定格时通信口仍然正常工作，只是不把通信报文送往〈通信报文检测〉窗口。

●事件记录窗口

按屏幕右上角的事件记录窗口工具条按钮，系统显示〈事件记录窗口〉，窗口内显示最近发生的八个事件，不同类型的事件以不同的颜色显示。时标用时：分：秒．毫秒格式显示。