基于DL/T860标准的智能辅助控制系统

　　辅助系统是相对于生产主系统而言的,主要包含图像监视系统、安全警卫系统、环境监测系统、火灾报警系统和照明控制系统等。辅助系统牵涉的专业面广泛,技术水平参差不齐,设备供货厂商繁多,各设备间的接口更为复杂。系统大部分都功能独立、相互间联系较少,各系统间无闭环联动控制功能,或需几个分别负责不同辅助系统的运行人员协调后通过手动实现[1]。事件处理效率低,决策方案随机,误操作可能性较高。

　　1 系统总体架构

　　辅助控制系统的设备主要包括站层、子系统管理层(各类数据采集单元、存储单元等)、前置设备层(各类传感器、控制器等)和网络及接口设备等。欲从真正意义上建设规范的、模式相对稳定的智能辅助控制系统,须首先建立一个合理、适用的系统构架,为便于辅助系统随着技术发展具有良好的兼容性和扩展性。

　　1.1 架构搭建的可行性分析

　　辅助系统的各个子系统都有自己的前端采集设备、控制对象以及各自的后台控制器和控制软件,子系统之间存在不同程度逻辑上的工作联系(图1)。当一个子系统被触发后,为了复核或使变电站运行环境恢复到初始的正常状态,需触发另外一个子系统联动工作才能实现。在建立起辅助控制系统总体构架后,可在实现总体功能和各分系统功能的同时达到节约设备配置、优化系统接线的效果。

　　图1 辅助子系统逻辑联系及接口方式示意图

　　图1 辅助子系统逻辑联系及接口方式示意图 下载原图

　　在软硬件技术上,现阶段各子系统管理层处理器多采用微机型设备,设备的硬件通信接口一般均可支持100M或1000M以太网通信,通信速率和数据处理速度均可满足子系统间数据交互的实时性要求。在未来,只要各个辅助子系统管理层处理器采用统一硬件接口(网络接口)和通信协议(DL/T860)相互交换信息,则智能辅助控制系统建立统一构架从技术层面可行。

　　1.2 DL/T860标准

　　DL/T860标准是系统的、起点较高的电力行业国际通信标准,与传统通信协议体系相比在技术层面上具有较大优势:综合使用ACSI(抽象通信服务接口)和SCSM(特殊通信服务映射)两种服务层次,服务与通信网络独立;规范了系统和IED自动化配置的SCL(变电站描述配置语言)模型,可为变电站自动化系统提供标准的设备接口和系统接口;使用了MMS(制造报文规范)技术;信息分层,结构体系开放。此外,考虑到子系统管理层一般均采用具有微处理芯片的设备,逻辑运算能力和数据处理能力等能够满足DL/T860标准所要求的最低硬件配置标准,因此设备对DL/T860标准的支持不涉及过多的成本增加和资源消耗,具有经济和技术上的可行性。

　　图2 基于DL/T860标准的智能辅助控制系统总体构架图

　　图2 基于DL/T860标准的智能辅助控制系统总体构架图 下载原图

　　1.3 构架模型

　　基于DL/T860标准的智能辅助控制系统满足了系统一体化、构架层次化、配置规范化的要求,同时,对于子系统间和子系统与其它系统间的通信协议要求采用DL/T860标准。一方面,子系统管理层与站层设备间的通信机制采用MMS机制,可支持复杂的数据类型和数据结构,确保数据的全面性和完整性;另一方面,子系统管理层间的通信为联动控制,采用GOOSE(面向通用对象的变电站事件)机制,使子系统管理层间的联动不再依赖于站层系统服务器,可直接在交换机上实现,大幅降低系统服务器的逻辑运算负荷。与传统的辅助控制系统相比,该系统提高了可靠性和实时性。此外,该方案支持工厂离线联合调试,且统一采用DL/T860协议,调试难度更小,同时更有助于后期的扩建工程。

　　1.4 系统功能

　　在搭建架构模型的基础上,智能辅助控制系统应实现以下总体基本功能[2,3,4,5]:以网络通信为主要手段,完成站端音视频、环境数据、火灾报警信息、门禁以及防盗报警等数据的采集和监控,并远传到站内监控中心或集控中心;实现所有子系统在辅助系统监控平台主界面上的一体化显示和控制;各子系统设备能够脱网运行,在后台服务器故障的情况下各设备依然能够正常工作;支持和站内监控系统进行联动,包括现场设备操作联动视频、控制保护系统告警联动二次设备室视频等;系统所有操作及报警确认均应保留详细的日志并生成报表。

　　此外,智能辅助控制系统还具有以下的高级功能:三维场景信息展示;站区人(物)行为跟踪及分析;警戒区域闯入报警;车牌识别;三维交互及智能巡视;联动预案部署功能;生产主设备运行状态智能诊断;基于大数据的状态检修预测。

　　2 系统实施方案

　　系统功能的实现一方面与各子系统设备配置及其硬件功能有关,另一方面与后台系统的软件逻辑设计相关,本章从硬件配置和软件系统设计两个方面对智能辅助控制系统的功能实现方法进行介绍,并给出相应的设计方案。

　　2.1 硬件配置

　　智能辅助控制系统的硬件主要包括站层、子系统管理层和前置设备层设备、接口设备和综合电源等,其中站层设备主要包括系统服务器、大屏幕显示阵列、I/O设备等,子系统管理层设备主要包括视频监控系统的硬盘录像机、动力与环境监测子系统的环境数据处理单元、火灾自动报警系统的火灾报警联动控制器、规约转换器(按需)及接收部分无线传感器的无线数据采集集中器(按需)等;前置设备层主要包括各类摄像机、环境传感器、电子围栏、门禁及一些终端控制器等;接口设备主要包括网络交换机、光电转换器等设备。

　　2.2 软件设计

　　辅助控制系统应实现数据采集、数据分析、工作流引擎、设备控制和系统接口等功能。变电站站智能辅助控制系统的对外系统接口主要包括与主站PMS(工程生产管理系统)的接口、与站内的变电站监控系统接口以及基于远动系统、EMS(能量管理系统)等的接口,从而实现信息反馈、命令接收、联动信息输入及数据共享等功能。辅助控制系统内部有一套完整的软件流程,实现信息采集、信息处理、信息存储及联动控制功能,在无外界干预的状态下可实现闭环控制,也可根据用户和主站端的需求发起基于外部输入的动作程序,运作方式智能、可视、规范。

　　2.3 平台设计方案

　　对应于图2的基于DL/T860标准的构架模型,其相应的平台设计方案如图4所示。该平台采用大容量构架设计,全面采用组件技术、基于CIM(公共信息模型)的数据库设计、基于CIS(组件接口规范)的接口设计、基于SVG(可缩放矢量图形)的图形导入/导出,实现图、模、数一体化处理和共享。同时,当站层系统服务器故障时,子系统管理层之间的信息交互依然可以正常进行,只是应用层服务受到影响。

　　此外该平台还具备以下特点:应用层采用统一的人机界面,具有开放性,便于后续子系统加入;采用基于CORBA(通用对象请求代理体系结构)的发布/订阅机制;采用并行处理技术、实时数据库技术,满足多子系统实时、同步联动控制需求;采用标准化的数据库结构和数据访问接口;可实现开放协议的其它标准模型向DL/T860标准模型的转换,实现系统自动建模功能。

　　图3 智能辅助控制系统软件方案

　　图3 智能辅助控制系统软件方案 下载原图

　　图4 辅助控制系统站控层软件设计示意图

　　图4 辅助控制系统站控层软件设计示意图 下载原图

　　2.4 系统接口

　　智能辅助控制系统的接口主要包括两个层面的内容,一个是智能辅助控制系统内部及对外通信时采用的物理通信接口类型,另一个是智能辅助控制系统内部及对外通信时采用的通信方式和协议。根据变电站智能辅助控制系统的接口界面,与其相关的接口如下:

　　智能辅助控制系统站端管理系统和运维/集控中心的接口。站端管理系统经综合数据网(或站LAN网延伸)实现与运维/集控中心主站的通信,通信的物理接口采用RJ45型网络接口。智能辅助控制系统与主站接口衔接:换流站侧(辅助控制系统站端服务器-交换机-接入设备)-传输网络-运维控制中心侧(接入设备-交换机-运维/集控中心主站服务器)。调度控制中心与各变电站的通信主要包括2个方面:上行信息主要为各变电站辅助控制系统的对于站区信息的处理结果(包括重要历史数据),以及调度中心需要调用的实时信息;下行信息主要包括对于辅助系统的控制指令,包括对于站区异常状态的处理预案以及检修、设备操作时的实时监控、指令下发信息等。

　　智能辅助控制系统和变电站监控系统的接口。物理接口主要有硬接线、串行接口(全双工接口,如RS422)和网络接口,功能接口包括了与SCADA系统的联动,以及基于信息共享和融合的多媒体监控平台。

　　各子系统数据处理单元与站端管理系统的接口。主要通过RJ45型网络接口或ST(LC、SC、FC)型光纤接口实现与站端管理系统的物理连接。

　　各子系统数据处理单元之间的接口。主要通过网络交换机实现信息互通和联动,交换机既可仅作信息传输的中间节点,也可作信息直接交互的平台。

　　各子系统数据处理单元与其前端设备的接口。视频监控的前端设备主要包括各类摄像机,数据处理单元的核心是硬盘录像机,二者通过网络交换机连接。其他子系统的内部接口如表1所示。

　　表1 其它子系统内部接口明细表 导出到EXCEL

　　信号类型 线缆/接口类型 对应设备种类 所属子系统名称

　　4～20mA模拟量 电缆/硬接线 温湿度传感器 环境监测子系统

　　风速传感器

　　接点信号 电缆/硬接线 水浸传感器

　　电子围栏主机 安全警卫子系统

　　红外双鉴

　　通信协议(网络)信号 网线/RJ45或双绞线/RS485 门禁控制器 门禁子系统

　　通信协议(RS485)信号 双绞线/RS485 智能灯光控制器 智能子系统

　　智能空调控制器

　　火灾报警主机 火灾自动报警系统

　　SF6/O2监控主机 环境监测子系统

　　接点控制信号 电缆/硬接线 水泵、风机 智能子系统

　　3 结语

　　本文根据对目前国内辅助系统的诸多问题分析,提出了基于DL/T860标准的智能辅助控制系统,并介绍了这一系统的构架设计、功能及实施方案等。随着国内电网运营水平的逐步提高,辅助系统的作用也越来越得到重视,辅助控制系统智能化的目的并不是取代现存的各个子系统,而是集成各个子系统的信息,实现视频监视、智能视频分析、信息采集汇总、远程控制、智能联动等“高级应用”功能,使辅助系统的信息更加完整有序,辅助功能更加完善,生产运行更加安全。