后備防誤操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李保福

(珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000)

后備防誤操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李保福

(珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000)

分析了變電站現(xiàn)有微機(jī)防誤操作系統(tǒng)的組成及其在實(shí)際運(yùn)行中存在的安全隱患，并針對性地提出了一種后備防誤操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和解決方案，并將其應(yīng)用于實(shí)際，有效保障了防誤操作系統(tǒng)的可靠性。

防誤操作系統(tǒng)；閉鎖鎖具；電腦鑰匙；移動(dòng)操作終端

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力需求越來越大，電力安全也越來越重要。電氣誤操作事故輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，重則引起大面積停電、人身傷亡等惡性事故，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣影響，而微機(jī)防誤操作系統(tǒng)(下稱“防誤系統(tǒng)”)在防止電氣誤操作，保證電力生產(chǎn)、運(yùn)行安全穩(wěn)定方面，起著非常重要的作用，并且已在電力行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，是防止電氣誤操作的重要設(shè)備。目前，國內(nèi)各大電力企業(yè)都規(guī)定要嚴(yán)格按照防誤系統(tǒng)的規(guī)程進(jìn)行電氣倒閘操作，對“解鎖”操作有著非常嚴(yán)格的規(guī)定，有些企業(yè)甚至提出在操作中實(shí)現(xiàn)“零解鎖”的要求，這就對防誤系統(tǒng)的可靠性提出了極為苛刻的要求。

當(dāng)前電力企業(yè)，防誤系統(tǒng)主機(jī)的主要運(yùn)行模式為在1臺(tái)商用電腦上運(yùn)行防誤軟件，采用24?h不間斷運(yùn)行的方式。雖然整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采取了很多增強(qiáng)安全和提高可靠性的措施，但仍然不能保證不出現(xiàn)因故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓而無法恢復(fù)的情況，此時(shí)如有操作任務(wù)需要執(zhí)行，就會(huì)出現(xiàn)操作人員不得不去“解鎖”而進(jìn)行倒閘操作的情況，從而帶來重大的安全隱患。因此，現(xiàn)設(shè)計(jì)一套備用防誤操作系統(tǒng)，以防止此種情況的發(fā)生，進(jìn)而提高防誤系統(tǒng)的安全性，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 現(xiàn)有防誤系統(tǒng)的組成及原理

現(xiàn)有防誤系統(tǒng)主要由防誤主機(jī)、網(wǎng)路控制器、分布式控制器、傳輸適配器、幾把電腦鑰匙及各種閉鎖鎖具組成，如圖1虛線框內(nèi)所示。防誤主機(jī)一般由商用電腦及運(yùn)行其上的防誤閉鎖軟件構(gòu)成，并通過通信線路和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，系統(tǒng)內(nèi)一次設(shè)備的狀態(tài)由防誤主機(jī)記憶或者與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信獲取。網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)責(zé)對整個(gè)系統(tǒng)中的分布式控制器進(jìn)行管理，包括對其進(jìn)行地址分配、運(yùn)行控制等。分布式控制器負(fù)責(zé)對各種在線鎖具進(jìn)行控制及狀態(tài)采集。傳輸適配器在系統(tǒng)中有2個(gè)作用：

(1)?防誤主機(jī)通過傳輸適配器和電腦鑰匙交換信息;

(2)?給電腦鑰匙充電。電腦鑰匙負(fù)責(zé)對系統(tǒng)內(nèi)各種閉鎖鎖具進(jìn)行正確解鎖，以保證操作人員進(jìn)行正確的倒閘操作。各種在線和離線閉鎖鎖具安裝在一次設(shè)備的操作回路或操作機(jī)構(gòu)上，用于防止操作人員誤操作設(shè)備，且每把鎖具都有唯一的編碼，用于系統(tǒng)對鎖具所閉鎖設(shè)備的識(shí)別。

圖1 防誤系統(tǒng)組成

防誤系統(tǒng)的原理：防誤主機(jī)上有一次設(shè)備的接線圖。當(dāng)操作人員進(jìn)行倒閘操作時(shí)，首先依據(jù)操作票的操作順序，在防誤主機(jī)上進(jìn)行逐步模擬操作。如果操作有錯(cuò)誤，模擬就不能通過；只有操作正確無誤時(shí)，模擬操作才能通過，進(jìn)而形成正確的“操作票”。然后主機(jī)把“操作票”通過傳輸適配器傳輸給電腦鑰匙，操作人員拿著電腦鑰匙去現(xiàn)場進(jìn)行解鎖操作。操作人員必須用電腦鑰匙解鎖相應(yīng)設(shè)備上的閉鎖鎖具，才能進(jìn)行實(shí)際操作。主機(jī)傳輸給電腦鑰匙內(nèi)的“操作票”是嚴(yán)格按照操作順序操作的，只有操作人員把電腦鑰匙插入正確的閉鎖鎖具，電腦鑰匙才允許解鎖；然后操作人員才能對設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作。如果操作人員把電腦鑰匙插入錯(cuò)誤的閉鎖鎖具，電腦鑰匙就會(huì)提示錯(cuò)誤，并拒絕解鎖，進(jìn)而防止了電氣誤操作。

2 后備防誤操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有防誤操作系統(tǒng)中，一旦防誤主機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，這在實(shí)際運(yùn)行中存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)了后備防誤操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)最重要的2個(gè)裝置是后備防誤主機(jī)和移動(dòng)操作終端。

圖2為后備防誤主機(jī)設(shè)計(jì)，其核心采用標(biāo)準(zhǔn)PC104主板，外擴(kuò)一些必要的功能模塊組成。其中對于從PC104引出的COM1，COM2和?LAN2口都進(jìn)行了必要的電氣隔離，以增強(qiáng)抗干擾能力；輔助管理CPU模塊為以一片工業(yè)級單片機(jī)為核心的嵌入式控制板，它和PC104通過嵌入式USB連接交互信息，用于完成系統(tǒng)內(nèi)的一些輔助控制及管理功能。

圖2 后備防誤主機(jī)設(shè)計(jì)

圖2中的信道切換模塊可以在輔助管理CPU模塊的控制下，在LANA0與LANA1，LANA之間，COMA0與COMA1，COMA之間相互切換。系統(tǒng)中的SSD用于存放程序和數(shù)據(jù)。AC/DC模塊負(fù)責(zé)把外部引入的220?V?AC電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)所用的各種電源。輸入輸出模塊負(fù)責(zé)一些簡單的開關(guān)輸入及幾個(gè)指示燈的輸出管理。電腦鑰匙和移動(dòng)操作終端充電組件可以給2個(gè)電腦鑰匙、2個(gè)移動(dòng)操作終端同時(shí)充電和傳輸信息。

移動(dòng)操作終端是一款采用了高性能工業(yè)級32位CPU處理器和觸摸顯示屏，并可解鎖各種防誤閉鎖鎖具的專用PDA，它通過后備防誤主機(jī)上的充電傳輸座和后備防誤主機(jī)交互信息，在緊急情況下還可進(jìn)行操作票模擬，形成“操作票”，代替電腦鑰匙。

3 后備防誤操作系統(tǒng)的原理及應(yīng)用

后備防誤操作系統(tǒng)的組成如圖3所示，它和原防誤系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：用后備防誤主機(jī)替代了原系統(tǒng)中的傳輸適配器，并增加了一個(gè)移動(dòng)操作終端；由原系統(tǒng)中防誤主機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制器之間通過通信電纜直接連接改為防誤主機(jī)必須先連接到后備防誤主機(jī)相應(yīng)端口上，然后再從后備防誤主機(jī)連接到監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制器上(見圖3中虛線部分)。采用這種和原防誤操作系統(tǒng)最大化兼容的設(shè)計(jì)方式，一方面考慮可用于沒有安裝過防誤系統(tǒng)的新站采用；另一方面可以非常方便地改造現(xiàn)有防誤系統(tǒng)，從而節(jié)省投資。

圖3 后備防誤操作系統(tǒng)的組成

后備防誤操作系統(tǒng)的應(yīng)用原理：防誤系統(tǒng)在正常運(yùn)行模式下，防誤主機(jī)通過通信電纜經(jīng)LANA1，COM1口進(jìn)入后備防誤主機(jī)，從LANA0，COM1口引出分別連接至監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)路控制器，建立起通信鏈路并交互信息。同時(shí)防誤主機(jī)和在原防誤系統(tǒng)中一樣經(jīng)COM1口連接至后備防誤主機(jī)，進(jìn)行操作票的傳輸和與后備防誤主機(jī)的信息交互。

后備防誤主機(jī)程序執(zhí)行流程如圖4所示，在正常情況下，防誤主機(jī)將最新保存的一次設(shè)備狀態(tài)信息“告知”后備防誤主機(jī)，以便保證后備防誤主機(jī)內(nèi)是最新的一次設(shè)備狀態(tài)信息。另外，為了讓后備防誤主機(jī)“知道”防誤主機(jī)的運(yùn)行“健康”狀態(tài)，將防誤主機(jī)設(shè)計(jì)成每隔一定時(shí)間間隔主動(dòng)給后備防誤主機(jī)發(fā)“心跳”報(bào)文，后備防誤主機(jī)據(jù)此來判定防誤主機(jī)工作是否正常。

如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，后備防誤主機(jī)沒有收到“心跳”報(bào)文，就會(huì)主動(dòng)“問詢”防誤主機(jī)。如果回答正常，并“回復(fù)”了心跳報(bào)文，后備防誤主機(jī)則不進(jìn)行任何操作，此時(shí)，后備防誤主機(jī)在系統(tǒng)中僅起傳輸適配器的作用。如果后備防誤主機(jī)仍然沒有收到防誤主機(jī)的“回復(fù)”或者收到了“告知”防誤主機(jī)遇到了不可恢復(fù)的嚴(yán)重故障，后備防誤主機(jī)立即進(jìn)入備用運(yùn)行模式，并發(fā)出聲光警示告知運(yùn)行人員。此時(shí)，應(yīng)盡快組織人員搶修防誤主機(jī)內(nèi)出現(xiàn)的故障，以免主機(jī)長時(shí)間停止運(yùn)行，增大系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

后備防誤主機(jī)進(jìn)入備用運(yùn)行模式后，首先切換通信信道，擔(dān)負(fù)起防誤主機(jī)的角色，并接管網(wǎng)路控制器并與監(jiān)控系統(tǒng)建立起通訊聯(lián)系。如果此時(shí)防誤主機(jī)已經(jīng)有傳輸?shù)诫娔X鑰匙內(nèi)的操作票，操作人員可以繼續(xù)拿著電腦鑰匙完成相關(guān)的操作。操作完畢后電腦鑰匙也可以回傳，只不過此時(shí)不是回傳給防誤主機(jī)，而是回傳給了后備防誤主機(jī)。如果此時(shí)需要模擬預(yù)演倒閘操作，后備防誤操作系統(tǒng)提供了一種手段：此時(shí)移動(dòng)操作終端作為后備防誤主機(jī)的一個(gè)“無線”顯示和輸入終端，兩者之間通過藍(lán)牙進(jìn)行連接，移動(dòng)操作終端的顯示屏上有變電站的接線圖，操作人員可以在其上進(jìn)行圖形開票、模擬預(yù)演，然后直接拿著移動(dòng)操作終端去現(xiàn)場進(jìn)行解鎖操作，完成相應(yīng)的倒閘操作。此時(shí)，對模擬預(yù)演、開操作票的驗(yàn)證、邏輯判斷工作，實(shí)際是在后備防誤主機(jī)上進(jìn)行，移動(dòng)防誤操作終端僅僅作為一個(gè)簡易的顯示、輸入終端來使用。

圖4 后備防誤主機(jī)程序執(zhí)行流程

只有在防誤主機(jī)出現(xiàn)了嚴(yán)重故障時(shí)，后備防誤主機(jī)才會(huì)運(yùn)行。為防止在某些極端情況下，后備防誤主機(jī)內(nèi)所存的設(shè)備狀態(tài)和現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)不一致，確保后備防誤主機(jī)所做的模擬預(yù)演和邏輯判斷的準(zhǔn)確性，后備防誤主機(jī)對模擬預(yù)演的操作進(jìn)行了2種邏輯判斷：

(1)?傳統(tǒng)的基于記憶設(shè)備狀態(tài)的邏輯公式的防誤判斷；

(2)?通過一次設(shè)備接線圖，采用圖形拓?fù)浼夹g(shù)，構(gòu)建設(shè)備連接關(guān)系模型，結(jié)合從監(jiān)控系統(tǒng)獲取的一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，利用拓?fù)浞勒`分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前模擬操作的防誤判斷。

只有2種判斷結(jié)果一致時(shí)，才允許模擬預(yù)演操作；如果2種判斷結(jié)果不一致，必須人為正確置位一次設(shè)備狀態(tài)后，才能進(jìn)行模擬預(yù)演等操作，從而保證了在原防誤系統(tǒng)故障情況下的正確操作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)提供的是在防誤操作系統(tǒng)主機(jī)出現(xiàn)故障情況下的一種應(yīng)急操作方式。由于移動(dòng)操作終端屏幕小、按鍵不便等因素，操作起來遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如在電腦上操作靈活方便，所以這種備用操作方式不能作為替代原防誤系統(tǒng)長期使用。在實(shí)際使用中，一旦遇到防誤操作系統(tǒng)運(yùn)行于備用模式，要及時(shí)組織人員對防誤系統(tǒng)進(jìn)行維修，盡快使其恢復(fù)正常運(yùn)行，以確保電氣倒閘操作的正確執(zhí)行。

1?DL/T687—2010微機(jī)型防止電氣誤操作裝置通用技術(shù)條件[S].

2?GB11920—1989電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件[S].

3?IEC?60870?Telecontrol?Equipmentand?Systems[S].

4?錢家慶．怎樣防止與控制電氣誤操作[M]．北京：中國電??力出版社，2011.

5?童貞翔．配網(wǎng)微機(jī)防誤綜合操作系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]．電力安全技術(shù)，2011(12)．

2015-01-27。

李保福(1966-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化與電力安全產(chǎn)品的研發(fā)工作，email：libaofu@utpower.com.cn。