流域梯級水電廠KKS信號標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

蔣承峰，丁倫軍，江傳賓

（中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

隨著大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展，流域梯級水電廠建設(shè)大數(shù)據(jù)中心、數(shù)字孿生電廠是大勢所趨，為便于各技術(shù)之間的數(shù)據(jù)貫通，對設(shè)備、信號進(jìn)行統(tǒng)一編碼是勢在必行的。KKS是現(xiàn)今電力行業(yè)最具代表性及應(yīng)用最廣泛的設(shè)備標(biāo)識(shí)體系，國家標(biāo)準(zhǔn)《水電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼導(dǎo)則》（GB/T 35707-2017）在KKS編碼基礎(chǔ)上提出KKS信號標(biāo)識(shí)并說明了相關(guān)規(guī)則，但是并不能很好的滿足實(shí)際需求。本文在已有信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提出一種優(yōu)化后的信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)，并就相關(guān)應(yīng)用作簡要闡述。

1 KKS信號標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

1.1 KKS信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)

從 KKS 編碼體系的組成和邏輯結(jié)構(gòu)可以看出，它適合作為基礎(chǔ)編碼供計(jì)算機(jī)處理，具有標(biāo)識(shí)統(tǒng)一合理，結(jié)構(gòu)層次分明，非基于語言和可擴(kuò)充的特點(diǎn)，有足夠的容量和細(xì)節(jié)標(biāo)識(shí)所有設(shè)備。設(shè)備是信號的載體，因此KKS信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)是以工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)為載體并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用。

對比圖1和圖2中KKS信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的KKS信號標(biāo)識(shí)共分為5級，其中2級、3級、4級編碼結(jié)構(gòu)與KKS工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)一致，主要優(yōu)化在于：

（1）增加了廠級碼P，由兩位數(shù)字組成，廠級碼P可用于標(biāo)識(shí)流域梯級電站所轄廠站，包括電廠和集控中心。

（2）為了保持編碼結(jié)構(gòu)和長度統(tǒng)一，便于標(biāo)識(shí)識(shí)別，全廠碼G取值為兩位數(shù)字或兩位字母，用于標(biāo)識(shí)廠站中的不同機(jī)組或公用系統(tǒng)。

（3）對于系統(tǒng)故障、系統(tǒng)啟停、系統(tǒng)運(yùn)行模式等信號，因無法用具體實(shí)際設(shè)備與之對應(yīng)，同時(shí)為了保持編碼結(jié)構(gòu)及長度統(tǒng)一，因此在4級設(shè)備碼中用兩種虛擬設(shè)備編碼作為此類信號的載體，一種是間接測量設(shè)備編碼，另一種是狀態(tài)與控制信號編碼，編碼起始字符分別為字母D和字母E，并補(bǔ)充完善了編碼取值。

（4）在實(shí)際需求中需從信號標(biāo)識(shí)中識(shí)別出信號傳送路徑，便于信號追蹤和故障查找，因此在5級信號碼中增加B1B2B3B4B5字段用于標(biāo)識(shí)信號的中轉(zhuǎn)地，且B1B2B3B4B5取值沿用系統(tǒng)碼（F1F2F3Fn）取值，減少額外人為定義避免識(shí)別困難，如果現(xiàn)地傳感器信號直接由監(jiān)控系統(tǒng)采集未經(jīng)任何信號中轉(zhuǎn)地中轉(zhuǎn)，此時(shí)采用缺省值，保證編碼結(jié)構(gòu)和長度統(tǒng)一。

圖1 信號標(biāo)識(shí)格式（GB/T 35707-2017）

圖2 優(yōu)化后信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)

5級信號碼中增加B6字段用于標(biāo)識(shí)信號的目的地，取值為一位字母。對于水電廠而言，現(xiàn)地設(shè)備上送信號目的地一般為監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)（廠站層）、在線監(jiān)測系統(tǒng)（廠站層）。

5級信號碼中補(bǔ)充信號類型字段B7B8B9取值，增加了通信信號類型。

5級信號碼中增加B10字段用于標(biāo)識(shí)信號數(shù)量，用以區(qū)分設(shè)備往外傳遞的多路信號。

5級信號碼中BN為信號的狀態(tài)，由1～5位大寫的英文字母構(gòu)成，根據(jù)需求自行定義。

1.2 KKS信號標(biāo)識(shí)說明

KKS信號標(biāo)識(shí)范圍包括水電廠機(jī)械、電氣設(shè)備的信號，可根據(jù)管理需求確定所需編碼的系統(tǒng)及設(shè)備。KKS信號編碼要求如下：

（1）從KKS信號標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)可以看出，產(chǎn)生信號源的設(shè)備必須編碼至4級設(shè)備碼，例如現(xiàn)地傳感器、電動(dòng)閥門、空氣開關(guān)、接觸器等均歸屬設(shè)備層級編碼；無實(shí)際設(shè)備對應(yīng)的信號其4級設(shè)備碼可以采用虛擬設(shè)備編碼。

（2）對于單一設(shè)備，信號可以是由設(shè)備本身產(chǎn)生（可稱為上送信號）也可以來自外部控制系統(tǒng)（可稱為下發(fā)信號），因而會(huì)導(dǎo)致一個(gè)設(shè)備存在上送信號和下發(fā)信號的信號源、信號目的地均不同，后期在對設(shè)備信號進(jìn)行分析時(shí)數(shù)據(jù)抓取不易。因此為了解決上述問題，要求：上送信號編碼中“信號源”碼段（1-4級編碼）采用信號源的設(shè)備編碼，“信號目的地”碼段（B6）采用信號終點(diǎn)所屬系統(tǒng)的編碼；下發(fā)信號編碼中“信號源”碼段（1-4級編碼）采用信號終點(diǎn)的設(shè)備編碼，“信號目的地”碼段（B6）采用信號源所屬系統(tǒng)的編碼。

（3）信號編碼原則上只有一個(gè)信號中轉(zhuǎn)地。信號中轉(zhuǎn)地（B1B2B3B4B5）確認(rèn)原則如下：上送信號的信號中轉(zhuǎn)地是指與產(chǎn)生信號設(shè)備的邏輯位置最近的系統(tǒng)，下發(fā)信號的信號中轉(zhuǎn)地是指與接收信號設(shè)備的邏輯位置最近的系統(tǒng)。

（4）信號類型（B7B8B9）是由信號屬性（數(shù)字量、模擬量、溫度量等）和信號目的地（B6）決定。

（5）信號數(shù)量（B10）是由信號目的地（B6）決定。

2 KKS信號標(biāo)識(shí)應(yīng)用

國內(nèi)從20世紀(jì)90年代開始逐步在電廠中進(jìn)行KKS編碼體系建設(shè)，到目前已有不少電廠建成該體系，并將KKS編碼成功應(yīng)用于設(shè)備全生命周期管理。

而對于KKS信號標(biāo)識(shí)的應(yīng)用，還未深度開發(fā)，目前該KKS信號標(biāo)識(shí)體系正在三峽集團(tuán)內(nèi)多個(gè)水電廠積極推進(jìn)建設(shè)，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用：

（1）將KKS信號標(biāo)識(shí)作為控制系統(tǒng)程序中的變量名使用，可以清晰地表明變量與主設(shè)備之間的關(guān)系，使監(jiān)控程序更具有可讀性。

（2）建設(shè)電廠物聯(lián)網(wǎng)。伴隨著科技的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已逐步被實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制當(dāng)中。對于應(yīng)用KKS編碼體系的水電廠，無線傳感器可將KKS編碼作為自身設(shè)備ID，以KKS信號標(biāo)識(shí)作為信號ID，既使得信號編碼唯一便于程序應(yīng)用，也使得相對于采用其他信號編碼體系，可讓設(shè)備編碼與信號編碼體系相結(jié)合，增加程序可讀性；同時(shí)也是一個(gè)編碼體系的多種應(yīng)用，也是信息化與工業(yè)化深度融合的體現(xiàn)。

（3）隨著智能機(jī)器人巡檢、圖形識(shí)別技術(shù)發(fā)展，利用智能機(jī)器人現(xiàn)場識(shí)別KKS編碼定位設(shè)備及運(yùn)行顯示數(shù)據(jù)，并與通過KKS信號標(biāo)識(shí)獲取的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，快速判別誤差或故障。

（4）利用設(shè)備KKS編碼和KKS信號標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與圖像監(jiān)控聯(lián)動(dòng)。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)某設(shè)備信號異?；蚬收?，以KKS信號標(biāo)識(shí)為索引確認(rèn)故障設(shè)備，與現(xiàn)場攝像頭聯(lián)動(dòng)定位故障設(shè)備，可快速便捷查看現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際狀況。對于火災(zāi)信號報(bào)警、水淹廠房信號報(bào)警等重要信號報(bào)警的處理，快速確認(rèn)現(xiàn)場情況既是下達(dá)正確處理對策的前提，也是快速響應(yīng)減少損失的保障，具有重大意義。

（5）建設(shè)集團(tuán)或公司大數(shù)據(jù)中心，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)更具備可讀性及分析價(jià)值。大數(shù)據(jù)中心要求數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，使用KKS信號標(biāo)識(shí)規(guī)范各電廠上送數(shù)據(jù)格式，便于大數(shù)據(jù)中心集中處理和數(shù)據(jù)展示；消除數(shù)據(jù)孤島，大數(shù)據(jù)中心可以便捷對比不同電廠同一設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，研究設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，為設(shè)備運(yùn)維管理提供科學(xué)依據(jù)；專家知識(shí)庫不再局限于單一電廠，在大數(shù)據(jù)中心平臺(tái)集中專家力量，提供更好更優(yōu)的決策。

（6）建設(shè)數(shù)字孿生電廠。數(shù)據(jù)是驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生系統(tǒng)運(yùn)行的根本。孿生數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的核心驅(qū)動(dòng)力，為虛擬實(shí)體與物理實(shí)體融合提供準(zhǔn)確全面的信息源[7]。在近期數(shù)字孿生研究提出的數(shù)字孿生五維（物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、連接、孿生數(shù)據(jù)、連接服務(wù)）模型中，KKS信號標(biāo)識(shí)可以作為孿生數(shù)據(jù)來源之一。結(jié)合KKS設(shè)備編碼、KKS信號標(biāo)識(shí)以及其他類型數(shù)據(jù)，建立數(shù)字孿生電廠，利用數(shù)字孿生電廠可以遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控、培訓(xùn)學(xué)習(xí)、模擬設(shè)備運(yùn)行或技術(shù)改造，降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。目前，已有相關(guān)單位開發(fā)了基于數(shù)字孿生的電廠智能管控系統(tǒng)?；跀?shù)字孿生的電廠智能管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對關(guān)鍵設(shè)備的透視化監(jiān)測、故障精密遠(yuǎn)程診斷、可視化管理及員工作業(yè)精準(zhǔn)模擬等，能夠滿足設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷、運(yùn)維等的各項(xiàng)需求，并實(shí)現(xiàn)了與用戶之間直觀的可視化交互。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)化逐步從信息化向智能化邁進(jìn)，數(shù)據(jù)的重要性日益凸顯，不同電廠不同廠家的設(shè)備類型多、雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式多樣化，對于數(shù)據(jù)利用是不利的，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值。本文介紹的KKS信號標(biāo)識(shí)可以解決數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一問題，標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)中增加了信號流向、信號數(shù)量等內(nèi)容，標(biāo)識(shí)涵蓋信息更豐富，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，并且該標(biāo)識(shí)是基于KKS編碼結(jié)構(gòu)的信號標(biāo)識(shí)，與國際接軌，也便于對外交流和輸出。本文同時(shí)提出了KKS信號標(biāo)識(shí)的后續(xù)應(yīng)用場景，為流域梯級水電廠建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、數(shù)字孿生電廠等新型工程提供思路。