周軍武

（寧波三星智能電氣有限公司，浙江 寧波 315034）

0 引 言

狀態(tài)機(jī)提供一種以系統(tǒng)狀態(tài)為中心、以事件為變量的設(shè)計方法，它專注于各個狀態(tài)的特點(diǎn)以及狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由事件引起的，在研究某個具體狀態(tài)的時候，我們必然會考慮任何一個事件對這個狀態(tài)有什么樣的影響。這樣，每一個狀態(tài)中發(fā)生的每一個事件都會在我們的預(yù)料之中，也就不會留下邏輯漏洞。邏輯完備性是狀態(tài)機(jī)編程最大的優(yōu)點(diǎn)。專變終端控制模塊各項(xiàng)子功能之間存在關(guān)聯(lián)性，其在運(yùn)行調(diào)度的過程中需要良好的協(xié)調(diào)能力。采用狀態(tài)機(jī)方法進(jìn)行設(shè)計可使控制邏輯結(jié)構(gòu)更加清晰，大大提高了程序的魯棒性，降低異常情況發(fā)生的概率，對保證產(chǎn)品品質(zhì)具有很大的幫助。

1 功能需求

專變終端控制模塊的功能主要分為功率定值控制、電量定值控制、保電控制、遙控這四種。

1.1 功率定值控制

終端功率定值控制按照控制參數(shù)的不同可分為廠休控、時段控、營業(yè)報?？?，下浮控。終端在接收到主站下發(fā)的控制投入命令和設(shè)置參數(shù)后，當(dāng)未處于保證用電的狀態(tài)時，如果所監(jiān)測的實(shí)時用電功率超過限定額度，就會發(fā)出告警并根據(jù)基于控制條件的判斷結(jié)果和設(shè)置參數(shù)執(zhí)行跳閘動作，直到控制解除之后才允許用戶合閘，并對過程狀態(tài)信息進(jìn)行記錄和提示。

1.2 電量定值控制

電量定值控制主要分為月電控和購電控兩種。終端在接收到主站下發(fā)的控制投入命令和設(shè)置參數(shù)后，如果采集到的月電量或剩余電量超過使用額度，就會發(fā)出告警并根據(jù)基于控制條件的判斷結(jié)果和設(shè)置參數(shù)執(zhí)行跳閘動作。月電控在控制解除或月末24時允許用戶合閘；購電控在控制解除或重新購電使剩余電量大于跳閘門限時允許用戶重新合閘，控制狀態(tài)、過程等信息應(yīng)有記錄和提示。

1.3 保電控制

保電即保證用電需求，終端在接收到保電投入命令或與主站通信中斷后，則解除原有控制狀態(tài)且在任何情況下都不再執(zhí)行跳閘命令，直至通信恢復(fù)或收到解除命令。終端保電在投入和解除前后記錄控制狀態(tài)信息。

1.4 遙控（遠(yuǎn)程控制）

終端在接收到主站的跳閘控制命令后，會立即對按照設(shè)定參數(shù)確定的被執(zhí)行對象進(jìn)行拉閘動作。直至接收到允許合閘控制命令后才允許用戶合閘。控制狀態(tài)信息應(yīng)有記錄和提示。

2 設(shè)計實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計框架概述

控制模塊主要為專變終端提供負(fù)荷管理控制功能，主要包括功率控制、電量控制、遙控、保電、催費(fèi)報警等功能?？刂颇K以獨(dú)立任務(wù)的形式進(jìn)行業(yè)務(wù)判斷和實(shí)時處理，與其他外部模塊完全獨(dú)立，但需要外部模塊提供總加組等數(shù)據(jù)?？刂苾?nèi)部模擬多任務(wù)方，保電、功控、電控等功能由主函數(shù)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)判斷，然后由專門的控制、保電等切換狀態(tài)函數(shù)負(fù)責(zé)最終的拉合閘、聲光、液晶顯示等硬件狀態(tài)切換。設(shè)計框圖如圖1所示，整體實(shí)物效果如圖2所示。

圖1 控制模塊設(shè)計框圖

圖2 終端控制功能運(yùn)行效果示意圖

2.2 控制狀態(tài)切換狀態(tài)圖

功控和電控控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換統(tǒng)一為一個狀態(tài)切換函數(shù)對狀態(tài)遷移進(jìn)行集中管理?？刂普w狀態(tài)切換圖如圖3所示。

圖3 控制狀態(tài)切換圖

3 控制子模塊設(shè)計

3.1 功率控制

3.1.1 功控設(shè)計說明

功率控制的種類包括時段控、廠休控、營業(yè)報?？亍⒐β氏赂】兀?/p>

（1）時段控是指在一天當(dāng)中，將24小時最多分成8個時段，并設(shè)定各個時段的功率定值，以此為依據(jù)對用戶進(jìn)行用電控制。一般用于錯峰用電，按最近一次時段投入?yún)?shù)的總加組滑差功率進(jìn)行控制。功率時段控最多有3套方案，每套定值方案最多可配置8個時段功控定值，不同方案的時段可有不同的功率定值，終端根據(jù)主站下發(fā)的方案號進(jìn)行功率控制。

（2）廠休控是指對一周內(nèi)的某幾天設(shè)定控制定值，并以此為依據(jù)對用戶進(jìn)行用電控制。一般用于諸如停三開四之類的負(fù)荷控制。

（3）營業(yè)報?？厥侵冈谟脩羯暾埻I(yè)期間對用戶進(jìn)行用電控制。

（4）功率下浮控一般用于臨時限電，以當(dāng)前滑差功率為基準(zhǔn)求得限值。

功控存在四個控制類型，均取滑差功率進(jìn)行判斷，僅限值及控制時間條件不一致的情況，因此整個功控功能僅需一個功控檢測函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，將獲取功率定值以及進(jìn)行時間檢查兩部分剝離出來，根據(jù)不同的功控類型來判斷控制條件，取功控定值。

3.1.2 功控實(shí)現(xiàn)流程圖

控制模塊內(nèi)部模擬多任務(wù)異步執(zhí)行，功控檢測函數(shù)僅負(fù)責(zé)控制業(yè)務(wù)邏輯判斷，不執(zhí)行具體的跳合閘及液晶顯示、聲光報警工作，只需將對應(yīng)狀態(tài)置位，由統(tǒng)一的控制狀態(tài)切換函數(shù)來實(shí)現(xiàn)最終的狀態(tài)切換。功控檢測函數(shù)流程圖如圖4所示。

圖4 功控實(shí)現(xiàn)流程圖

3.2 電量控制

3.2.1 電控設(shè)計說明

當(dāng)?shù)亻]環(huán)電量控制有月電控、購電控兩種控制方式。兩種電量控制具有相同優(yōu)先級，可同時執(zhí)行。在參數(shù)修改、控制投入或解除以及控制執(zhí)行時有蜂鳴器告警通知客戶。電控的失效和生效原理與功控相同，電控的必要條件為總加組已配置且輪次已設(shè)置。電控投入后根據(jù)主站新設(shè)置參數(shù)而自動調(diào)整的方式與功控相同。所有電量控制一旦超過定值，無需延時，LED、蜂鳴器、LCD同步動作。

控制模塊內(nèi)部模擬多任務(wù)異步執(zhí)行，電控將月電控及購電控邏輯判斷函數(shù)分兩個業(yè)務(wù)函數(shù)執(zhí)行，該函數(shù)不執(zhí)行具體的跳合閘及液晶顯示、聲光報警工作，只需將對應(yīng)控制狀態(tài)置位，由統(tǒng)一的控制狀態(tài)切換函數(shù)實(shí)現(xiàn)最終狀態(tài)。

電控非跳閘前告警，由專門的告警函數(shù)實(shí)現(xiàn)，區(qū)分控制狀態(tài)切換函數(shù)中拉閘前告警功能。

3.2.2 月電控流程

月電控業(yè)務(wù)函數(shù)根據(jù)外部模塊提供的總加組、月電量等數(shù)據(jù)，執(zhí)行業(yè)務(wù)層面的判斷并置位控制標(biāo)志，月電控業(yè)務(wù)流程如圖5所示。

圖5 月電控流程圖

3.2.3 購電控流程

購電控業(yè)務(wù)函數(shù)根據(jù)外部模塊提供的總加組、月電量和剩余電量等數(shù)據(jù)，執(zhí)行業(yè)務(wù)層面的判斷并置位控制標(biāo)志，購電控業(yè)務(wù)流程如圖6所示。

圖6 購電控流程圖

3.3 遙控

3.3.1 設(shè)計說明

遙控又稱為遠(yuǎn)方控制，主要用于現(xiàn)場調(diào)試，即負(fù)荷管理的情況下實(shí)時下發(fā)拉合閘命令。遙控支持控制過程中突然停電重新上電后，終端依然可以正常檢測判斷，所有之前的控制命令及參數(shù)不會丟失。如果終端已經(jīng)跳閘，則開始對用戶限電，突然斷電再上電后，終端從可以跳閘開始接著計算（終端上電可能有保電）限電時間，直至到達(dá)規(guī)定時間則解除用戶跳閘狀態(tài)。如果終端還在告警中，突然斷電，則重新上電后重新告警延時。

3.3.2 功能狀態(tài)圖

遙控狀態(tài)主要分為以下幾種：收到主站的拉閘命令而執(zhí)行拉閘狀態(tài)、收到主站的合閘命令而執(zhí)行合閘狀態(tài)、拉閘前告警狀態(tài)、控制超時解除狀態(tài)（未控制）、檢測是否控制超時狀態(tài)。遙控主函數(shù)主要負(fù)責(zé)各狀態(tài)切換，以及各狀態(tài)下的相關(guān)聲光、液晶顯示操作。在控制模塊中，模擬多任務(wù)方式，遙控主函數(shù)主要負(fù)責(zé)遙控狀態(tài)切換，UTM模塊收到拉合閘命令，只需將當(dāng)前遙控狀態(tài)作為參數(shù)傳遞給遙控主函數(shù)即可。遙控狀態(tài)切換如圖7所示。

圖7 遙控功能狀態(tài)圖

3.4 保電

3.4.1 設(shè)計說明

保電狀態(tài)下終端在任何情況下都不執(zhí)行跳閘命令，如果已有跳閘則立即合閘。

3.4.2 功能狀態(tài)圖

保電狀態(tài)主要分為以下幾種：收到主站的保電投入命令而執(zhí)行投入保電狀態(tài)、收到主站的保電解除命令而執(zhí)行保電解除狀態(tài)、未投入狀態(tài)、自動保電解除狀態(tài)、自動保電投入、保電檢測狀態(tài)等。保電主函數(shù)模擬狀態(tài)機(jī)，主要負(fù)責(zé)各狀態(tài)切換，以及各狀態(tài)下的液晶顯示操作。保電狀態(tài)切換如圖8所示。

圖8 保電功能狀態(tài)圖

3.5 催費(fèi)告警

3.5.1 設(shè)計說明

主站下發(fā)催費(fèi)告警命令可實(shí)時提醒用戶及時繳費(fèi)購電，蜂鳴器和LCD同步動作。支持讀取控制狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置狀態(tài)，該狀態(tài)與終端參數(shù)及命令下發(fā)狀態(tài)一致，保電情況下支持催費(fèi)告警。在用戶重新繳費(fèi)之后，根據(jù)主站下發(fā)的解除命令解除告警。

3.5.2 功能狀態(tài)圖

催費(fèi)告警功能相對簡單，主要體現(xiàn)在幾個狀態(tài)切換，涉及告警態(tài)、告警檢測態(tài)、告警投入態(tài)、告警命令解除態(tài)、告警解除態(tài)；因此也同保電處理，模擬狀態(tài)機(jī)方式，在主函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，外部負(fù)責(zé)參數(shù)更新及更新控制投入解除狀態(tài)，催費(fèi)告警接口函數(shù)負(fù)責(zé)狀態(tài)切換及具體業(yè)務(wù)判斷及功能實(shí)現(xiàn)。催費(fèi)告警狀態(tài)切換如圖9所示。

3.6 控制數(shù)據(jù)保存

控制中部分關(guān)鍵的命令，尤其是剩余電量計算中相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)均需妥善保存，該子模塊主要負(fù)責(zé)控制模塊中數(shù)據(jù)的保存及處理機(jī)制。控制功能涉及拉合閘可能會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所有控制命令、剩余電能量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)均采用了非易失性的鐵電和EEPROM存儲器備份存儲，防止數(shù)據(jù)丟失。同時存儲控制命令整體采取16位CRC效驗(yàn)，備份存儲也采取CRC效驗(yàn)。設(shè)計控制存儲機(jī)制時考慮了存儲設(shè)備的壽命特性，針對鐵電采取每1分鐘存儲一次，針對EEPROM每5分鐘或停電時存儲一次。終端上電之后，按參數(shù)、電量、命令從不同存儲介質(zhì)中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，用全局變量緩存，方便控制模塊判斷使用情況以及進(jìn)行相應(yīng)更新。

圖9 催費(fèi)告警功能狀態(tài)圖

4 結(jié) 論

專變采集終端本身業(yè)務(wù)功能設(shè)計較為復(fù)雜，總體代碼量多達(dá)幾十萬行，這對產(chǎn)品代碼的后期維護(hù)帶來不小的挑戰(zhàn)，因此在產(chǎn)品的開發(fā)階段就必須要建立業(yè)務(wù)流程清晰，功能模塊彼此獨(dú)立又可以靈活擴(kuò)展的設(shè)計框架，實(shí)現(xiàn)這一目的則需采用一種高效可靠的設(shè)計方法，應(yīng)用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計控制模塊的總體程序框架不失為一種優(yōu)良的方案，其在產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)營中也取得了維護(hù)投入低、客戶投訴少的良好成效。因此，基于狀態(tài)機(jī)思想的設(shè)計方法對電網(wǎng)自動化信息采集設(shè)備在一些業(yè)務(wù)場景中的具體應(yīng)用具有極其重要的指導(dǎo)和借鑒意義。