外置式實時報警分類指示器的研發(fā)與應(yīng)用

石文江

(大連供電公司電力調(diào)度控制中心，遼寧 大連 116011)

大連供電公司2011年4月開始推行調(diào)控一體化改革，成立了調(diào)控中心，實行電網(wǎng)監(jiān)視控制的集中化管理。大連供電公司電力調(diào)度控制中心監(jiān)控系統(tǒng)目前已接入219座無人值班變電站，接入的實時信號量已達18萬條，運行2年來報警歷史記錄數(shù)已達4 710萬條，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)為南瑞科技的OPEN3000系統(tǒng)，人機界面復(fù)雜功能強大，但告警查詢的操作步驟多，不便于調(diào)控員進行事故的快速處理，且調(diào)控員工作站屏幕上的報警信息分類指示的效果不夠突出，調(diào)控員不得不長時間近距離盯看屏幕上的告警窗，極易產(chǎn)生疲勞，尤其是在電網(wǎng)出現(xiàn)事故或異常的情況下，這些已嚴(yán)重影響了調(diào)控員對電網(wǎng)運行狀況的監(jiān)控效果。雖然市面聲光報警器已有很多產(chǎn)品，有些是可由電腦信號驅(qū)動的智能型報警器，如克萊特，但由于采用強光閃和高警笛音而不適合在調(diào)控中心中使用，因此研發(fā)外置式實時報警分類指示器的工具具有一定的實用價值。文獻［1］通過應(yīng)用分級分類的方法實現(xiàn)500 kV變電站報警信息和事故處理流程的優(yōu)化;文獻 ［2］通過應(yīng)用狀態(tài)在線報警技術(shù)實現(xiàn)了調(diào)度自動化設(shè)備的有效監(jiān)測;文獻 ［3］在發(fā)電廠辦公自動化信息網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用了藍牙技術(shù)。但這些文獻均沒有涉及調(diào)控中心利用藍牙通信技術(shù)實現(xiàn)音響報警的隔離和采用多組彩色LED實現(xiàn)報警分類指示的方法。

1 技術(shù)性能需求分析

調(diào)控中心調(diào)控員工作臺上的空間有限，又需要放置多個顯示器、打印機等設(shè)備，同時還需要填寫操作票、紙質(zhì)記錄等，因此必須留出較大的桌面空間，而不易于放置過多的設(shè)備和線纜。另一方面調(diào)控員也不能長時間坐在座位上，需要定期站起活動，同時還不能失去對電網(wǎng)監(jiān)盤責(zé)任區(qū)內(nèi)異常信號的即時發(fā)現(xiàn)和處理。因此本項目需要研發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)該滿足:不占用桌面空間;在桌面上不增加線纜;能夠通過多組彩色LED燈進行報警信息的分類顯示功能且亮度適宜被長時間監(jiān)視。針對各責(zé)任區(qū)報警音響互相影響的問題可以通過藍牙音響適配器和藍牙耳機進行解決，當(dāng)藍牙耳機沒電時可以將藍牙音響適配器拔下恢復(fù)音箱報警輸出來保證電網(wǎng)監(jiān)控的音響報警不間斷。

2 裝置研發(fā)

2.1 總體實施方案

研發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)實時報警庫偵聽與分類警告輸出程序和多組USB串口雙閃LED指示燈裝置，裝置由USB供電，不需要外置電源。監(jiān)控系統(tǒng)實時報警庫偵聽與分類告警輸出程序根據(jù)告警信號的重要等級驅(qū)動不同顏色的多對LED燈閃爍，閃爍頻率可調(diào)，如1對紅色LED燈對應(yīng)事故告警、1對橙色LED燈對應(yīng)重要告警、1對綠色LED燈對應(yīng)一般告警。串口雙閃LED指示燈裝置可貼于調(diào)控員工作站顯示器上邊緣的醒目位置，在50 m范圍內(nèi)能夠被明顯看到，LED采用小功率貼片封裝，通過選配限流電阻調(diào)節(jié)合適亮度滿足長時間被監(jiān)視(類似閃存上的指示燈)。藍牙音響適配器和藍牙耳機采用市場上出售的產(chǎn)品即可。

2.2 串口雙閃LED指示燈裝置的研發(fā)

2.2.1 電路原理圖設(shè)計

USB是通用串行總線 (Universal Serial Bus)的英文縮寫，它支持即插即用和熱插拔功能，通信速率較高并能向外設(shè)提供+5 V的直流電源，幾乎成為各類智能電子設(shè)備和計算機的必備接口［4－5］。本裝置的USB轉(zhuǎn)串口芯片采用FT232RL，設(shè)計中將串口數(shù)據(jù)發(fā)送 (TXD)1腳與數(shù)據(jù)接收 (RXD)2腳直接相連，這樣當(dāng)接收到監(jiān)控系統(tǒng)實時報警庫偵聽與分類告警輸出程序傳來的數(shù)據(jù)時，連接于發(fā)送監(jiān)視CBUS0(23腳)、接收監(jiān)視CBUS1(22腳)的2個LED燈 (D1和D2)將被點亮，D1和D2配置為相同顏色。FT232RL芯片及LED燈均通過USB供電，連接到調(diào)控員工作站后將被自動識別為串口設(shè)備，調(diào)控員工作站需要安裝Z－TEKFT232R USB UART驅(qū)動 (網(wǎng)上可免費下載)，通過“設(shè)備管理”可查看和修改串口的端口號 (見圖1)。

圖中R1、R2為LED燈的限流電阻，電阻R3、電容C1、C2、C3、C4組成了電源及數(shù)字信號傳輸?shù)臑V波電路。

2.2.2 裝置的制作

根據(jù)原理圖進行PCB制板和電子元器件焊接，得到裝置的實物如圖2所示。本裝置已獲得國家實用新型專利“USB串口LED雙閃報警器”，專利號為201220487486.2。

該裝置將由在調(diào)控員工作站上運行的實時報警庫偵聽與分類告警輸出程序驅(qū)動。

2.3 實時報警庫偵聽與分類告警輸出程序的開發(fā)

2.3.1 與調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫接口方案

目前大多數(shù)調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)實時報警記錄均存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的報警記錄的刷新速度要比實時告警窗的慢，正常情況下經(jīng)實測最大延遲時間不會超過0.5 s，實測方法采取程序100 ms周期掃描查詢 (優(yōu)化的SQL查詢語句)報警數(shù)據(jù)庫的方法，該數(shù)據(jù)庫具有435萬條報警記錄。該延遲時間能夠滿足調(diào)控員電網(wǎng)監(jiān)控要求，因此該方案是可行的，并且具有非常優(yōu)異的靈活性。

2.3.2 查詢優(yōu)化方法

對于具有數(shù)百萬條報警記錄的關(guān)系數(shù)據(jù)庫執(zhí)行select查詢語句，其分類檢索條件的優(yōu)化非常重要，必需先對具有索引的字段進行過濾，將記錄數(shù)迅速縮小到數(shù)百甚至幾十條的規(guī)模，該字段通常是報警時間。查詢字段可取報警信號的名稱，因此分類報警可通過對報警信號名稱的匹配檢索來實現(xiàn)，在where條件中從左到右以先“或”擴大過濾，再“與”縮小過濾的方式進行。

2.3.3 查詢時間的合理安排

時間同步誤差對查詢效果有較大的影響。為了保證重要報警信號不丟失，通過報警時間進行報警記錄過濾的方法一般采用定時器觸發(fā)方式進行，因此檢索的時間段是基于調(diào)控員工作站的當(dāng)?shù)貢r間，而實時報警記錄時間由調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)的SCADA服務(wù)器生成。如果調(diào)控員工作站的時間與SCADA服務(wù)器時間相差太多，無疑會對USB聲光藍牙分類報警器的重要報警信號及時輸出造成嚴(yán)重影響。為此需要保證SCADA網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的時間同步精度，同時檢索時間段需向前 (過去)和向后(未來)延展，檢索時間段需大于定時器觸發(fā)時間間隔，以確保重要報警信號的不丟失，并延長LED報警燈閃爍的時間。

2.3.4 軟件的開發(fā)

在Windows下采用VB開發(fā)了實時報警信號掃描軟件，調(diào)控員可通過軟件界面修改檢索條件進行報警分類，進而驅(qū)動不同顏色的LED警示燈閃爍，紅色代表事故報警、橙色代表重要報警、綠色代表一般報警，檢索條件的改變可在下一次查詢中立即生效，數(shù)據(jù)庫檢索條件的時間間隔為5 s，以調(diào)控員工作站的當(dāng)前時間 (細化到ms)向前推 (過去)4 s，向后推 (未來)1 s，以覆蓋調(diào)控員工作站與SCADA服務(wù)器間的時間差，并延長重要報警信號的LED閃爍時間。查詢定時器時間整定為2 s。通過在線修改檢索條件的方法可靈活地實現(xiàn)報警信息的分級分類管理，同時可及時檢索出不規(guī)范的信號名稱并及時處理。調(diào)控員的全程參與還取得另外收獲，該裝置的應(yīng)用充分調(diào)動了調(diào)控員的積極性，有助于克服疲勞感。

該軟件優(yōu)點是報警分類檢索靈活;程序獨立，對調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)原有的報警界面起到一定的補充作用;調(diào)控員可全程參與報警信號過濾檢索條件的設(shè)置，引入真正的人工智能;對SCADA系統(tǒng)實時性影響很小，因為使用的資源是歷史服務(wù)器中的關(guān)系數(shù)據(jù)庫 (如Oracle)，并且只是查詢操作。

該方案的缺點是具有一定延時，但能夠滿足人工監(jiān)控的要求;需要制作獨立的軟件，用以輸出重要報警信號的查詢結(jié)果和驅(qū)動USB藍牙報警適配器上的LED指示燈和音響輸出。

圖3 串口雙閃LED指示燈裝置在調(diào)度控制中心現(xiàn)場應(yīng)用

2.4 外置式實時報警分類指示器的整體調(diào)試

外置式實時報警分類指示器的軟件和硬件在大連電力調(diào)度控制中心進行了實際測試，并取得了很好的效果，見圖3。

3 結(jié)束語

外置式實時報警分類指示器為調(diào)控員提供方便的可隨時修改馬上生效的信號檢索、分類操作界面，并根據(jù)信號重要程度等級自動驅(qū)動多組不同顏色的USB串口LED雙閃指示燈，該USB串口LED雙閃指示燈為新研制的裝置，貼放于調(diào)控員桌面顯示器的上邊緣，不占用桌面空間。外置式實時報警分類指示器的應(yīng)用還便于調(diào)控員及時檢出命名不規(guī)范的信號，及時通知自動化維護人員進行消缺，成為調(diào)控中心監(jiān)控信息分級與梳理的有效工具;調(diào)控員全程參與本成果的應(yīng)用充分調(diào)動了積極性，提高主動監(jiān)控電網(wǎng)運行情況的熱情，減輕了疲勞感，已經(jīng)成為大連電力調(diào)度控制中心監(jiān)控系統(tǒng)的有益補充。

［1］李 潔，崔錦瑞.500 kV變電站報警信息和事故處理流程優(yōu)化 ［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33(2):101－103.

［2］秦 杰，馬韜韜，郭創(chuàng)新.調(diào)度自動化設(shè)備狀態(tài)在線報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33(6):95－98.

［3］康 勁，徐 超.藍牙技術(shù)在發(fā)電廠辦公自動化信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27(21):79－81.

［4］Jan Axelson.Usb Complete-Everything You Need To Develop Custom Usb Peripherals(3.edition)Lakeview Research LLC，Madison，WI 53704［M］.

［5］李忠民，王子旭.高寬帶USB2.0接口的設(shè)計 ［J］.信息與電子工程，2004，2(4):306－308.