CN101976883B - 基于以太网通信的自适应一体化五防系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于以太网通信的自适应一体化五防系统，以一体化五防为基础，依托监控系统的通信网络，通过TCP和UDP两种通信方式，确保操作票执行过程中，主机与适配器通信的可靠性和快速性。适配器作为监控网络上的节点，实现了装置化管理，它不仅接受监控系统的设定命令，也可将自身和电脑钥匙的运行、告警信息主动上送到监控网，实现了监控系统对五防设备的在线管理和监视。基于变电站监控网络通信的一体化五防系统，能够自适应监控后台机的主、备冗余工作模式，提高了变电站五防的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，更具体地涉及变电站防误闭锁系统。
背景技术
1.变电站五防系统现状
传统的变电站五防系统与监控系统相对独立，由五防机、通信适配器(以下简称适配器)、电脑钥匙、锁具及安装附件组成，如图1所示。五防机内安装的防误闭锁软件，具有编辑五防逻辑表、生成操作票、模拟票、防止误遥控设备等功能。五防机通过串口(或以太网)与监控系统通信，并根据逻辑表对站内设备的操作进行解锁或闭锁。
适配器具有串口和通信座，它通过串口与五防机通信，通信座的红外口与电脑钥匙通信，实现了五防机与电脑钥匙的通信过程的介质转换。
变电站内有操作任务时，先在五防机开出符合五防逻辑表的操作票，然后将操作票通过适配器传入电脑钥匙。对于遥控操作项，在监控后台完成操作，对于非遥控项，如挂临时接地线，通过电脑钥匙到就地解锁操作。
随着自动化技术在电力系统的推广，出现了一种新的防误闭锁方式：一体化五防。一体化五防系统由监控后台机、适配器、电脑钥匙、锁具及安装附件组成，系统结构如图2所示。防误功能作为监控后台软件的功能模块，具有开操作票、模拟票、逻辑闭锁、与电脑钥匙通信等功能。一体化五防的技术特点是实现了五防与监控同实时库、同图形系统，有效地提高了变电站五防的可靠性和易维护性，得到越来越广泛的应用。
2.目前一体化五防的通信
考虑到电脑钥匙使用的方便性，电脑钥匙与适配器的通信几乎都采用红外方式，监控后台与适配器的通信采用RS-232串口方式。目前，国内220kV及以上电压等级的变电站，监控后台均采用双重化配置，如图2所示。当监控主机出现异常，备机自动转为主机接管变电站的监控功能。而通过串口通信的适配器，只能连接一台监控机，无法自适应监控后台的主、备工作模式。
一体化五防的监控系统站内通信网采用以太网，通过串口通信的适配器，无法将自身及电脑钥匙的运行信息和告警信息直接发送到监控系统，作为五防的关键部件，电脑钥匙及通信适配器成了监控的盲区。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种基于以太网通信的自适应一体化五防系统，其适配器具有以太网和红外口两种通信接口，以太网接口直接连接到监控网络中，通过UDP或TCP模式实现与监控后台通信，红外口实现与电脑钥匙的无线通信。适配器自动适应监控后台的主、备工作模式，提高了五防功能的可靠性。依托监控系统监控网，实现了监控后台对适配器和电脑钥匙的在线监视和管理。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于以太网通信的自适应一体化五防系统，包括至少两台监控机、一台通信适配器、至少一个电脑钥匙、至少一个测控装置，所述至少两台监控机的监控软件包含防误闭锁功能，所述监控机之间采用主、备冗余运行方式、即其中一台监控机作为监控主机，其它监控机作为监控备机，各监控机之间以及各监控机与所述测控装置之间通过以太网通信，测控装置连接可操作设备；其特征在于：
所述通信适配器采用以太网接口通过所述以太网与所述监控主机通信，用于接收监控主机下发的操作票以及上传操作结果；所述通信适配器通过红外接口，实现与电脑钥匙的信息传递，即所述电脑钥匙通过红外接口接收操作票、向适配器发送操作结果和电脑钥匙自身工作异常的告警信息；
在所述通信适配器和所述监控主机之间相关操作票的通信过程中，采用TCP模式通信，适配器作服务端，监控主机作客户端，所述监控主机与适配器建立连接后，通过握手报文感知服务端的存在，一旦发现连接中断，则重新连接适配器。
所述电脑钥匙通过红外接口接收操作票、接收同步报文、发送操作结果和电脑钥匙自身工作异常的告警信息。
本发明通过对适配器和电脑钥匙的在线监视，有利于及时发现五防系统本身的缺陷；本发明采用的冗余配置技术、自适应技术、TCP通信模式，有效提高了变电站五防系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是独立五防系统结构示意图；
图2是传统一体化五防系统结构示意图；
图3是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
系统结构如图3所示。实现以上功能的技术要点如下所述。
1.自适应的网络化适配器
适配器对外提供以太网和红外通信接口，通过以太网接口连接到监控网络中，成为监控网的一个节点；通过红外接口，实现与电脑钥匙的信息传递。正常工作时，适配器与监控机的通信内容包括：接收操作票、上传操作结果、钥匙与监控机之间票的同步、汇报自身及电脑钥匙的工作状态等，所述工作状态包括电脑钥匙是否在线、是否有未完成的操作票、是否具有操作权限，适配器的IP地址、适配器内是否存有操作票、适配器工作电源是否正常等。
为了保证与操作票相关的通信过程的可靠性，操作票执行过程中，监控机与适配器采用TCP模式通信，适配器作服务端，监控机作客户端。监控后台与适配器建立连接后，通过握手报文感知服务端的存在，一旦发现连接中断，则重新连接适配器。
对于监控后台采用冗余配置的一体化五防系统，正常工作时，监控主机与适配器建立连接，当主机退出时，备机自动切换为主机，主动与适配器建立连接，完成通信任务。作为服务端的适配器，任一时刻只保持与一个客户端的连接，当有新客户端到来时，适配器先主动断开原有连接，再与新客户端建立通信连接。
TCP模式保证了五防软件与适配器通信的可靠性；只连接一个客户端的机制，不仅自适应了监控主、备机的工作模式，又防止了多个监控机同时与适配器通信而造成混乱。
适配器与电脑钥匙通过红外方式通信，和以太网相比，红外通信速率较慢，为适应两种不同的通信速率，监控机向电脑钥匙传输操作票时，操作票先暂存在适配器内，适配器接收到完整票后，再将操作票发送到电脑钥匙。
2.监控机的主、备冗余工作方式
五防软件作为监控软件的功能模块，运行于主机，主机生成操作票后，将其传输到电脑钥匙并监控操作票的执行过程。主机与备机通过握手报文，彼此监视对方的存在，备机处于热备用方式，主机与备机的数据库通过发布与同步机制进行实时同步，以确保两台机器内操作票的一致性。一旦主机异常退出运行，备机会自动升为主机，接管操作票的执行任务。由于主机与备机实时库具有一致性，因此可保证主、备机切换后，不丢失原有的操作票及执行进度。
主机与备机均可作为操作员站，对变电站内设备进行遥控操作。主机做遥控操作时，先检查遥控项是否与操作票内的操作项相符，只有当遥控项与操作票内操作项一致时，系统才允许进行遥控操作，否则，遥控操作将被闭锁。备机做遥控操作时，先将遥控信息发送给主机，主机验证遥控项与操作票内操作项的一致性，然后将遥控“允许”或“闭锁”信息通过网络发送到备机，备机再根据收到的信息的情况决定是否继续遥控操作。
3.对适配器进行装置化管理
适配器的装置化管理，是指按照站控层设备与间隔层设备的通信规范，将适配器纳入到变电站装置的管理范畴，设置适配器的运行参数，监视适配器的运行状态。装置化管理包括如下内容：
(1)监控系统通过以太网，以UDP组播方式，重新设定适配器的工P地址、子网掩码。
(2)监控系统通过以太网，以TCP点对点通信的方式，将监控后台的“锁具——设备映射表”发送到适配器和电脑钥匙，形成适配器和电脑钥匙的数据库。
(3)按照变电站装置与监控后台的通信协议，适配器将自身的工作状态、运行参数、告警等信息，主动上送到监控网。电脑钥匙放入通讯座后，将自身的工作状态、运行参数、告警等信息，主动发送到适配器，适配器将这些信息再转发到监控后台，从而实现了监控系统对五防设备的在线管理和监视。
基于以太网通信的自适应一体化五防系统，工程实施简单易行，包括如下两部分。
1.适配器的配置
将适配器连接到监控网上，然后在监控机上通过工具软件设置适配器的IP地址和子网掩码，设置成功后适配器即可正常工作。
2.监控数据库配置
在变电站监控数据库中，增加与适配器上送信息相关的遥信点和告警点。
Claims (7)
1.一种基于以太网通信的自适应一体化五防系统，包括至少两台监控机、一台通信适配器、至少一个电脑钥匙、至少一个测控装置，所述至少两台监控机的监控软件包含防误闭锁功能，所述监控机之间采用主、备冗余运行方式、即其中一台监控机作为监控主机，其它监控机作为监控备机，各监控机之间以及各监控机与所述测控装置之间通过以太网通信，测控装置连接可操作设备；其特征在于：
所述通信适配器采用以太网接口通过所述以太网与所述监控主机通信，用于接收监控主机下发的操作票以及上传操作结果；所述通信适配器通过红外接口，实现与电脑钥匙的信息传递，即所述电脑钥匙通过红外接口接收操作票、向通信适配器发送操作结果和电脑钥匙自身工作异常的告警信息；
在所述通信适配器和所述监控主机之间相关操作票的通信过程中，采用TCP模式通信，通信适配器作服务端，监控主机作客户端，所述监控主机与通信适配器建立连接后，通过握手报文感知服务端的存在，一旦发现连接中断，则重新连接通信适配器。
2.根据权利要求1所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：当所述监控主机退出时，监控备机自动切换为监控主机后，主动与通信适配器建立连接，作为服务端的通信适配器，任一时刻只保持与一个客户端的连接，当有新客户端到来时，通信适配器先主动断开与原监控主机的连接，再与新客户端建立通信连接。
3.根据权利要求1或2所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：所述通信适配器与所述监控主机的通信内容还包括操作票执行进度信息，该信息由监控主机发出，通过通信适配器转发至电脑钥匙，以使电脑钥匙与监控主机内的操作票执行进度保持一致；汇报所述通信适配器自身及所述电脑钥匙的工作状态，其中，所述工作状态包括电脑钥匙是否在线、是否有未完成的操作票、是否具有操作权限，通信适配器的IP地址、通信适配器内是否存有操作票、通信适配器工作电源是否正常。
4.根据权利要求1或2所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：在所述监控主机通过所述通信适配器向所述电脑钥匙传输操作票时，操作票先暂存在通信适配器内，通信适配器接收到完整操作票后，再将接受到的完整的操作票发送到所述电脑钥匙。
5.根据权利要求1或2所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：所述监控主机与所述监控备机通过握手报文彼此监视对方的存在，监控备机处于热备用方式，监控主机与监控备机的数据库通过发布与同步机制进行实时同步，以确保监控主机与监控备机内的操作票的一致性。
6.根据权利要求5所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：所述监控主机与所述监控备机均可作为操作员站，对变电站内可操作设备进行遥控操作；
当所述监控主机做遥控操作时，先检查遥控项是否与操作票内的操作项相符，只有当遥控项与操作票内操作项一致时，才允许进行遥控操作，否则，遥控操作将被闭锁；
当所述监控备机做遥控操作时，先将遥控信息发送给所述监控主机，监控主机验证遥控项是否与操作票内操作项相符，只有当遥控项与操作票内操作项一致时，监控主机允许监控备机遥控操作，否则闭锁监控备机的遥控操作。
7.根据权利要求1或2所述的自适应一体化五防系统，其特征在于：按照站控层设备与间隔层设备的通信规范，将所述通信适配器纳入到变电站装置的管理范畴，设置通信适配器的运行参数，监视通信适配器的运行状态，所述监控主机通过以太网，以UDP组播方式，设定通信适配器的IP地址、子网掩码，所述通信适配器将自身及电脑钥匙的工作状态、运行参数、告警信息主动发送到所述监控主机。
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