基于DL/T 1230和DL/T 476的過程層設(shè)備虛擬面板設(shè)計(jì)

李瑞明 陳先勇 王雨峰 侯良增 邱紹申

基于DL/T 1230和DL/T 476的過程層設(shè)備虛擬面板設(shè)計(jì)

李瑞明 陳先勇 王雨峰 侯良增 邱紹申

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

針對(duì)智能變電站過程層設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示不直觀、獲取渠道單一、配置工具不統(tǒng)一等問題，本文提出一種基于電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范組織圖形，基于電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的虛擬面板設(shè)計(jì)方案。虛擬面板界面由過程層設(shè)備廠家自行設(shè)計(jì)、由設(shè)備實(shí)時(shí)維護(hù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以滿足各廠家的不同需求。

虛擬面板；DL/T 1230；DL/T 476；過程層；智能變電站

隨著智能變電站的推廣和普及，大批量不同型號(hào)、不同生產(chǎn)廠家的智能終端和合并單元出現(xiàn)在智能變電站中。這些設(shè)備與常規(guī)變電站的保護(hù)測控設(shè)備有很大的差異[1-3]：

1）數(shù)據(jù)顯示不直觀。受限于環(huán)境，就地設(shè)備不配置液晶，通過少量LED指示運(yùn)行狀態(tài)，不具備就地監(jiān)控功能。

2）數(shù)據(jù)獲取渠道單一。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過GOOSE發(fā)布，受限于GOOSE協(xié)議的發(fā)布訂閱機(jī)制，不能獲取中間狀態(tài)、歷史記錄、參數(shù)配置等信息。

3）調(diào)試工具不統(tǒng)一。各廠家都針對(duì)自己的設(shè)備提供調(diào)試工具，這些工具在操作方式和實(shí)現(xiàn)功能上存在很大差異，不便于運(yùn)維檢修人員掌握，更不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作。

這些差異的存在，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場工程調(diào)試的進(jìn)度及質(zhì)量，現(xiàn)場急需一種面向各廠家通用的客戶端調(diào)試工具。本文提出一種以DL/T 1230電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范和DL/T 476電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議為基礎(chǔ)，由各設(shè)備廠家設(shè)計(jì)圖元模型、維護(hù)界面的虛擬面板設(shè)計(jì)方案。

1 技術(shù)基礎(chǔ)

1）虛擬面板

虛擬面板，是運(yùn)行在第三方設(shè)備上以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)方操作控制為目的的應(yīng)用軟件，其功能的實(shí)現(xiàn)依賴于設(shè)備本身的服務(wù)接口、布置于遠(yuǎn)端的人機(jī)交互界面以及數(shù)據(jù)傳輸通道和傳輸協(xié)議[4-6]。通過虛擬面板方式實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控終端，具有與設(shè)備原來數(shù)據(jù)顯示和控制方式基本一致的特點(diǎn)。

過程層設(shè)備的虛擬面板設(shè)計(jì)，與常見的虛擬面板設(shè)計(jì)有很大的區(qū)別。由于涉及廠家眾多，各設(shè)備數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式不同，因此對(duì)數(shù)據(jù)組織形式和傳輸協(xié)議的選擇有更高的要求：既要滿足通用性的要求，又要有很高的可擴(kuò)展性。

2）電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范

DL/T 1230電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范（以下簡稱圖形描述規(guī)范）定義了CIM模型中電力設(shè)備的圖形繪制和存儲(chǔ)方式，制定了電力圖形離線交換、在線渲染和遠(yuǎn)程瀏覽的機(jī)制[7-10]。圖形描述規(guī)范提供了圖形描述方式，而不限定圖形的樣式及所含數(shù)據(jù)的內(nèi)容，這一特點(diǎn)滿足了過程層設(shè)備虛擬面板通用性和擴(kuò)展性方面的要求。

3）電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議

DL/T 476電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議（以下簡稱DL/T 476協(xié)議）定義了應(yīng)用層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、控制序列和服務(wù)原語，主要用于電力系統(tǒng)調(diào)度中心之間以及調(diào)度中心與廠站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。DL/T 476協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)塊格式，可用于傳輸各種格式的全數(shù)據(jù)、變化數(shù)據(jù)以及字符串和文件，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧己幂d體。圖形描述規(guī)范和DL/T 476協(xié)議的組合可以完美實(shí)現(xiàn)圖形的遠(yuǎn)程，在調(diào)度端有很多實(shí)際應(yīng)用[11-12]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬面板的系統(tǒng)架構(gòu)，基于DL/T 476協(xié)議搭建如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備接口設(shè)計(jì)采用多種協(xié)議并列服務(wù)的方案，使IEC 61850和DL/T 476服務(wù)同時(shí)運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心將設(shè)備數(shù)據(jù)通過信息點(diǎn)映射分發(fā)給不同具體的服務(wù)實(shí)例，同時(shí)接受不同服務(wù)實(shí)例的操作指令。

過程層設(shè)備作為服務(wù)端，是虛擬面板數(shù)據(jù)和圖形界面的唯一來源，在接口開發(fā)中完成數(shù)據(jù)模型、圖元模型和設(shè)備界面模型的設(shè)計(jì)、設(shè)置界面模型與數(shù)據(jù)和圖元模型之間的映射關(guān)系設(shè)計(jì)，并在圖元模型中插入操作命令以實(shí)現(xiàn)虛擬面板的界面操作功能。

調(diào)試設(shè)備作為虛擬面板的監(jiān)控終端，從過程層設(shè)備獲得數(shù)據(jù)和文件，經(jīng)過解析處理，得到圖形界面描述，實(shí)現(xiàn)虛擬面板界面的顯示。

3 設(shè)備模型

3.1 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是按照數(shù)據(jù)類型、用途對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，統(tǒng)一編碼，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和傳輸。過程層設(shè)備常見數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 過程層設(shè)備數(shù)據(jù)

過程層設(shè)備數(shù)據(jù)按照傳輸方向分為狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)定信息。

狀態(tài)數(shù)據(jù)用于圖形顯示，分為設(shè)備標(biāo)識(shí)和運(yùn)行狀態(tài)兩類。設(shè)備標(biāo)識(shí)，是指設(shè)備區(qū)分性信息，除常規(guī)的型號(hào)、版本等文本信息，還包括二維碼、公司logo等圖片文件；運(yùn)行狀態(tài)，反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，除常見的模擬量、開關(guān)量、告警信息外，還包括裝置記錄、參數(shù)設(shè)定等信息。

設(shè)定信息用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，分?jǐn)?shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)請(qǐng)求兩類。數(shù)據(jù)控制用于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制，包括出口、壓板、參數(shù)定值、通信對(duì)點(diǎn)等操作；數(shù)據(jù)請(qǐng)求用于客戶端發(fā)起數(shù)據(jù)篩選命令。

3.2 圖元模型

圖元模型是數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的圖形信息描述格式，便于客戶端圖形顯示。狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示，依靠圖形描述規(guī)范中的靜態(tài)文本、圖片、狀態(tài)圖元、表格等圖元就可以實(shí)現(xiàn)。設(shè)定信息僅依靠圖形描述中定義的圖元無法實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)元素通用屬性和電網(wǎng)圖元都進(jìn)行了擴(kuò)展。

元素通用屬性擴(kuò)展了命令行屬性cmdref，用于在圖元中嵌入操作命令。操作命令主要分兩種：①不帶參數(shù)或帶固定參數(shù)（見圖3）；②帶可變參數(shù)（見圖4），‘&’引用圖元的屬性。客戶端在圖元被激活后，檢查是否帶參數(shù)，不帶參數(shù)的命令可直接發(fā)送給設(shè)備，帶參數(shù)的在客戶端界面圖元采集數(shù)據(jù)后再發(fā)送給設(shè)備。

//多級(jí)菜單

電網(wǎng)圖元擴(kuò)展了菜單圖元和對(duì)話框圖元。菜單圖元用于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的篩選，對(duì)話框圖元用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、權(quán)限校驗(yàn)的功能。菜單圖元和對(duì)話框圖元都通過其他圖元的熱點(diǎn)加載。

3.3 設(shè)備界面模型

設(shè)備界面模型定義虛擬面板界面外觀，也反映數(shù)據(jù)和圖形之間的映射關(guān)系。界面外觀，按照顯示和控制的需求，分靜態(tài)背景、動(dòng)態(tài)刷新區(qū)域、浮出窗口3個(gè)圖層設(shè)計(jì)。

靜態(tài)背景是圖形顯示的最底層，圖形描述固定，只有數(shù)據(jù)變化，主要顯示設(shè)備標(biāo)識(shí)、廠家標(biāo)識(shí)、模擬按鍵、狀態(tài)LED、液晶背景數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。靜態(tài)背景的圖形描述存放在一個(gè)定名的文件，以實(shí)現(xiàn)初始化界面和初始界面顯示。

動(dòng)態(tài)刷新區(qū)為圖形顯示的中間層，模擬設(shè)備液晶，顯示用戶選擇的模擬量、開關(guān)量、參數(shù)定值等信息，根據(jù)用戶的選擇，載入的圖元會(huì)發(fā)生變化。動(dòng)態(tài)刷新區(qū)域所有選擇的圖形描述集中存放在一個(gè)定名文件中，按照客戶端選擇，提取本次顯示的圖形描述重新整理上送。

浮出窗口為圖形顯示的最上層，包括菜單和彈出窗口，用于輔助用戶完成數(shù)據(jù)篩選和設(shè)置。菜單和浮出窗口由熱點(diǎn)觸發(fā)。

設(shè)備界面模型中，通過圖元引用實(shí)現(xiàn)界面模型與圖元模型之間的映射，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼實(shí)現(xiàn)界面數(shù)據(jù)與設(shè)備數(shù)據(jù)之間的映射。

4 傳輸過程

數(shù)據(jù)傳輸以設(shè)備模型為基礎(chǔ)，建立在DL/T 476協(xié)議的基礎(chǔ)上。交互過程按照傳輸內(nèi)容的主體不同可以分為連接初始化、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)主動(dòng)上送、數(shù)據(jù)設(shè)定4個(gè)傳輸細(xì)節(jié)。

4.1 連接初始化

初始化過程中，虛擬面板通過獲取包含背景的圖形描述文件的形式完成初始背景界面的顯示，具體交互過程參如圖5所示。

圖5 連接初始化

服務(wù)接口在背景文件上送完成以后，自動(dòng)上送背景全數(shù)據(jù)。請(qǐng)求文件使用ASCII碼塊，數(shù)據(jù)參考SOA://fileserv（gfilename=靜態(tài)背景文件名）[13]。

4.2 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢，由菜單圖元觸發(fā)，對(duì)模擬液晶區(qū)域圖形及數(shù)據(jù)進(jìn)行展示或更新，具體交互過程如圖6所示。

數(shù)據(jù)查詢過程中，需要對(duì)上次數(shù)據(jù)查詢的動(dòng)態(tài)刷新區(qū)的圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，然后根據(jù)新上送的圖形文件重新組織動(dòng)態(tài)刷新區(qū)圖形、并刷新數(shù)據(jù)。

4.3 數(shù)據(jù)主動(dòng)上送

數(shù)據(jù)主動(dòng)上送，是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視的必要手段。數(shù)據(jù)上送的內(nèi)容包括背景圖元和選定分類數(shù)據(jù)中包含的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可能為整形、浮點(diǎn)、狀態(tài)、文本、表格條目等內(nèi)容。其中，狀態(tài)、整形、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)有專屬數(shù)據(jù)塊處理，文本、表格條目等信息適合采用包含ID、文本的組合碼塊傳輸。

圖6 數(shù)據(jù)查詢

文本采用3個(gè)ASCII碼塊的組合，第一個(gè)表示數(shù)據(jù)id，第二個(gè)表示傳輸原因（初始化、變化），最后一個(gè)表示數(shù)據(jù)內(nèi)容。表格采用多個(gè)ASCII碼塊組合，第一個(gè)表示表id，第二個(gè)表示傳輸原因（增加、刪除、更新等），其余表示行數(shù)據(jù)內(nèi)容。

4.4 數(shù)據(jù)設(shè)定

數(shù)據(jù)設(shè)定，通過對(duì)圖元中操作命令的解析和處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作控制。圖7反映了客戶端處理設(shè)定類圖元的過程。

圖7 數(shù)據(jù)設(shè)定圖元處理過程

5 結(jié)論

本方案以電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的通用性，選擇的圖形和傳輸方式有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能夠滿足智能變電站過程層各廠家、各型號(hào)設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示和控制的需求。本方案可以實(shí)現(xiàn)虛擬面板客戶端與設(shè)備服務(wù)器端的隔離，最終實(shí)現(xiàn)不同廠家之間的互操作，解決不同廠家客戶端工具不統(tǒng)一的問題。同時(shí)，該設(shè)計(jì)方案同樣適用于變電站中其他設(shè)備遠(yuǎn)程客戶端的開發(fā)，具有推廣的價(jià)值。

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Design of virtual panel for process device based on DL/T 1230 and DL/T 476

Li Ruiming Chen Xianyong Wang Yufeng Hou Liangzeng Qiu Shaoshen

(XJ Electric Co., Ltd, Xuchang, He’nan 461000)

In view of the problems of the process device in the smart station, such as the state data display is not intuitive, the access channel is single, the configuration tool is not unified, propose a scheme of virtual panel design based on graphic description specification for electric power system to organize graphics and based on power system real-time data communication application layer protocol to transform data. The virtual panel interface is designed by the process layer equipment manufacturer and is maintained by the equipment in real time. It has strong extensibility and can meet the different needs of various manufacturers.

virtual panel; DL/T 1230; DL/T 476; process level; smart station

2018-02-09

李瑞明（1983-），男，河北邯鄲人，本科，工程師，主要從事電力系統(tǒng)通信開發(fā)工作。