基于算術表達式的順控前置條件設計與實現

吳小俊，李上，于洋

（南京軌道交通系統(tǒng)工程有限公司，南京 210019）

綜合監(jiān)控系統(tǒng)或電力監(jiān)控系統(tǒng)的順控多采用調度順控模式[1]，是多個遙控命令的組合，調度操作員只需通過界面點擊1個按鈕即可以完成一系列控制的操作，操作過程簡單，自動化程度高，但某些特定情境下也可能會存在一些風險。

順控前置條件是在執(zhí)行順控遙控命令前的一系列邏輯閉鎖或特定狀態(tài)檢測的一種有效手段，實現遙控防誤閉鎖[2]的功能。結合中綴表達式的應用，在執(zhí)行遙控命令前，判斷是否存在閉鎖條件或閉鎖條件是否滿足[3]，可提高順控執(zhí)行的安全性，同時各前置條件的結果會直觀在界面上顯示，操作員能根據顯示結果盡量排查原因，減少人工故障檢測時間。下面針對基于中綴表達式的前置條件設計實現進行介紹。

1 設計與實現

順控是一系列遙控對象的集合，即順控卡片，是電氣操作票的倒閘過程[4]，用戶操作時，程序會按照預先配置的步驟依次進行命令下發(fā)，自動按照規(guī)則完成一系列遙控對象的操作[5]，實現停送電道閘操作。

順控模塊包括順控配置模塊和順控執(zhí)行模塊2個部分。

順控配置模塊主要是按照順控卡片配置前置條件和遙控對象。順控執(zhí)行模塊是根據順控的配置檢測前置條件和執(zhí)行遙控操作命令。2個模塊與系統(tǒng)平臺的配置庫和實時庫數據交互的關系如圖1所示。

圖1 順控與系統(tǒng)平臺數據交互示意圖

1.1 配置設計

順控配置模塊通過讀寫配置數據庫，根據預先定義的順控卡片根據系統(tǒng)平臺的數據點進行綁定和設置。

順控操作的每一步驟在配置數據庫中即1個順控對象。順控對象的配置主要包括順控序號、順控類型、順控對象和順控條件屬性等字段。各主要字段說明如下。

（1）順控序號：順控執(zhí)行步驟序號，由1開始，依次增加。

（2）順控類型：順控對象具有控制類型，控制類型包括條件與控制命令，用于區(qū)別順控對象是前置條件還是遙控操作。

（3）順控對象：對應系統(tǒng)中的遙信點、遙測點或遙控點。其中當順控對象是條件時配置為遙信（DI）或遙測點（AI）；當順控對象是遙控命令時配置遙控點（DO）。

（4）順控對象配置條件屬性，針對順控對象類型，配置的意義不同。

①當順控對象類型是前置條件時，條件屬性為條件算術表達式。

條件算術表達式采用比較運算符，==、!=、＞、＜、＞=、＜=。順控對象是系統(tǒng)中的DI或AI點，通過比較運算符，建立每一個條件的比較結果。示例見表1。

表1 條件對象配置表

第1行表示第1個順控對象為遙信點1011隔離開關，配置為前置條件，當隔離開關1011的值為1時（開關狀態(tài)為分位），此順控序號條件滿足。

第2行表示第2個順控對象為遙信點1012隔離開關，配置為前置條件，當隔離開關1012的值為2時（開關狀態(tài)為合位），此順控序號條件滿足。

第3行和第1、2行配置類同。

采用DI遙信點狀態(tài)作為條件是常見的做法，也可以對AI遙測點建立條件，如101進線電壓＞=34.5 kV等形式，但如果使用35.5 kV＞=101進線電壓＞=34.5 kV這樣條件形式，則需要將條件拆分為2個條件，35.5 kV＞=101進線電壓并且101進線電壓＞=34.5 kV，在后面配置中將2個條件使用邏輯運算&進行合并。

②當順控對象類型為遙控命令時，條件屬性為前置條件表達式。順控對象為遙控點。

前置條件表達式為邏輯表達式，采用中綴表達式形式，使用邏輯運算符，與（&）、或（|）、非（!），操作符優(yōu)先級為?。?＞|[6]，并可以使用括號（），括號具有最高優(yōu)先級，使用括號可以使更好理解與配置表達式邏輯，避免配置與預期結果不一致。每一個運算分量是前置條件對應的順控執(zhí)行順序，計算表達式的邏輯結果[7]。配置示例見表2。

表2 遙控對象前置條件配置表

第四行表示順控對象是遙控命令對象，條件屬性為1&2|3，表示第1個順控對象1011隔離開關實時狀態(tài)==1和第2個前順控對象隔離開關1012狀態(tài)==2或者第3個順控對象隔離開關1013狀態(tài)!=2時，前置條件結果才為真。

1.2 執(zhí)行設計

順控執(zhí)行模塊首先從配置庫中讀取配置的數據，按照順控序號根據獲取的實時值逐一檢測順控對象。檢測過程見表3。

表3 遙控對象前置條件執(zhí)行表

第1個順控對象為遙信點1011隔離開關為前置條件，執(zhí)行模塊通過實時數據庫獲取當前配置遙信點的實時值[8]，當隔離開關1011的實時值為1時（開關分位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第2個順控對象為遙信點1012隔離開關為前置條件，執(zhí)行模塊通過實時數據庫獲取隔離開關1012的值實時為2時（開關合位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第3個順控對象為遙信點1013隔離開關，也為前置條件，執(zhí)行模塊通過實時數據庫獲取隔離開關1013的實時值!=1（不是開關分位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第4個順控對象是遙控命令對象，順控條件為1&2|3，執(zhí)行模塊在執(zhí)行遙控命令前，需要通過表達計算前置條件的邏輯結果，在當第1個順控對象1011隔離開關實時狀態(tài)==1和第2個前順控對象隔離開關1012實時狀態(tài)==2或者第3個順控對象隔離開關1013實時狀態(tài)!=1時，順控對象前置條件結果才為真，可以繼續(xù)執(zhí)行斷路器101遙控命令，否則不能執(zhí)行遙控命令，并給出順控條件不滿足的提示。

順控前置條件采用中綴表達式形式，中綴表達式是一種統(tǒng)一的算術或邏輯公式表示方法，操作符以中綴形式處于操作數的中間，很容易理解與分析，可方便配置人員進行配置。但計算機很難之間計算中綴表達式，通常需要將中綴表達式轉換為前綴表達式[9]或后綴表達式[10-11]，再對前綴或后綴表達式進行求值。

本方案采用中綴表達式轉后綴表達式的方式，使用C++/Qt框架，利用Qt框架的QVector、QList、QStack等容器類實現。

順控前置條件判斷基本流程如圖2所示。

圖2 前置條件判斷流程圖

本方案中關鍵的流程包括以下3個步驟。

（1）使用splitExp（QString& sExp,QList＜QChar＞& listChar）函數將字符串性的表達式轉換成QList＜QChar＞字符串列表，方便后續(xù)轉換使用

（2）使用infixToSuffix（QString& sExp,QVector＜QChar＞& suffixExp）函數將QList＜QChar＞字符串列表的中綴表達式轉換成QVector＜QChar＞后綴表達式

（3）使用calulateSuffix（QString sExp,QMap＜int，bool＞& conditionMap）函數將各順控條件的邏輯結果值代入后綴表達式數組，計算最終前置表達式的結果。

2 應用示例

工程應用中，調試人員根據預先設計的順控卡片配置順控對象，包括順控序號、順控對象、順控類型、順控動作（只針對遙控對象）、順控前置條件和執(zhí)行次數等。配置示例如圖3所示。

圖3 配置示例圖

在進行電氣倒閘操作時，調度操作員在點擊執(zhí)行按鈕后，順控執(zhí)行模塊依次檢測各條件是否滿足，再根據中綴表達式計算最終前置條件結果，如不滿足則不執(zhí)行，并顯示錯誤提示信息，如滿足則正常執(zhí)行下一步遙控操作，下發(fā)遙控命令，執(zhí)行界面效果示例展示如圖4所示。

圖4 執(zhí)行示例圖

3 結論

采用中綴算術表達式作為順控前置條件，工程調試人員可自由配置各類順控執(zhí)行條件，配置方式簡單明了，方便實現不同順控應用場景，同時，使用前置條件方式的順控方案可防止運營調度人員誤操作，執(zhí)行前檢測先決條件，提前告知順控卡片可否執(zhí)行，提高工作效率。適用于城市軌道交通和電氣化鐵路綜合監(jiān)控系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)，并可應用類似邏輯順控判斷如聯(lián)動功能[12]等的工業(yè)控制領域。本設計方案已在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)等多個類似系統(tǒng)中應用和實施，得到了很好的驗證。