基于算術表達式的順控前置條件設計與實現

吳小俊，李上，于洋

（南京軌道交通系統工程有限公司，南京 210019）

綜合監控系統或電力監控系統的順控多采用調度順控模式[1]，是多個遙控命令的組合，調度操作員只需通過界面點擊1個按鈕即可以完成一系列控制的操作，操作過程簡單，自動化程度高，但某些特定情境下也可能會存在一些風險。

順控前置條件是在執行順控遙控命令前的一系列邏輯閉鎖或特定狀態檢測的一種有效手段，實現遙控防誤閉鎖[2]的功能。結合中綴表達式的應用，在執行遙控命令前，判斷是否存在閉鎖條件或閉鎖條件是否滿足[3]，可提高順控執行的安全性，同時各前置條件的結果會直觀在界面上顯示，操作員能根據顯示結果盡量排查原因，減少人工故障檢測時間。下面針對基于中綴表達式的前置條件設計實現進行介紹。

1 設計與實現

順控是一系列遙控對象的集合，即順控卡片，是電氣操作票的倒閘過程[4]，用戶操作時，程序會按照預先配置的步驟依次進行命令下發，自動按照規則完成一系列遙控對象的操作[5]，實現停送電道閘操作。

順控模塊包括順控配置模塊和順控執行模塊2個部分。

順控配置模塊主要是按照順控卡片配置前置條件和遙控對象。順控執行模塊是根據順控的配置檢測前置條件和執行遙控操作命令。2個模塊與系統平臺的配置庫和實時庫數據交互的關系如圖1所示。

圖1 順控與系統平臺數據交互示意圖

1.1 配置設計

順控配置模塊通過讀寫配置數據庫，根據預先定義的順控卡片根據系統平臺的數據點進行綁定和設置。

順控操作的每一步驟在配置數據庫中即1個順控對象。順控對象的配置主要包括順控序號、順控類型、順控對象和順控條件屬性等字段。各主要字段說明如下。

（1）順控序號：順控執行步驟序號，由1開始，依次增加。

（2）順控類型：順控對象具有控制類型，控制類型包括條件與控制命令，用于區別順控對象是前置條件還是遙控操作。

（3）順控對象：對應系統中的遙信點、遙測點或遙控點。其中當順控對象是條件時配置為遙信（DI）或遙測點（AI）；當順控對象是遙控命令時配置遙控點（DO）。

（4）順控對象配置條件屬性，針對順控對象類型，配置的意義不同。

①當順控對象類型是前置條件時，條件屬性為條件算術表達式。

條件算術表達式采用比較運算符，==、!=、＞、＜、＞=、＜=。順控對象是系統中的DI或AI點，通過比較運算符，建立每一個條件的比較結果。示例見表1。

表1 條件對象配置表

第1行表示第1個順控對象為遙信點1011隔離開關，配置為前置條件，當隔離開關1011的值為1時（開關狀態為分位），此順控序號條件滿足。

第2行表示第2個順控對象為遙信點1012隔離開關，配置為前置條件，當隔離開關1012的值為2時（開關狀態為合位），此順控序號條件滿足。

第3行和第1、2行配置類同。

采用DI遙信點狀態作為條件是常見的做法，也可以對AI遙測點建立條件，如101進線電壓＞=34.5 kV等形式，但如果使用35.5 kV＞=101進線電壓＞=34.5 kV這樣條件形式，則需要將條件拆分為2個條件，35.5 kV＞=101進線電壓并且101進線電壓＞=34.5 kV，在后面配置中將2個條件使用邏輯運算&進行合并。

②當順控對象類型為遙控命令時，條件屬性為前置條件表達式。順控對象為遙控點。

前置條件表達式為邏輯表達式，采用中綴表達式形式，使用邏輯運算符，與（&）、或（|）、非（!），操作符優先級為！＞&＞|[6]，并可以使用括號（），括號具有最高優先級，使用括號可以使更好理解與配置表達式邏輯，避免配置與預期結果不一致。每一個運算分量是前置條件對應的順控執行順序，計算表達式的邏輯結果[7]。配置示例見表2。

表2 遙控對象前置條件配置表

第四行表示順控對象是遙控命令對象，條件屬性為1&2|3，表示第1個順控對象1011隔離開關實時狀態==1和第2個前順控對象隔離開關1012狀態==2或者第3個順控對象隔離開關1013狀態!=2時，前置條件結果才為真。

1.2 執行設計

順控執行模塊首先從配置庫中讀取配置的數據，按照順控序號根據獲取的實時值逐一檢測順控對象。檢測過程見表3。

表3 遙控對象前置條件執行表

第1個順控對象為遙信點1011隔離開關為前置條件，執行模塊通過實時數據庫獲取當前配置遙信點的實時值[8]，當隔離開關1011的實時值為1時（開關分位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第2個順控對象為遙信點1012隔離開關為前置條件，執行模塊通過實時數據庫獲取隔離開關1012的值實時為2時（開關合位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第3個順控對象為遙信點1013隔離開關，也為前置條件，執行模塊通過實時數據庫獲取隔離開關1013的實時值!=1（不是開關分位），此順控序號條件滿足，否則提示不滿足。

第4個順控對象是遙控命令對象，順控條件為1&2|3，執行模塊在執行遙控命令前，需要通過表達計算前置條件的邏輯結果，在當第1個順控對象1011隔離開關實時狀態==1和第2個前順控對象隔離開關1012實時狀態==2或者第3個順控對象隔離開關1013實時狀態!=1時，順控對象前置條件結果才為真，可以繼續執行斷路器101遙控命令，否則不能執行遙控命令，并給出順控條件不滿足的提示。

順控前置條件采用中綴表達式形式，中綴表達式是一種統一的算術或邏輯公式表示方法，操作符以中綴形式處于操作數的中間，很容易理解與分析，可方便配置人員進行配置。但計算機很難之間計算中綴表達式，通常需要將中綴表達式轉換為前綴表達式[9]或后綴表達式[10-11]，再對前綴或后綴表達式進行求值。

本方案采用中綴表達式轉后綴表達式的方式，使用C++/Qt框架，利用Qt框架的QVector、QList、QStack等容器類實現。

順控前置條件判斷基本流程如圖2所示。

圖2 前置條件判斷流程圖

本方案中關鍵的流程包括以下3個步驟。

（1）使用splitExp（QString& sExp,QList＜QChar＞& listChar）函數將字符串性的表達式轉換成QList＜QChar＞字符串列表，方便后續轉換使用

（2）使用infixToSuffix（QString& sExp,QVector＜QChar＞& suffixExp）函數將QList＜QChar＞字符串列表的中綴表達式轉換成QVector＜QChar＞后綴表達式

（3）使用calulateSuffix（QString sExp,QMap＜int，bool＞& conditionMap）函數將各順控條件的邏輯結果值代入后綴表達式數組，計算最終前置表達式的結果。

2 應用示例

工程應用中，調試人員根據預先設計的順控卡片配置順控對象，包括順控序號、順控對象、順控類型、順控動作（只針對遙控對象）、順控前置條件和執行次數等。配置示例如圖3所示。

圖3 配置示例圖

在進行電氣倒閘操作時，調度操作員在點擊執行按鈕后，順控執行模塊依次檢測各條件是否滿足，再根據中綴表達式計算最終前置條件結果，如不滿足則不執行，并顯示錯誤提示信息，如滿足則正常執行下一步遙控操作，下發遙控命令，執行界面效果示例展示如圖4所示。

圖4 執行示例圖

3 結論

采用中綴算術表達式作為順控前置條件，工程調試人員可自由配置各類順控執行條件，配置方式簡單明了，方便實現不同順控應用場景，同時，使用前置條件方式的順控方案可防止運營調度人員誤操作，執行前檢測先決條件，提前告知順控卡片可否執行，提高工作效率。適用于城市軌道交通和電氣化鐵路綜合監控系統和電力監控系統，并可應用類似邏輯順控判斷如聯動功能[12]等的工業控制領域。本設計方案已在城市軌道交通綜合監控系統等多個類似系統中應用和實施，得到了很好的驗證。