電力自動化裝置的通用組態(tài)技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)

王佳佳 陶曉麗 王彥灃

【摘 要】受社會發(fā)展影響，我國在電力生產(chǎn)方面已經(jīng)獲得非常顯著的成就，生產(chǎn)規(guī)模、電網(wǎng)規(guī)模也不斷加大，這就相應(yīng)的提高了電力生產(chǎn)、監(jiān)控系統(tǒng)方面的要求，使得當(dāng)前以計算機為載體的電力自動化成為電力行業(yè)最為主要的發(fā)展趨勢。文章以推動電力行業(yè)發(fā)展為前提，針對電力自動化裝置的通用組態(tài)技術(shù)，對電力自動化系統(tǒng)以及設(shè)計、實現(xiàn)展開分析，以期能夠加快實現(xiàn)電子自動化。

【關(guān)鍵詞】電力自動化裝置；通用組態(tài)技術(shù)；集成電路；微型計算機

中圖分類號： TM76 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0059-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.026

現(xiàn)如今，社會對于電力自動化提出了越來越高的要求，電力行業(yè)也開始出現(xiàn)越來越多的電力控制設(shè)備以及遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，以往所使用的電力控制軟件不能再滿足用戶多樣化需求?；谠摫尘跋拢娏ψ詣踊ㄓ媒M態(tài)技術(shù)的出現(xiàn)，為用戶提供了諸多方便。組態(tài)技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助用戶結(jié)合控制對象與目的，針對其中一個組態(tài)進行電力自動化控制[1]。其中組態(tài)即模塊化隨意組合的行為。組態(tài)技術(shù)本身具有可擴充性、延續(xù)性、通用性等諸多特點，用戶結(jié)合實際情況利用通用組態(tài)軟件，便可以有效踐行電力自動化控制工作。

1 電力自動化系統(tǒng)

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，電力自動化生產(chǎn)、監(jiān)控將會成為今后該領(lǐng)域的主要趨勢，自動化監(jiān)控需要計算機作為載體，進行電網(wǎng)故障的檢測、分析等一系列操作，加強配電調(diào)度可行性。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用電力自動化技術(shù)，包括下面幾個環(huán)節(jié)，即發(fā)電、輸電、配電、變電、用電，利用自動控制以及信息傳輸?shù)确绞綄崿F(xiàn)協(xié)調(diào)、監(jiān)控。電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)中包括集成電路、微型計算機，以往操作過程中主要是應(yīng)用測量儀表和中央信號處理系統(tǒng)等，且繼電器保護裝置無法和外界有效溝通，這一問題便可以通過自動化加以解決，新電力自動化控制系統(tǒng)有開放性、經(jīng)濟性的特點，開發(fā)周期短，系統(tǒng)主要有控制層、監(jiān)控層、管理層，針對現(xiàn)場進行實時監(jiān)測，提高電力管理水平。

2 電力自動化通用組態(tài)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電力自動化裝置的通用組態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心為主監(jiān)控程序，能夠支持圖形顯示。SCADA功能、歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的查詢、遠(yuǎn)程控制以及報表打印等[2]。即使使用的軟件和功能相同，但是操作系統(tǒng)存在差異，這樣便會導(dǎo)致其實現(xiàn)方式不同，這一點在軟件設(shè)計中屬于重難點。是面上的組態(tài)軟件類庫主要以visualC++、MFC為主，無法在Linux、UNIX這兩個操作平臺中充分發(fā)揮出優(yōu)勢，WINDOWS系統(tǒng)也無法有效應(yīng)用UNIX平臺研發(fā)的程序，針對該問題展開分析，建議應(yīng)用 Qt開發(fā)，Qt為c++ 圖形用戶界面庫，電腦系統(tǒng)帶有極強的廣泛性，其優(yōu)勢體現(xiàn)為以下幾點：（1）跨平臺，能夠同時適用于多個操作系統(tǒng)，在一個平臺已經(jīng)完成代碼編譯之后，可以將其放在其他的平臺。（2）有非常好的封裝性和適用性，模塊化程度較高[3]。（3）覆蓋數(shù)百個C++，提供以模塊為基礎(chǔ)的time、directory、management等。（4）支持2D、3D 圖形渲染、OpenGL等功能。

2.2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)框架有利于保證其運行效率，軟件結(jié)構(gòu)體系中主要有平臺、應(yīng)用這兩個部分，平臺部分負(fù)責(zé)提供組態(tài)軟件支撐功能，進行項目配置、平臺界面顯示處理與操作權(quán)限管理等操作，應(yīng)用部分集合了所有的功能組態(tài)插件，插件與應(yīng)用功能互相對應(yīng)。通過插件注冊、注銷系統(tǒng)平臺，能夠有效實現(xiàn)組態(tài)應(yīng)用功能。功能部分所應(yīng)用的插件如IEC61850專用組態(tài)插件以及工程化專用組態(tài)插件，白動化控制系統(tǒng)中囊括的硬件裝置、調(diào)試系統(tǒng)組態(tài)軟件具備的信息通訊功能，可以深入組態(tài)軟件系統(tǒng)平臺，進行自動化裝置調(diào)度操作，以此可以有效診斷、配置各個類型的參數(shù)。

2.3 功能設(shè)計

通用組態(tài)軟件系統(tǒng)功能主要包括以下幾點：①數(shù)據(jù)管理功能。管理模型與應(yīng)用實例，利用數(shù)據(jù)管理接口的提供編輯配置文件；②主體應(yīng)用框架功能。保證操作界面風(fēng)格的一致性，實時診斷與監(jiān)督系統(tǒng)；③插件管理技術(shù)。通過注冊/注銷方式的設(shè)置，任意增加或刪減應(yīng)用功能[4]；④表格管理技術(shù)，針對大量數(shù)據(jù)進行處理，保證裝置參數(shù)配置速度與質(zhì)量；⑤模型管理工具。配置模型，保證模板、數(shù)據(jù)屬性等管理的效率，提高擴展性；⑥ 插件接口。增設(shè)插件接口，確保系統(tǒng)擴展性。

利用組態(tài)軟件，電力監(jiān)控裝置研發(fā)工作人員應(yīng)用通用數(shù)據(jù)模型構(gòu)建器，如此便可以在裝置試機運行獲取相應(yīng)的模型，按照組態(tài)數(shù)據(jù)模型定義，一次生成裝置運行實例。組態(tài)數(shù)據(jù)模型建立時，設(shè)計操作界面，其中包含顯示形式、語言本地化處理、操作權(quán)限管理等幾個方面。針對不同的部分進行設(shè)計，可以有效在通用界面創(chuàng)建各種類型模型數(shù)據(jù)，進而得到各個裝置統(tǒng)一組態(tài)。

第一，通用數(shù)據(jù)模型構(gòu)建器。通用數(shù)據(jù)模型構(gòu)建器即帶有獨立性質(zhì)的程序，開發(fā)人員通過構(gòu)建器針對組態(tài)數(shù)據(jù)對象模型進行自定義設(shè)置，具體如不同種類的字典常量、模型整體結(jié)構(gòu)、各種屬性的組態(tài)形式。開發(fā)人員本身要具有快捷性，保證最終設(shè)計的構(gòu)建器可以通過組態(tài)對 象將其進行轉(zhuǎn)換，并且成為C++頭文件代碼，使產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)模型更加可靠。

第二，以1EC61850模型為基礎(chǔ)的組態(tài)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)模型展開定義，通過自動導(dǎo)入這一形式在系統(tǒng)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)模型，隨后生產(chǎn)系統(tǒng)裝置和后臺便可以找到符合標(biāo)準(zhǔn)的配置文件，生成文件的同時并將其導(dǎo)出，加以管理，其功能如下：①開啟SCL文件；②導(dǎo)入SCL文件，以現(xiàn)有工作為前提，導(dǎo)入新SCL文件在其中；③導(dǎo)入SCL文件；④導(dǎo)出裝置運行期間所有配置數(shù)據(jù)文件[5]；⑤將數(shù)據(jù)模型分析文件進行儲存。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計成效的衡量，最為關(guān)鍵的便是效益，若沒有體現(xiàn)效益，那么將會對數(shù)據(jù)庫內(nèi)部組件軟件的性能造成影響，尤其是穩(wěn)定性和擴展性。通過分析我國電力自動化系統(tǒng)狀況，了解到電力系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫功能需要滿足如下要求，有效實現(xiàn)插入式兼容，為電力系統(tǒng)模型賦予通用性、包容性的特點。儲存復(fù)雜實體對象，并對其進行高效處理，若因為對象內(nèi)部結(jié)果復(fù)雜而無法對常規(guī)關(guān)系結(jié)構(gòu)進行處理，那么數(shù)據(jù)庫管理工作則會面對電力系統(tǒng)安全性方面的問題，務(wù)必要使用連續(xù)性且保證安全的手段，能夠隨時處理不同復(fù)雜的數(shù)據(jù)。

2.5 系統(tǒng)實現(xiàn)

電力自動化裝置的通用組態(tài)技術(shù)設(shè)計結(jié)束后，必須要深入研究所有系統(tǒng)模塊，詳細(xì)劃分程序，所有人員之間分工協(xié)作，針對圖形界面工具以及查詢工具的開發(fā)、數(shù)據(jù)庫的搭建等進行操作，最終，其中一名設(shè)計人員銜接所有模塊，將其編寫到公共數(shù)據(jù)庫中，以電力自動化系統(tǒng)裝置當(dāng)中的設(shè)計方式，利用圖模一體化這種設(shè)計結(jié)構(gòu)進行規(guī)約與通信協(xié)議的編寫，在插件的幫助下實現(xiàn)系統(tǒng)運行，基于多平臺前提下測試其兼容性，盡管 Qt 有非常好的封裝優(yōu)勢，然而在多個平臺中加以運用，尤其是編譯、界面顯示和運行等環(huán)節(jié)，依然存在一定差別。

2.5.1 應(yīng)用成員數(shù)據(jù)組態(tài)形式

復(fù)合型數(shù)據(jù)應(yīng)用成員主要有兩種形式，即簡單型數(shù)據(jù)成員、復(fù)合型數(shù)據(jù)成員，組態(tài)界面當(dāng)中對于復(fù)合型數(shù)據(jù)成員，可以將其比作樹枝，簡單型數(shù)據(jù)則即可比作樹葉。系統(tǒng)實際應(yīng)用期間，操作人員只需要操作樹枝，樹葉需要展開詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理。要想形成簡單型數(shù)據(jù)，其主要是對整形與字符串展開組態(tài)設(shè)計。操作界面中各個類型的組態(tài)數(shù)據(jù)分別有各自的體現(xiàn)形式，如IP地址可以通過整形轉(zhuǎn)變?yōu)?**.**.**.**這種模式[6]。針對操作口令字符串，可以通過“*”來代替字符，顏色則要應(yīng)用相應(yīng)的顏色塊加以體現(xiàn)。構(gòu)建數(shù)據(jù)模型期間，需要進行相應(yīng)成員配置形式的選擇，工程組態(tài)界面中進行人機交互操作，以此便可以將傳統(tǒng)的專用程序開發(fā)剔除。

2.5.2 模板實例二者之間的聯(lián)系

針對實例和模板之間的對照關(guān)系，所有實例數(shù)據(jù)與分支節(jié)點都是對應(yīng)關(guān)系。如果實例屬于分支實例，其就有模板屬性和其對應(yīng)，一般對于節(jié)點形狀的區(qū)分，都是以屬性為根據(jù)。

實例訪問通常以屬性為依據(jù)對成員數(shù)據(jù)進行訪問，自動化系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)加載期間，數(shù)據(jù)模板、實例均存儲于內(nèi)存，實例、模板數(shù)據(jù)節(jié)點要應(yīng)用相對應(yīng)的節(jié)點進行標(biāo)注，這一操作便會導(dǎo)致開發(fā)系統(tǒng)使用接口層的過程中，軟件應(yīng)該首先將屬性名調(diào)取出來，并進行注冊，由此便可以獲得屬性名稱，對對應(yīng)屬性實例數(shù)據(jù)進行訪問，僅需對相應(yīng)節(jié)點名稱進行落實便可。這一類型的數(shù)據(jù)訪問機制能夠有效提升系統(tǒng)的便捷性。針對單一屬性的數(shù)據(jù)成員進行訪問時，通過節(jié)點、單一屬性TPOS便可獲取子節(jié)點。數(shù)組屬性數(shù)據(jù)成員需要為其提供以下幾種訪問模式：① 以子節(jié)點數(shù)組序號數(shù)據(jù)為前提進行訪問；② 以子節(jié)點關(guān)鍵字值數(shù)據(jù)為前提進行訪問。

實際設(shè)計模型時，一般關(guān)鍵字屬性只有一個子屬性，這一子屬性數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式只有字符串，如果建模期間復(fù)合數(shù)組屬性當(dāng)中有多個關(guān)鍵字子屬性，這時便可以將其劃分為多個基本屬性層次，如此一來就能夠全面提升組態(tài)軟件在運行期間的效率。

3 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)如今城市中現(xiàn)代化建設(shè)與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展速度逐漸加快，基于精神文化和物質(zhì)文化的社會群體也實現(xiàn)了有效增長，使得電力工程面臨更為嚴(yán)苛的發(fā)展要求。鑒于此，電力工程當(dāng)中，施工技術(shù)與管理成為需要注意的重點，加強應(yīng)用通用組態(tài)技術(shù)，對于實現(xiàn)運營管理效益最大化有重要意義。

【參考文獻】

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