基于移動(dòng)端的繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)研究

鄒慶年，周奇

（廣州供電局有限公司變電管理三所，廣東 廣州 511400）

0 前言

近五年來，繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試技術(shù)飛速發(fā)展，各測(cè)試儀生產(chǎn)廠家、保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家、中國(guó)電科院等紛紛提出了自己的自動(dòng)測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)：采用測(cè)試端電腦作為測(cè)試軟件的控制終端，連接至交換機(jī)，繼電保護(hù)測(cè)試儀和被測(cè)保護(hù)裝置分別用網(wǎng)線連接至交換機(jī)，以此形成通信鏈路，測(cè)試儀和保護(hù)裝置之間采用光纖連接，形成測(cè)試閉環(huán)[1-5]。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過程和測(cè)試報(bào)告填寫的自動(dòng)化，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的效率。但由于測(cè)試端一般采用PC機(jī)，每次測(cè)試作業(yè)時(shí)，都要先將PC機(jī)與測(cè)試儀連接，兩者經(jīng)調(diào)試聯(lián)機(jī)成功后，才能進(jìn)行測(cè)試作業(yè)[6-9]。且測(cè)試完成后生成的測(cè)試報(bào)告存在PC機(jī)磁盤，測(cè)試管理中心不能實(shí)時(shí)查看測(cè)試結(jié)果[10-12]，作業(yè)表單的填寫也采用手動(dòng)方式，表單數(shù)據(jù)填寫數(shù)量巨大，尚沒有形成完整的智能測(cè)試閉環(huán)，測(cè)試作業(yè)沒有完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化。

針對(duì)以上問題，本文研究了一種基于移動(dòng)端的繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，采用帶工控機(jī)的測(cè)試儀代替常規(guī)測(cè)試儀，將自動(dòng)測(cè)試軟件安裝在工控機(jī)上，用工控機(jī)作為整個(gè)測(cè)試任務(wù)的控制終端，完成整個(gè)測(cè)試過程的自動(dòng)執(zhí)行。同時(shí)，該測(cè)試儀硬件增加無線模塊，可通過無線網(wǎng)絡(luò)與Android/IOS系統(tǒng)的平板通訊，進(jìn)行測(cè)試報(bào)告的下載，并上傳至表單系統(tǒng)，方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員進(jìn)行測(cè)試報(bào)告的查看和管理。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，測(cè)試報(bào)告的統(tǒng)一管理，作業(yè)表單的自動(dòng)填寫，該自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)必須滿足以下要求：測(cè)試過程的標(biāo)準(zhǔn)化、測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化、測(cè)試過程的智能閉環(huán)以及文件的無線傳輸。為此，本文將從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行整個(gè)平臺(tái)的闡述，硬件結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了整個(gè)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的整體布局，將測(cè)試控制終端和測(cè)試儀器有效集成在一起，使整個(gè)平臺(tái)更加集成化和高效化；軟件設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu)和模塊化的設(shè)計(jì)思想，將自動(dòng)測(cè)試部分，報(bào)告無線傳輸部分，作業(yè)表單管理部分有效隔離，按功能分別集成，使數(shù)據(jù)流程更加清晰，數(shù)據(jù)管理更加方便規(guī)范。

1.1 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)硬件部分拋棄常規(guī)繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)采用PC機(jī)作為測(cè)試控制終端的做法，采用繼電保護(hù)測(cè)試儀自帶的工控機(jī)作為測(cè)試控制終端，由該工控機(jī)發(fā)送測(cè)試命令給測(cè)試儀的測(cè)試模塊，完成測(cè)試相關(guān)工作。在測(cè)試儀內(nèi)部，工控機(jī)、測(cè)試模塊通過交換機(jī)相連，被測(cè)保護(hù)裝置通過網(wǎng)線連接到測(cè)試儀的交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)通訊，同時(shí)通過光纖連接到測(cè)試儀的測(cè)試模塊，以實(shí)現(xiàn)測(cè)試模塊與被測(cè)裝置之間的數(shù)據(jù)交互。測(cè)試儀內(nèi)部還集成有無線模塊，用于發(fā)送無線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端與工控機(jī)之間無線數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的軟件架構(gòu)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，軟件總體架構(gòu)如圖2所示。按照功能分類，將整個(gè)平臺(tái)軟件集成為三個(gè)部分：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)和云端/表單系統(tǒng)。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件安裝在工控機(jī)上，負(fù)責(zé)測(cè)試模板編輯，報(bào)告模板編輯，測(cè)試過程執(zhí)行等。無線傳輸系統(tǒng)軟件分為客戶端和服務(wù)器，服務(wù)器安裝在工控機(jī)上，客戶端安裝在Android/IOS系統(tǒng)平板上，客戶端和服務(wù)器通過測(cè)試儀的無線模塊發(fā)送的無線信號(hào)，進(jìn)行測(cè)試報(bào)告的傳輸。云端/表單系統(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)試任務(wù)、作業(yè)表單和測(cè)試報(bào)告的統(tǒng)一管理。

圖1 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)

圖2 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2 測(cè)試儀設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試儀主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用高速、高可靠性可編程邏輯芯片，完成以太網(wǎng)控制、報(bào)文收發(fā)處理、數(shù)據(jù)格式控制、光功率測(cè)量以及同步控制。主要包括ARM&DSP板，F(xiàn)PGA板，GPS接收電路、B碼接收電路，無線模塊，開關(guān)量模塊，模擬量模塊和工控機(jī)。

ARM&DSP板上集成有ARM芯片和DSP芯片，F(xiàn)PGA板上集成有數(shù)據(jù)處理及光口、組數(shù)分配單元，8路帶光功率測(cè)量的光口以及6路FT3。ARM&DSP板中的ARM用作和工控機(jī)通信，通過以太網(wǎng)接收來自工控機(jī)上自動(dòng)測(cè)試軟件的命令及上傳給自動(dòng)測(cè)試軟件采樣值、GOOSE探測(cè)結(jié)果。ARM把接收到的命令下達(dá)給DSP，由DSP產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字化的正弦波信號(hào)，然后DSP通過和FPGA之間的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制信號(hào)把數(shù)據(jù)及命令下發(fā)給FPGA，F(xiàn)PGA中的數(shù)據(jù)處理及光口、組數(shù)配置單元根據(jù)接收到的命令確定本次操作。

在數(shù)據(jù)處理及光口、組數(shù)配置單元中，會(huì)對(duì)接收到的采樣值、GOOSE數(shù)據(jù)采用PCAP格式重新組裝以便對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析。同時(shí)會(huì)在相應(yīng)的位置打上來自IEEE1588或GPS或B碼的時(shí)間戳，以便進(jìn)行離散度分析。

IEEE1588信息通過8路光口的其中一路與FPGA進(jìn)行交互。而光功率測(cè)量也是通過帶有光功率測(cè)量功能的光口自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

圖3 測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試儀的工控機(jī)搭載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理人機(jī)交互工作，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。DSP根據(jù)ARM下發(fā)的命令，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字化正弦波信號(hào)[13-14]，經(jīng)由地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制信號(hào)把數(shù)據(jù)下發(fā)給FPGA，由FPGA進(jìn)行處理后，確定本次操作類型，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模塊輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。

2.2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件在設(shè)計(jì)上采用模塊化、層次化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)測(cè)試軟件分為三層：測(cè)試儀測(cè)試模塊控制接口層、自動(dòng)測(cè)試層和測(cè)試方案開發(fā)層[15-16]：

測(cè)試儀測(cè)試模塊接口層為測(cè)試儀測(cè)試模塊的控制接口，是一個(gè)獨(dú)立的可執(zhí)行程序，通常開放COM接口，供自動(dòng)測(cè)試主程序調(diào)用，并提供被測(cè)保護(hù)裝置所有功能的服務(wù)接口；自動(dòng)測(cè)試層為自動(dòng)測(cè)試軟件的主程序，包括控制中心，通信模塊和報(bào)告模塊，實(shí)現(xiàn)測(cè)試命令的自動(dòng)執(zhí)行、測(cè)試結(jié)果的自動(dòng)判斷及測(cè)試報(bào)告的自動(dòng)生成；測(cè)試方案開發(fā)層是一個(gè)二次開發(fā)平臺(tái)，編輯生成裝置測(cè)試方案，是另一個(gè)獨(dú)立的可執(zhí)行程序。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

圖5 自動(dòng)測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 自動(dòng)測(cè)試流程與智能測(cè)試閉環(huán)

根據(jù)測(cè)試方案二次開發(fā)平臺(tái)開發(fā)編輯好的測(cè)試方案，包括報(bào)告模板和測(cè)試模板，自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行測(cè)試，研究的基于移動(dòng)端的繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，利用移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)下載，測(cè)試過程控制，測(cè)試結(jié)果及作業(yè)表單上傳等功能，可以形成完整的智能測(cè)試閉環(huán)，使測(cè)試作業(yè)管理更加科學(xué)規(guī)范。

3 標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)

在測(cè)試方案編輯時(shí)，定義了報(bào)告模板文件，為一個(gè)Word文檔，描述了標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告格式，規(guī)定了測(cè)試所有參數(shù)數(shù)據(jù)在文檔中的位置。自動(dòng)測(cè)試完成后，根據(jù)報(bào)告模板文件，能自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試報(bào)告，將測(cè)試模板中的參數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)自動(dòng)寫入Word文檔中對(duì)應(yīng)的位置，具體位置的定義是通過書簽的方式實(shí)現(xiàn)的。測(cè)試結(jié)束后，還自動(dòng)生成了報(bào)告數(shù)據(jù)文件，具體為一個(gè)XML格式的文檔，采用標(biāo)準(zhǔn)的XML語法[17-18]，記錄測(cè)試報(bào)告的所有數(shù)據(jù)。

為能實(shí)現(xiàn)將測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)填入云端/表單系統(tǒng)中，形成統(tǒng)一格式的現(xiàn)場(chǎng)表單，需要設(shè)計(jì)云端/表單系統(tǒng)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，使得云端/表單系統(tǒng)能夠自動(dòng)讀取測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)，并按照特定的規(guī)則，自動(dòng)錄入表單模板文件中，生成具體的現(xiàn)場(chǎng)表單。

3.1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與表單系統(tǒng)接口

云端/表單系統(tǒng)為每一個(gè)需要錄入的數(shù)據(jù)都定義了唯一的標(biāo)識(shí)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的Word報(bào)告對(duì)每一個(gè)填入Word文檔的數(shù)據(jù)有唯一的標(biāo)識(shí)。因此兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接口就是要建立兩個(gè)系統(tǒng)的唯一數(shù)據(jù)的映射關(guān)系。從圖2可以看出，云端/表單系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行交互的只有第二步和第七步，這兩次交互都是數(shù)據(jù)的交互。其中：

第二步，表單編輯器導(dǎo)入Word報(bào)告模板。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的Word報(bào)告模板文件，使用書簽進(jìn)行數(shù)據(jù)填寫定位，書簽有兩種類型：數(shù)據(jù)填寫標(biāo)簽、區(qū)域定義標(biāo)簽。數(shù)據(jù)填寫標(biāo)簽，在需要填寫報(bào)告數(shù)據(jù)的位置（只能是表格的格子）的書簽；區(qū)域定義標(biāo)簽，用于定義Word報(bào)告的一個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)于測(cè)試模板的一些大的項(xiàng)目分類，區(qū)域標(biāo)簽不定義在表格的格子中。書簽在一個(gè)文檔中是唯一的。因此，在導(dǎo)入報(bào)告模板文件時(shí)，表單編輯器檢測(cè)模板文件的表格的每個(gè)單元格是否含有書簽，如果有，則建立一個(gè)表單模板文件的數(shù)據(jù)填寫對(duì)象，該數(shù)據(jù)對(duì)象采用唯一的書簽進(jìn)行標(biāo)識(shí)，書簽直接使用Word模板文件的書簽。這樣就為兩個(gè)數(shù)據(jù)建立了映射關(guān)系。

第七步，導(dǎo)入報(bào)告數(shù)據(jù)文件，生成現(xiàn)場(chǎng)表單。在讀取報(bào)告數(shù)據(jù)文件時(shí)，需要根據(jù)具體數(shù)據(jù)與表單的映射關(guān)系，將具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)填入表單模板中對(duì)應(yīng)的位置，以此生成現(xiàn)場(chǎng)表單。為此，需要在導(dǎo)出的報(bào)告數(shù)據(jù)文件中，對(duì)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)直接采用Word模板文件的標(biāo)簽，這樣具體的數(shù)據(jù)與Word報(bào)告模板、表單模板都通過同一個(gè)書簽標(biāo)識(shí)建立了映射關(guān)系。導(dǎo)出的報(bào)告數(shù)據(jù)文件格式如下：

其中，report節(jié)點(diǎn)為報(bào)告數(shù)據(jù)文件的根節(jié)點(diǎn)；value節(jié)點(diǎn)為具體的報(bào)告數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)具有兩個(gè)屬性，id屬性標(biāo)示書簽的標(biāo)識(shí)，val屬性標(biāo)示報(bào)告數(shù)據(jù)的值。

3.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與無線傳輸系統(tǒng)接口

在自動(dòng)測(cè)試完成后，生成的標(biāo)準(zhǔn)格式的Word測(cè)試報(bào)告文件，存放于工控機(jī)本地指定路徑下，不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)查看，也不能進(jìn)行統(tǒng)一管理。為此，本文通過無線傳輸系統(tǒng)，將工控機(jī)本地的Word測(cè)試報(bào)告文件，傳輸給Android/IOS系統(tǒng)的移動(dòng)端，方便測(cè)試人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，并有選擇地上傳至云端/表單系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

進(jìn)行文件傳輸時(shí)，由測(cè)試儀自帶的無線模塊，發(fā)送無線信號(hào)，信號(hào)覆蓋范圍為5 m，由移動(dòng)端自動(dòng)搜索無線信號(hào)，進(jìn)行密碼驗(yàn)證后建立連接。無線傳輸系統(tǒng)采用FTP文件傳輸協(xié)議，系統(tǒng)包括文件傳輸服務(wù)器和文件傳輸客戶端。服務(wù)器基于Windows系統(tǒng)，安裝在測(cè)試儀的工控機(jī)上；客戶端基于Android/IOS系統(tǒng)，安裝在移動(dòng)端上。

打開客戶端軟件，界面分為三部分：綠色設(shè)置按鈕，F(xiàn)TP文件夾（服務(wù)器）瀏覽區(qū)和Android/IOS本地文件夾瀏覽區(qū)，在該界面上，可以從服務(wù)器下載文件到客戶端本地，上傳本地文件到服務(wù)器。

服務(wù)器與客戶端采用TCP/IP協(xié)議，通過指定的IP地址和Port號(hào)建立連接。若用戶當(dāng)前的主機(jī)名稱（即IP地址）、端口號(hào)、FTP用戶名、FTP密碼發(fā)生了變化，則點(diǎn)擊設(shè)置，更改相應(yīng)設(shè)置后點(diǎn)擊確定，刷新后可以與服務(wù)器重新建立連接。

4 結(jié)束語

本文基于當(dāng)前繼電保護(hù)在自動(dòng)測(cè)試時(shí)，測(cè)試終端采用PC機(jī)，測(cè)試報(bào)告無法實(shí)時(shí)查看，不能統(tǒng)一管理，作業(yè)表單填寫數(shù)據(jù)量大，填寫過程不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等問題，研究了一套基于移動(dòng)端的繼電保護(hù)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。

該自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)拋棄常規(guī)測(cè)試時(shí)采用PC機(jī)作為測(cè)試控制終端的做法，將自動(dòng)測(cè)試軟件安裝在測(cè)試儀的工控機(jī)上，將工控機(jī)作為自動(dòng)測(cè)試控制終端。測(cè)試時(shí)，無需攜帶PC機(jī)，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)集成度更高，現(xiàn)場(chǎng)接線更方便。該平臺(tái)還設(shè)計(jì)了云端/表單系統(tǒng)與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)填寫至表單模板，自動(dòng)生成現(xiàn)在作業(yè)表單。避免了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試大量表單數(shù)據(jù)的手動(dòng)填寫，進(jìn)一步提高了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效率。同時(shí)，該平臺(tái)還設(shè)計(jì)了無線傳輸系統(tǒng)，采用FTP文件協(xié)議，將測(cè)試報(bào)告文件從工控機(jī)本地以無線傳輸?shù)姆绞?，發(fā)送給移動(dòng)端，方便測(cè)試人員實(shí)時(shí)查看測(cè)試，并上傳至云端/表單系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。