流域梯級水電廠KKS信號標識的設(shè)計及應(yīng)用

蔣承峰，丁倫軍，江傳賓

（中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

隨著大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展，流域梯級水電廠建設(shè)大數(shù)據(jù)中心、數(shù)字孿生電廠是大勢所趨，為便于各技術(shù)之間的數(shù)據(jù)貫通，對設(shè)備、信號進行統(tǒng)一編碼是勢在必行的。KKS是現(xiàn)今電力行業(yè)最具代表性及應(yīng)用最廣泛的設(shè)備標識體系，國家標準《水電廠標識系統(tǒng)編碼導(dǎo)則》（GB/T 35707-2017）在KKS編碼基礎(chǔ)上提出KKS信號標識并說明了相關(guān)規(guī)則，但是并不能很好的滿足實際需求。本文在已有信號標識結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提出一種優(yōu)化后的信號標識結(jié)構(gòu)，并就相關(guān)應(yīng)用作簡要闡述。

1 KKS信號標識設(shè)計

1.1 KKS信號標識結(jié)構(gòu)

從 KKS 編碼體系的組成和邏輯結(jié)構(gòu)可以看出，它適合作為基礎(chǔ)編碼供計算機處理，具有標識統(tǒng)一合理，結(jié)構(gòu)層次分明，非基于語言和可擴充的特點，有足夠的容量和細節(jié)標識所有設(shè)備。設(shè)備是信號的載體，因此KKS信號標識結(jié)構(gòu)是以工藝相關(guān)標識為載體并對其結(jié)構(gòu)進行擴展應(yīng)用。

對比圖1和圖2中KKS信號標識結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的KKS信號標識共分為5級，其中2級、3級、4級編碼結(jié)構(gòu)與KKS工藝相關(guān)標識結(jié)構(gòu)一致，主要優(yōu)化在于：

（1）增加了廠級碼P，由兩位數(shù)字組成，廠級碼P可用于標識流域梯級電站所轄廠站，包括電廠和集控中心。

（2）為了保持編碼結(jié)構(gòu)和長度統(tǒng)一，便于標識識別，全廠碼G取值為兩位數(shù)字或兩位字母，用于標識廠站中的不同機組或公用系統(tǒng)。

（3）對于系統(tǒng)故障、系統(tǒng)啟停、系統(tǒng)運行模式等信號，因無法用具體實際設(shè)備與之對應(yīng)，同時為了保持編碼結(jié)構(gòu)及長度統(tǒng)一，因此在4級設(shè)備碼中用兩種虛擬設(shè)備編碼作為此類信號的載體，一種是間接測量設(shè)備編碼，另一種是狀態(tài)與控制信號編碼，編碼起始字符分別為字母D和字母E，并補充完善了編碼取值。

（4）在實際需求中需從信號標識中識別出信號傳送路徑，便于信號追蹤和故障查找，因此在5級信號碼中增加B1B2B3B4B5字段用于標識信號的中轉(zhuǎn)地，且B1B2B3B4B5取值沿用系統(tǒng)碼（F1F2F3Fn）取值，減少額外人為定義避免識別困難，如果現(xiàn)地傳感器信號直接由監(jiān)控系統(tǒng)采集未經(jīng)任何信號中轉(zhuǎn)地中轉(zhuǎn)，此時采用缺省值，保證編碼結(jié)構(gòu)和長度統(tǒng)一。

圖1 信號標識格式（GB/T 35707-2017）

圖2 優(yōu)化后信號標識結(jié)構(gòu)

5級信號碼中增加B6字段用于標識信號的目的地，取值為一位字母。對于水電廠而言，現(xiàn)地設(shè)備上送信號目的地一般為監(jiān)控系統(tǒng)、保護系統(tǒng)（廠站層）、在線監(jiān)測系統(tǒng)（廠站層）。

5級信號碼中補充信號類型字段B7B8B9取值，增加了通信信號類型。

5級信號碼中增加B10字段用于標識信號數(shù)量，用以區(qū)分設(shè)備往外傳遞的多路信號。

5級信號碼中BN為信號的狀態(tài)，由1～5位大寫的英文字母構(gòu)成，根據(jù)需求自行定義。

1.2 KKS信號標識說明

KKS信號標識范圍包括水電廠機械、電氣設(shè)備的信號，可根據(jù)管理需求確定所需編碼的系統(tǒng)及設(shè)備。KKS信號編碼要求如下：

（1）從KKS信號標識結(jié)構(gòu)可以看出，產(chǎn)生信號源的設(shè)備必須編碼至4級設(shè)備碼，例如現(xiàn)地傳感器、電動閥門、空氣開關(guān)、接觸器等均歸屬設(shè)備層級編碼；無實際設(shè)備對應(yīng)的信號其4級設(shè)備碼可以采用虛擬設(shè)備編碼。

（2）對于單一設(shè)備，信號可以是由設(shè)備本身產(chǎn)生（可稱為上送信號）也可以來自外部控制系統(tǒng)（可稱為下發(fā)信號），因而會導(dǎo)致一個設(shè)備存在上送信號和下發(fā)信號的信號源、信號目的地均不同，后期在對設(shè)備信號進行分析時數(shù)據(jù)抓取不易。因此為了解決上述問題，要求：上送信號編碼中“信號源”碼段（1-4級編碼）采用信號源的設(shè)備編碼，“信號目的地”碼段（B6）采用信號終點所屬系統(tǒng)的編碼；下發(fā)信號編碼中“信號源”碼段（1-4級編碼）采用信號終點的設(shè)備編碼，“信號目的地”碼段（B6）采用信號源所屬系統(tǒng)的編碼。

（3）信號編碼原則上只有一個信號中轉(zhuǎn)地。信號中轉(zhuǎn)地（B1B2B3B4B5）確認原則如下：上送信號的信號中轉(zhuǎn)地是指與產(chǎn)生信號設(shè)備的邏輯位置最近的系統(tǒng)，下發(fā)信號的信號中轉(zhuǎn)地是指與接收信號設(shè)備的邏輯位置最近的系統(tǒng)。

（4）信號類型（B7B8B9）是由信號屬性（數(shù)字量、模擬量、溫度量等）和信號目的地（B6）決定。

（5）信號數(shù)量（B10）是由信號目的地（B6）決定。

2 KKS信號標識應(yīng)用

國內(nèi)從20世紀90年代開始逐步在電廠中進行KKS編碼體系建設(shè)，到目前已有不少電廠建成該體系，并將KKS編碼成功應(yīng)用于設(shè)備全生命周期管理。

而對于KKS信號標識的應(yīng)用，還未深度開發(fā)，目前該KKS信號標識體系正在三峽集團內(nèi)多個水電廠積極推進建設(shè)，筆者認為可以從以下幾個方面進行應(yīng)用：

（1）將KKS信號標識作為控制系統(tǒng)程序中的變量名使用，可以清晰地表明變量與主設(shè)備之間的關(guān)系，使監(jiān)控程序更具有可讀性。

（2）建設(shè)電廠物聯(lián)網(wǎng)。伴隨著科技的進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已逐步被實際應(yīng)用于工業(yè)自動化控制當中。對于應(yīng)用KKS編碼體系的水電廠，無線傳感器可將KKS編碼作為自身設(shè)備ID，以KKS信號標識作為信號ID，既使得信號編碼唯一便于程序應(yīng)用，也使得相對于采用其他信號編碼體系，可讓設(shè)備編碼與信號編碼體系相結(jié)合，增加程序可讀性；同時也是一個編碼體系的多種應(yīng)用，也是信息化與工業(yè)化深度融合的體現(xiàn)。

（3）隨著智能機器人巡檢、圖形識別技術(shù)發(fā)展，利用智能機器人現(xiàn)場識別KKS編碼定位設(shè)備及運行顯示數(shù)據(jù)，并與通過KKS信號標識獲取的監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進行對比，快速判別誤差或故障。

（4）利用設(shè)備KKS編碼和KKS信號標識實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與圖像監(jiān)控聯(lián)動。當監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)某設(shè)備信號異常或故障，以KKS信號標識為索引確認故障設(shè)備，與現(xiàn)場攝像頭聯(lián)動定位故障設(shè)備，可快速便捷查看現(xiàn)場設(shè)備實際狀況。對于火災(zāi)信號報警、水淹廠房信號報警等重要信號報警的處理，快速確認現(xiàn)場情況既是下達正確處理對策的前提，也是快速響應(yīng)減少損失的保障，具有重大意義。

（5）建設(shè)集團或公司大數(shù)據(jù)中心，標準統(tǒng)一的數(shù)據(jù)更具備可讀性及分析價值。大數(shù)據(jù)中心要求數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一，使用KKS信號標識規(guī)范各電廠上送數(shù)據(jù)格式，便于大數(shù)據(jù)中心集中處理和數(shù)據(jù)展示；消除數(shù)據(jù)孤島，大數(shù)據(jù)中心可以便捷對比不同電廠同一設(shè)備運行參數(shù)，研究設(shè)備運行規(guī)律，為設(shè)備運維管理提供科學依據(jù)；專家知識庫不再局限于單一電廠，在大數(shù)據(jù)中心平臺集中專家力量，提供更好更優(yōu)的決策。

（6）建設(shè)數(shù)字孿生電廠。數(shù)據(jù)是驅(qū)動數(shù)字孿生系統(tǒng)運行的根本。孿生數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的核心驅(qū)動力，為虛擬實體與物理實體融合提供準確全面的信息源[7]。在近期數(shù)字孿生研究提出的數(shù)字孿生五維（物理實體、虛擬實體、連接、孿生數(shù)據(jù)、連接服務(wù)）模型中，KKS信號標識可以作為孿生數(shù)據(jù)來源之一。結(jié)合KKS設(shè)備編碼、KKS信號標識以及其他類型數(shù)據(jù)，建立數(shù)字孿生電廠，利用數(shù)字孿生電廠可以遠程進行設(shè)備監(jiān)控、培訓學習、模擬設(shè)備運行或技術(shù)改造，降低風險和成本。目前，已有相關(guān)單位開發(fā)了基于數(shù)字孿生的電廠智能管控系統(tǒng)。基于數(shù)字孿生的電廠智能管控系統(tǒng)實現(xiàn)了對關(guān)鍵設(shè)備的透視化監(jiān)測、故障精密遠程診斷、可視化管理及員工作業(yè)精準模擬等，能夠滿足設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、遠程診斷、運維等的各項需求，并實現(xiàn)了與用戶之間直觀的可視化交互。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)化逐步從信息化向智能化邁進，數(shù)據(jù)的重要性日益凸顯，不同電廠不同廠家的設(shè)備類型多、雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式多樣化，對于數(shù)據(jù)利用是不利的，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。本文介紹的KKS信號標識可以解決數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一問題，標識結(jié)構(gòu)中增加了信號流向、信號數(shù)量等內(nèi)容，標識涵蓋信息更豐富，滿足實際生產(chǎn)需求，并且該標識是基于KKS編碼結(jié)構(gòu)的信號標識，與國際接軌，也便于對外交流和輸出。本文同時提出了KKS信號標識的后續(xù)應(yīng)用場景，為流域梯級水電廠建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、數(shù)字孿生電廠等新型工程提供思路。