基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的智能輔助控制系統(tǒng)

中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司 陳皓淳 魏 來 朱曉航

輔助系統(tǒng)是相對于生產(chǎn)主系統(tǒng)而言的，主要包含圖像監(jiān)視系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)等。輔助系統(tǒng)牽涉的專業(yè)面廣泛，技術(shù)水平參差不齊，設(shè)備供貨廠商繁多，各設(shè)備間的接口更為復(fù)雜。系統(tǒng)大部分都功能獨(dú)立、相互間聯(lián)系較少，各系統(tǒng)間無閉環(huán)聯(lián)動控制功能，或需幾個分別負(fù)責(zé)不同輔助系統(tǒng)的運(yùn)行人員協(xié)調(diào)后通過手動實(shí)現(xiàn)[1]。事件處理效率低，決策方案隨機(jī)，誤操作可能性較高。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

輔助控制系統(tǒng)的設(shè)備主要包括站層、子系統(tǒng)管理層（各類數(shù)據(jù)采集單元、存儲單元等）、前置設(shè)備層（各類傳感器、控制器等）和網(wǎng)絡(luò)及接口設(shè)備等。欲從真正意義上建設(shè)規(guī)范的、模式相對穩(wěn)定的智能輔助控制系統(tǒng)，須首先建立一個合理、適用的系統(tǒng)構(gòu)架，為便于輔助系統(tǒng)隨著技術(shù)發(fā)展具有良好的兼容性和擴(kuò)展性。

1.1 架構(gòu)搭建的可行性分析

輔助系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)都有自己的前端采集設(shè)備、控制對象以及各自的后臺控制器和控制軟件，子系統(tǒng)之間存在不同程度邏輯上的工作聯(lián)系（圖1）。當(dāng)一個子系統(tǒng)被觸發(fā)后，為了復(fù)核或使變電站運(yùn)行環(huán)境恢復(fù)到初始的正常狀態(tài)，需觸發(fā)另外一個子系統(tǒng)聯(lián)動工作才能實(shí)現(xiàn)。在建立起輔助控制系統(tǒng)總體構(gòu)架后，可在實(shí)現(xiàn)總體功能和各分系統(tǒng)功能的同時達(dá)到節(jié)約設(shè)備配置、優(yōu)化系統(tǒng)接線的效果。

圖1 輔助子系統(tǒng)邏輯聯(lián)系及接口方式示意圖

在軟硬件技術(shù)上，現(xiàn)階段各子系統(tǒng)管理層處理器多采用微機(jī)型設(shè)備，設(shè)備的硬件通信接口一般均可支持100M 或1000M 以太網(wǎng)通信，通信速率和數(shù)據(jù)處理速度均可滿足子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的實(shí)時性要求。在未來，只要各個輔助子系統(tǒng)管理層處理器采用統(tǒng)一硬件接口（網(wǎng)絡(luò)接口）和通信協(xié)議（DL/T860）相互交換信息，則智能輔助控制系統(tǒng)建立統(tǒng)一構(gòu)架從技術(shù)層面可行。

1.2 DL/T860標(biāo)準(zhǔn)

DL/T860標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)的、起點(diǎn)較高的電力行業(yè)國際通信標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)通信協(xié)議體系相比在技術(shù)層面上具有較大優(yōu)勢：綜合使用ACSI（抽象通信服務(wù)接口）和SCSM（特殊通信服務(wù)映射）兩種服務(wù)層次，服務(wù)與通信網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立；規(guī)范了系統(tǒng)和IED 自動化配置的SCL（變電站描述配置語言）模型，可為變電站自動化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口和系統(tǒng)接口；使用了MMS（制造報文規(guī)范）技術(shù)；信息分層，結(jié)構(gòu)體系開放。此外，考慮到子系統(tǒng)管理層一般均采用具有微處理芯片的設(shè)備，邏輯運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力等能夠滿足DL/T860標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低硬件配置標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)備對DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的支持不涉及過多的成本增加和資源消耗，具有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的可行性。

1.3 構(gòu)架模型

基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的智能輔助控制系統(tǒng)滿足了系統(tǒng)一體化、構(gòu)架層次化、配置規(guī)范化的要求，同時，對于子系統(tǒng)間和子系統(tǒng)與其它系統(tǒng)間的通信協(xié)議要求采用DL/T860標(biāo)準(zhǔn)。一方面，子系統(tǒng)管理層與站層設(shè)備間的通信機(jī)制采用MMS 機(jī)制，可支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)的全面性和完整性；另一方面，子系統(tǒng)管理層間的通信為聯(lián)動控制，采用GOOSE（面向通用對象的變電站事件）機(jī)制，使子系統(tǒng)管理層間的聯(lián)動不再依賴于站層系統(tǒng)服務(wù)器，可直接在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)，大幅降低系統(tǒng)服務(wù)器的邏輯運(yùn)算負(fù)荷。與傳統(tǒng)的輔助控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)提高了可靠性和實(shí)時性。此外，該方案支持工廠離線聯(lián)合調(diào)試，且統(tǒng)一采用DL/T860協(xié)議，調(diào)試難度更小，同時更有助于后期的擴(kuò)建工程。

圖2 基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的智能輔助控制系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

1.4 系統(tǒng)功能

在搭建架構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，智能輔助控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下總體基本功能[2-5]：以網(wǎng)絡(luò)通信為主要手段，完成站端音視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)、火災(zāi)報警信息、門禁以及防盜報警等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，并遠(yuǎn)傳到站內(nèi)監(jiān)控中心或集控中心；實(shí)現(xiàn)所有子系統(tǒng)在輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺主界面上的一體化顯示和控制；各子系統(tǒng)設(shè)備能夠脫網(wǎng)運(yùn)行，在后臺服務(wù)器故障的情況下各設(shè)備依然能夠正常工作；支持和站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，包括現(xiàn)場設(shè)備操作聯(lián)動視頻、控制保護(hù)系統(tǒng)告警聯(lián)動二次設(shè)備室視頻等；系統(tǒng)所有操作及報警確認(rèn)均應(yīng)保留詳細(xì)的日志并生成報表。

此外，智能輔助控制系統(tǒng)還具有以下的高級功能：三維場景信息展示；站區(qū)人（物）行為跟蹤及分析；警戒區(qū)域闖入報警；車牌識別；三維交互及智能巡視；聯(lián)動預(yù)案部署功能；生產(chǎn)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能診斷；基于大數(shù)據(jù)的狀態(tài)檢修預(yù)測。

2 系統(tǒng)實(shí)施方案

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)一方面與各子系統(tǒng)設(shè)備配置及其硬件功能有關(guān)，另一方面與后臺系統(tǒng)的軟件邏輯設(shè)計(jì)相關(guān)，本章從硬件配置和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個方面對智能輔助控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

2.1 硬件配置

智能輔助控制系統(tǒng)的硬件主要包括站層、子系統(tǒng)管理層和前置設(shè)備層設(shè)備、接口設(shè)備和綜合電源等，其中站層設(shè)備主要包括系統(tǒng)服務(wù)器、大屏幕顯示陣列、I/O 設(shè)備等，子系統(tǒng)管理層設(shè)備主要包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬盤錄像機(jī)、動力與環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的火災(zāi)報警聯(lián)動控制器、規(guī)約轉(zhuǎn)換器（按需）及接收部分無線傳感器的無線數(shù)據(jù)采集集中器（按需）等；前置設(shè)備層主要包括各類攝像機(jī)、環(huán)境傳感器、電子圍欄、門禁及一些終端控制器等；接口設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

輔助控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、工作流引擎、設(shè)備控制和系統(tǒng)接口等功能。變電站站智能輔助控制系統(tǒng)的對外系統(tǒng)接口主要包括與主站PMS（工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)）的接口、與站內(nèi)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)接口以及基于遠(yuǎn)動系統(tǒng)、EMS（能量管理系統(tǒng)）等的接口，從而實(shí)現(xiàn)信息反饋、命令接收、聯(lián)動信息輸入及數(shù)據(jù)共享等功能。輔助控制系統(tǒng)內(nèi)部有一套完整的軟件流程，實(shí)現(xiàn)信息采集、信息處理、信息存儲及聯(lián)動控制功能，在無外界干預(yù)的狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，也可根據(jù)用戶和主站端的需求發(fā)起基于外部輸入的動作程序，運(yùn)作方式智能、可視、規(guī)范。

2.3 平臺設(shè)計(jì)方案

對應(yīng)于圖2的基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)架模型，其相應(yīng)的平臺設(shè)計(jì)方案如圖4所示。該平臺采用大容量構(gòu)架設(shè)計(jì)，全面采用組件技術(shù)、基于CIM（公共信息模型）的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、基于CIS（組件接口規(guī)范）的接口設(shè)計(jì)、基于SVG（可縮放矢量圖形）的圖形導(dǎo)入/導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)圖、模、數(shù)一體化處理和共享。同時，當(dāng)站層系統(tǒng)服務(wù)器故障時，子系統(tǒng)管理層之間的信息交互依然可以正常進(jìn)行，只是應(yīng)用層服務(wù)受到影響。

圖3 智能輔助控制系統(tǒng)軟件方案

圖4 輔助控制系統(tǒng)站控層軟件設(shè)計(jì)示意圖

此外該平臺還具備以下特點(diǎn)：應(yīng)用層采用統(tǒng)一的人機(jī)界面，具有開放性，便于后續(xù)子系統(tǒng)加入；采用基于CORBA(通用對象請求代理體系結(jié)構(gòu))的發(fā)布/訂閱機(jī)制；采用并行處理技術(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，滿足多子系統(tǒng)實(shí)時、同步聯(lián)動控制需求；采用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)訪問接口；可實(shí)現(xiàn)開放協(xié)議的其它標(biāo)準(zhǔn)模型向DL/T860標(biāo)準(zhǔn)模型的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動建模功能。

2.4 系統(tǒng)接口

智能輔助控制系統(tǒng)的接口主要包括兩個層面的內(nèi)容，一個是智能輔助控制系統(tǒng)內(nèi)部及對外通信時采用的物理通信接口類型，另一個是智能輔助控制系統(tǒng)內(nèi)部及對外通信時采用的通信方式和協(xié)議。根據(jù)變電站智能輔助控制系統(tǒng)的接口界面，與其相關(guān)的接口如下：

智能輔助控制系統(tǒng)站端管理系統(tǒng)和運(yùn)維/集控中心的接口。站端管理系統(tǒng)經(jīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)(或站LAN 網(wǎng)延伸)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)維/集控中心主站的通信，通信的物理接口采用RJ45型網(wǎng)絡(luò)接口。智能輔助控制系統(tǒng)與主站接口銜接：換流站側(cè)（輔助控制系統(tǒng)站端服務(wù)器-交換機(jī)-接入設(shè)備）-傳輸網(wǎng)絡(luò)-運(yùn)維控制中心側(cè)（接入設(shè)備-交換機(jī)-運(yùn)維/集控中心主站服務(wù)器）。調(diào)度控制中心與各變電站的通信主要包括2個方面：上行信息主要為各變電站輔助控制系統(tǒng)的對于站區(qū)信息的處理結(jié)果（包括重要?dú)v史數(shù)據(jù)），以及調(diào)度中心需要調(diào)用的實(shí)時信息；下行信息主要包括對于輔助系統(tǒng)的控制指令，包括對于站區(qū)異常狀態(tài)的處理預(yù)案以及檢修、設(shè)備操作時的實(shí)時監(jiān)控、指令下發(fā)信息等。

智能輔助控制系統(tǒng)和變電站監(jiān)控系統(tǒng)的接口。物理接口主要有硬接線、串行接口（全雙工接口，如RS422）和網(wǎng)絡(luò)接口，功能接口包括了與SCADA 系統(tǒng)的聯(lián)動，以及基于信息共享和融合的多媒體監(jiān)控平臺。

各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元與站端管理系統(tǒng)的接口。主要通過RJ45型網(wǎng)絡(luò)接口或ST（LC、SC、FC）型光纖接口實(shí)現(xiàn)與站端管理系統(tǒng)的物理連接。

各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元之間的接口。主要通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)信息互通和聯(lián)動，交換機(jī)既可僅作信息傳輸?shù)闹虚g節(jié)點(diǎn)，也可作信息直接交互的平臺。

各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元與其前端設(shè)備的接口。視頻監(jiān)控的前端設(shè)備主要包括各類攝像機(jī)，數(shù)據(jù)處理單元的核心是硬盤錄像機(jī)，二者通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。其他子系統(tǒng)的內(nèi)部接口如表1所示。

表1 其它子系統(tǒng)內(nèi)部接口明細(xì)表

3 結(jié)語

本文根據(jù)對目前國內(nèi)輔助系統(tǒng)的諸多問題分析，提出了基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的智能輔助控制系統(tǒng)，并介紹了這一系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)、功能及實(shí)施方案等。隨著國內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)營水平的逐步提高，輔助系統(tǒng)的作用也越來越得到重視，輔助控制系統(tǒng)智能化的目的并不是取代現(xiàn)存的各個子系統(tǒng)，而是集成各個子系統(tǒng)的信息，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視、智能視頻分析、信息采集匯總、遠(yuǎn)程控制、智能聯(lián)動等“高級應(yīng)用”功能，使輔助系統(tǒng)的信息更加完整有序，輔助功能更加完善，生產(chǎn)運(yùn)行更加安全。