基于DL/T860標準的智能輔助控制系統

中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司 陳皓淳 魏 來 朱曉航

輔助系統是相對于生產主系統而言的，主要包含圖像監視系統、安全警衛系統、環境監測系統、火災報警系統和照明控制系統等。輔助系統牽涉的專業面廣泛，技術水平參差不齊，設備供貨廠商繁多，各設備間的接口更為復雜。系統大部分都功能獨立、相互間聯系較少，各系統間無閉環聯動控制功能，或需幾個分別負責不同輔助系統的運行人員協調后通過手動實現[1]。事件處理效率低，決策方案隨機，誤操作可能性較高。

1 系統總體架構

輔助控制系統的設備主要包括站層、子系統管理層（各類數據采集單元、存儲單元等）、前置設備層（各類傳感器、控制器等）和網絡及接口設備等。欲從真正意義上建設規范的、模式相對穩定的智能輔助控制系統，須首先建立一個合理、適用的系統構架，為便于輔助系統隨著技術發展具有良好的兼容性和擴展性。

1.1 架構搭建的可行性分析

輔助系統的各個子系統都有自己的前端采集設備、控制對象以及各自的后臺控制器和控制軟件，子系統之間存在不同程度邏輯上的工作聯系（圖1）。當一個子系統被觸發后，為了復核或使變電站運行環境恢復到初始的正常狀態，需觸發另外一個子系統聯動工作才能實現。在建立起輔助控制系統總體構架后，可在實現總體功能和各分系統功能的同時達到節約設備配置、優化系統接線的效果。

圖1 輔助子系統邏輯聯系及接口方式示意圖

在軟硬件技術上，現階段各子系統管理層處理器多采用微機型設備，設備的硬件通信接口一般均可支持100M 或1000M 以太網通信，通信速率和數據處理速度均可滿足子系統間數據交互的實時性要求。在未來，只要各個輔助子系統管理層處理器采用統一硬件接口（網絡接口）和通信協議（DL/T860）相互交換信息，則智能輔助控制系統建立統一構架從技術層面可行。

1.2 DL/T860標準

DL/T860標準是系統的、起點較高的電力行業國際通信標準，與傳統通信協議體系相比在技術層面上具有較大優勢：綜合使用ACSI（抽象通信服務接口）和SCSM（特殊通信服務映射）兩種服務層次，服務與通信網絡獨立；規范了系統和IED 自動化配置的SCL（變電站描述配置語言）模型，可為變電站自動化系統提供標準的設備接口和系統接口；使用了MMS（制造報文規范）技術；信息分層，結構體系開放。此外，考慮到子系統管理層一般均采用具有微處理芯片的設備，邏輯運算能力和數據處理能力等能夠滿足DL/T860標準所要求的最低硬件配置標準，因此設備對DL/T860標準的支持不涉及過多的成本增加和資源消耗，具有經濟和技術上的可行性。

1.3 構架模型

基于DL/T860標準的智能輔助控制系統滿足了系統一體化、構架層次化、配置規范化的要求，同時，對于子系統間和子系統與其它系統間的通信協議要求采用DL/T860標準。一方面，子系統管理層與站層設備間的通信機制采用MMS 機制，可支持復雜的數據類型和數據結構，確保數據的全面性和完整性；另一方面，子系統管理層間的通信為聯動控制，采用GOOSE（面向通用對象的變電站事件）機制，使子系統管理層間的聯動不再依賴于站層系統服務器，可直接在交換機上實現，大幅降低系統服務器的邏輯運算負荷。與傳統的輔助控制系統相比，該系統提高了可靠性和實時性。此外，該方案支持工廠離線聯合調試，且統一采用DL/T860協議，調試難度更小，同時更有助于后期的擴建工程。

圖2 基于DL/T860標準的智能輔助控制系統總體構架圖

1.4 系統功能

在搭建架構模型的基礎上，智能輔助控制系統應實現以下總體基本功能[2-5]：以網絡通信為主要手段，完成站端音視頻、環境數據、火災報警信息、門禁以及防盜報警等數據的采集和監控，并遠傳到站內監控中心或集控中心；實現所有子系統在輔助系統監控平臺主界面上的一體化顯示和控制；各子系統設備能夠脫網運行，在后臺服務器故障的情況下各設備依然能夠正常工作；支持和站內監控系統進行聯動，包括現場設備操作聯動視頻、控制保護系統告警聯動二次設備室視頻等；系統所有操作及報警確認均應保留詳細的日志并生成報表。

此外，智能輔助控制系統還具有以下的高級功能：三維場景信息展示；站區人（物）行為跟蹤及分析；警戒區域闖入報警；車牌識別；三維交互及智能巡視；聯動預案部署功能；生產主設備運行狀態智能診斷；基于大數據的狀態檢修預測。

2 系統實施方案

系統功能的實現一方面與各子系統設備配置及其硬件功能有關，另一方面與后臺系統的軟件邏輯設計相關，本章從硬件配置和軟件系統設計兩個方面對智能輔助控制系統的功能實現方法進行介紹，并給出相應的設計方案。

2.1 硬件配置

智能輔助控制系統的硬件主要包括站層、子系統管理層和前置設備層設備、接口設備和綜合電源等，其中站層設備主要包括系統服務器、大屏幕顯示陣列、I/O 設備等，子系統管理層設備主要包括視頻監控系統的硬盤錄像機、動力與環境監測子系統的環境數據處理單元、火災自動報警系統的火災報警聯動控制器、規約轉換器（按需）及接收部分無線傳感器的無線數據采集集中器（按需）等；前置設備層主要包括各類攝像機、環境傳感器、電子圍欄、門禁及一些終端控制器等；接口設備主要包括網絡交換機、光電轉換器等設備。

2.2 軟件設計

輔助控制系統應實現數據采集、數據分析、工作流引擎、設備控制和系統接口等功能。變電站站智能輔助控制系統的對外系統接口主要包括與主站PMS（工程生產管理系統）的接口、與站內的變電站監控系統接口以及基于遠動系統、EMS（能量管理系統）等的接口，從而實現信息反饋、命令接收、聯動信息輸入及數據共享等功能。輔助控制系統內部有一套完整的軟件流程，實現信息采集、信息處理、信息存儲及聯動控制功能，在無外界干預的狀態下可實現閉環控制，也可根據用戶和主站端的需求發起基于外部輸入的動作程序，運作方式智能、可視、規范。

2.3 平臺設計方案

對應于圖2的基于DL/T860標準的構架模型，其相應的平臺設計方案如圖4所示。該平臺采用大容量構架設計，全面采用組件技術、基于CIM（公共信息模型）的數據庫設計、基于CIS（組件接口規范）的接口設計、基于SVG（可縮放矢量圖形）的圖形導入/導出，實現圖、模、數一體化處理和共享。同時，當站層系統服務器故障時，子系統管理層之間的信息交互依然可以正常進行，只是應用層服務受到影響。

圖3 智能輔助控制系統軟件方案

圖4 輔助控制系統站控層軟件設計示意圖

此外該平臺還具備以下特點：應用層采用統一的人機界面，具有開放性，便于后續子系統加入；采用基于CORBA(通用對象請求代理體系結構)的發布/訂閱機制；采用并行處理技術、實時數據庫技術，滿足多子系統實時、同步聯動控制需求；采用標準化的數據庫結構和數據訪問接口；可實現開放協議的其它標準模型向DL/T860標準模型的轉換，實現系統自動建模功能。

2.4 系統接口

智能輔助控制系統的接口主要包括兩個層面的內容，一個是智能輔助控制系統內部及對外通信時采用的物理通信接口類型，另一個是智能輔助控制系統內部及對外通信時采用的通信方式和協議。根據變電站智能輔助控制系統的接口界面，與其相關的接口如下：

智能輔助控制系統站端管理系統和運維/集控中心的接口。站端管理系統經綜合數據網(或站LAN 網延伸)實現與運維/集控中心主站的通信，通信的物理接口采用RJ45型網絡接口。智能輔助控制系統與主站接口銜接：換流站側（輔助控制系統站端服務器-交換機-接入設備）-傳輸網絡-運維控制中心側（接入設備-交換機-運維/集控中心主站服務器）。調度控制中心與各變電站的通信主要包括2個方面：上行信息主要為各變電站輔助控制系統的對于站區信息的處理結果（包括重要歷史數據），以及調度中心需要調用的實時信息；下行信息主要包括對于輔助系統的控制指令，包括對于站區異常狀態的處理預案以及檢修、設備操作時的實時監控、指令下發信息等。

智能輔助控制系統和變電站監控系統的接口。物理接口主要有硬接線、串行接口（全雙工接口，如RS422）和網絡接口，功能接口包括了與SCADA 系統的聯動，以及基于信息共享和融合的多媒體監控平臺。

各子系統數據處理單元與站端管理系統的接口。主要通過RJ45型網絡接口或ST（LC、SC、FC）型光纖接口實現與站端管理系統的物理連接。

各子系統數據處理單元之間的接口。主要通過網絡交換機實現信息互通和聯動，交換機既可僅作信息傳輸的中間節點，也可作信息直接交互的平臺。

各子系統數據處理單元與其前端設備的接口。視頻監控的前端設備主要包括各類攝像機，數據處理單元的核心是硬盤錄像機，二者通過網絡交換機連接。其他子系統的內部接口如表1所示。

表1 其它子系統內部接口明細表

3 結語

本文根據對目前國內輔助系統的諸多問題分析，提出了基于DL/T860標準的智能輔助控制系統，并介紹了這一系統的構架設計、功能及實施方案等。隨著國內電網運營水平的逐步提高，輔助系統的作用也越來越得到重視，輔助控制系統智能化的目的并不是取代現存的各個子系統，而是集成各個子系統的信息，實現視頻監視、智能視頻分析、信息采集匯總、遠程控制、智能聯動等“高級應用”功能，使輔助系統的信息更加完整有序，輔助功能更加完善，生產運行更加安全。