任志翔，仇群輝，周 垠

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

0 引言

隨著變電站監(jiān)控中心的成立，無人值班變電站對調(diào)度自動化系統(tǒng)的要求進一步提高，對運行數(shù)據(jù)的準確性和系統(tǒng)的可靠性要求也隨之提高，原則上不允許任何錯誤信息和信號丟失。因此，監(jiān)測并分析數(shù)據(jù)流十分重要。

從研究突發(fā)性誤信號入手，借鑒其它領域黑匣子（BLACK BOX）的概念，開發(fā)了一套SCADA智能診斷系統(tǒng)，記錄SCADA系統(tǒng)運行中通信部分所有信息，并進行初步的分析篩選，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的誤信號、丟信號等事件進行快速故障定位，找出問題的原因所在，大大提高了自動化系統(tǒng)的運行水平。

1 突發(fā)性錯誤的特點

數(shù)據(jù)錯誤在遠動系統(tǒng)中時常發(fā)生，對于發(fā)生周期穩(wěn)定且長期存在的誤信，可以通過不斷試驗和取樣得以解決。而發(fā)生周期不穩(wěn)定的誤信，具有瞬時性和不確定性，給專業(yè)技術人員的判斷造成了很大的困難。錯誤往往稍縱即逝，無法獲取足夠的分析數(shù)據(jù)。例如某變電站的刀閘一直處于合閘狀態(tài)，主站上突然收到刀閘斷開又立刻合上的信息，而當?shù)睾笈_卻沒有任何信號。由于發(fā)生時間不確定，無法及時對關鍵數(shù)據(jù)進行采樣，所以很難對此做出解釋。

數(shù)據(jù)丟失經(jīng)常出現(xiàn)，特別是當事故跳閘發(fā)生時，保護信號的丟失尤其頻繁，事后的傳動試驗又一切正常。由于缺少事故發(fā)生時的數(shù)據(jù)采樣，廠商也往往束手無策。

如何解釋錯誤數(shù)據(jù)的發(fā)生，并對其做出科學的評估，關鍵是能否在錯誤發(fā)生時取得足夠的數(shù)據(jù)采樣。

2 系統(tǒng)原理設計

錯誤數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生在各個環(huán)節(jié)，SCADA主站的前置機對校驗錯誤的報文采取丟棄處理，經(jīng)過前置機過濾后的正確報文由系統(tǒng)更高層次的軟件處理。而錯誤的報文恰恰是遠動技術人員用于分析問題最直接的原始資料，有助于以后的跟蹤研究，因此有必要保留遠動系統(tǒng)中的所有信息。

黑匣子是一種實時記錄手段，可以監(jiān)聽記錄各種數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)黑匣子功能，針對使用最廣泛的CDT規(guī)約和音頻通信的特點，在普通PC上開發(fā)SCADA智能診斷系統(tǒng)，選擇廠站端和通信設備之間的上行通道為捕捉點，通過調(diào)制解調(diào)器并接，對SCADA報文進行不間斷數(shù)據(jù)記錄和保存，并進行誤碼標記。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 SCADA智能診斷系統(tǒng)原理設計圖

SCADA智能診斷系統(tǒng)以普通PC為平臺，以VC環(huán)境開發(fā)軟件，通過PC串口和專線MODEM連接，MODEM直接和音頻線連接。所有數(shù)據(jù)從音頻線路傳入，并通過MODEM解調(diào)成數(shù)字信號進入智能診斷系統(tǒng)，使整個數(shù)據(jù)流得到長期監(jiān)聽。當出現(xiàn)突發(fā)性錯誤時，專業(yè)人員通過對比不同監(jiān)聽點的數(shù)據(jù)，可以分析判斷錯誤的來源和成因。

3 系統(tǒng)軟件設計

SCADA智能診斷系統(tǒng)基本模塊包括通信模塊、報文記錄模塊和誤碼標記模塊。主要功能是從串口讀入廠站所有的上行報文，以固定大小的文件存儲，并按時間命名該文件。

以某變CDT數(shù)據(jù)傳輸為例，數(shù)據(jù)傳輸速度是600波特，無校驗，1個起始位、1個停止位，那么變電站每天將產(chǎn)生約5 M數(shù)據(jù)，1 G容量可以記錄大約204天的數(shù)據(jù)。實際上，只要存儲幾周的數(shù)據(jù)就足以應對突發(fā)性錯誤數(shù)據(jù)的分析，因此普通硬盤的存儲容量就足夠了。SCADA智能診斷系統(tǒng)的軟件總體結構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件模塊框圖

系統(tǒng)初始化串口緩存和相關參數(shù)后，從串口處逐個讀取二進制數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)緩存到數(shù)據(jù)管道結構中。為了隨時同步CDT數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用每讀1個數(shù)據(jù)即和前5個數(shù)據(jù)結合，進行同步頭檢測，如果是同步頭，就不必再進行CRC（循環(huán)冗余碼）校驗，可直接加校驗正確標志并寫入文件，提高了運行速度。如果不是同步頭，就要檢測收到的數(shù)據(jù)個數(shù)是否達到6個，即是否可以構成1個信息字結構。當沒達到6個數(shù)據(jù)的時候，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)緩存到數(shù)據(jù)管道結構中，同時寫入文件，直到數(shù)據(jù)達到6個后，對該信息字結構進行CRC校驗，并把數(shù)據(jù)和校驗結果符號寫入文件。由于系統(tǒng)采用每收一個字符首先進行同步檢測，所以能在混亂情況下很快和傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步，不會出現(xiàn)由于錯誤信號而無法同步的現(xiàn)象，并且能對亂碼進行恰當?shù)臄?shù)據(jù)組織，所以有很強的亂碼適應能力。

3.1 通信模塊

通信模塊主要采用VC中的MSComm控件進行程序編寫，可以根據(jù)不同的通信方式進行波特率、校驗、停止位等參數(shù)的設置，采用MSComm控件的事件驅動方法提取串口緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)數(shù)據(jù)。

MSComm即Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，每個MSComm控件對應1個串行端口。它為應用程序提供了2種處理通信問題的方法，即事件驅動(Event-driven)方法和查詢方法。事件驅動方法是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，事件的發(fā)生需要得到通知，然后利用MSComm控件的OnComm事件，捕獲并處理這些通信事件。OnComm事件還可以檢查和處理通信錯誤。這種方法的優(yōu)點是程序響應及時，可靠性高。

3.2 報文記錄模塊

報文記錄模塊采用文本文件的格式進行數(shù)據(jù)記錄。為了避免在文件記錄時發(fā)生錯誤，采用以固定大小的多個文件序列組進行循環(huán)記錄，使系統(tǒng)發(fā)生故障后不至于丟失太多的歷史數(shù)據(jù)。所有文件使用創(chuàng)建時的時間作為文件名稱，如2008-11-02-12:30:40.txt。為了方便查詢，在報文中的每組同步頭后添加時間標記，如eb90 eb90 eb90 2008-11-02 14:59:17，使工作人員能很快找到特定時間的報文。

3.3 誤碼標記模塊

誤碼標記模塊是對所收到的數(shù)據(jù)按照指定規(guī)約進行檢驗，在正確的信息字后面添加“+”標記，錯誤的信息字后面添加“-”標記，以標注數(shù)據(jù)的正誤。系統(tǒng)主要對使用最廣泛的CDT和DISA規(guī)約進行監(jiān)聽。針對CDT規(guī)約，校驗主要采用多項式法、半字節(jié)查表法和查表法。多項式法主要用在信息傳輸速度不高、程序空間很小的地方。半字節(jié)查表法和查表法速度相對較高，適合對程序空間要求不高、速度則要求較高的地方使用。針對實際情況，在要求保證速度的情況下，采用查表法來實現(xiàn)CRC校驗。校驗碼生成是軟件的核心，通過對比校驗碼可以判斷每個信息字的正誤。

3.4 報文翻譯模塊

由于需要快速對報文進行解釋，另外增加了1個報文翻譯模塊，該模塊主要按照CDT編碼規(guī)則，對每一段遙信報文的信息字進行解碼，方便工作人員快速找出當前的遙信狀態(tài)。

4 現(xiàn)場應用

某110 kV變電所母線刀閘信號經(jīng)常發(fā)生錯誤信息，周期不定，因而一直被判斷為通信通道存在干擾。采用該系統(tǒng)對變電所的上行出口及在主站端的上行入口同時監(jiān)聽，連續(xù)運行了3個多月。誤信號發(fā)生后，對比2處的監(jiān)聽報文，最終判斷為廠站的規(guī)約程序存在缺陷。在特殊的條件下，程序將遙信F3幀的最后2個字節(jié)完全歸零，以致變成了特定的遙信報文。由于它能通過主站系統(tǒng)的校驗，所以引起該變母線閘刀誤信。查明原因后進行了處理，問題因此得以解決。

某35 kV變電所時常出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象，采用該系統(tǒng)進行診斷，發(fā)現(xiàn)在廠站出口處監(jiān)聽的數(shù)據(jù)正確，而主站入口處的監(jiān)聽數(shù)據(jù)發(fā)生了錯誤。因此判斷信號在通信傳送中受到干擾，最后被主站校驗后排除。

有些廠站設備也經(jīng)常出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象。經(jīng)過對比診斷，斷定廠站設備在信號快速連續(xù)翻轉的情況下會丟棄信號。比如當重合閘成功的時候，開關狀態(tài)會經(jīng)歷合閘、分閘、再合閘3個狀態(tài)，但是由于速度非?？?，廠站會丟棄分閘的信號，導致主站只有保護信號而沒有開關動作信號。

5 結語

SCADA數(shù)據(jù)出錯的智能診斷系統(tǒng)原理簡單，應用方便，硬件要求低，只需要普通PC或工控機；能夠實現(xiàn)報文的長期監(jiān)聽，診斷自動化運行中的固有缺陷，成為自動化診斷強有力的手段。

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