CN103279333A - 一种基于scada系统的多节点顺序控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，它运用了树形组态配置和对象逻辑表达式属性相结合的顺控方式来减少树形结构的多层配置工作量，顺控逻辑解析器能够根据顺控节点对象的逻辑条件表达式算出其逻辑结果，主要算法是运用堆栈和队列这两种容器的递归算法计算逻辑中缀表达式，本发明对顺控对象进行了分类，定义一个结果类型的顺控节点作为顺控事件的关键节点，作用有两点，一是作为后面的顺控执行判断条件，并可简化其他顺控对象节点的逻辑表达式配置，二是输出一个顺控的里程碑结果，判断顺控是否终止；定义一个条件类型的顺控节点作为顺控对象的前提条件，并实现了条件的多样化，包换数字量、模拟量，脉冲量等多种形式。

Description

一种基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法

技术领域

本发明涉及SCADA系统平台所应用的专业技术领域，涵盖电力监控、水利监控、油气化工、轨道交通、煤炭矿井等需要进行多节点有逻辑顺序的监视控制业务的工控行业，尤其适用于电气化铁路和城市轨道交通综合监控系统中的电力监控、环境监控等专业应用，并由于其灵活的全组态方式，也可推广到功能需求类似的专业和商业应用。

背景技术

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统即数据采集与监视控制系统。可广泛应用于电力系统、水利监控系统、煤炭、石油、冶金化工、轨道交通等行业的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对各类运行环境、多种运行设备进行监视和控制，以实现设备控制、数据采集、测量、参数调节、各类信号报警、历史数据存储等各项功能。

随着SCADA系统的发展，控制中心针对实时数据的监控已经不能满足于仅仅有单点的遥控，更期望一次性的顺序下发多点遥控，也就是所谓的多节点顺序控制，能够便于中心调度人员操作。

多节点顺序控制（以下简称顺控）是指通过SCADA系统控制界面，根据预先规定的操作逻辑和闭锁规则，自动按规则下发一系列遥控命令，完成一系列遥控对象的操作，最终改变系统运行状态的过程，例如电力系统的变电站顺序控制，实现变电站电气设备从运行、热备用、冷备用、检修等状态的自动转换，可用于轨道交通行业全线停送电，越区停送电，站内停送电等等。另外顺控在配网监控系统、环境控制系统中也可以有相似应用。

顺控操作最重要的一点就是通过把握好各个遥控节点之间的逻辑顺序关系以及闭锁规则等，以SCADA系统人机界面的方式提供给用户操作。

目前的顺控操作主要包括两种模式。

1．串行顺控操作：目前绝大多数的SCADA系统都是运用组态配置的方法，根据遥控顺序依次配置各个遥控节点，在用户下发顺控指令的时候触发其后台顺控程序，依次读取各个节点并下发相对应的遥控指令。

该模式优点是可由配置人员灵活配置各种顺控操作，并且后台程序固定，无需更改。其缺点是该模式存在一定局限性，其组态的逻辑关系一般只有串行顺控，也就是只有“与”的逻辑关系，只要上一节点遥控失败就一定不能执行下一节点的遥控，但是这样并不能完全满足用户需求，在很多的情况下，顺控操作有多分支并行情况，也就是既有“与”的逻辑关系，也有“或”和“非”的逻辑关系，并且在每个节点遥控执行时都可能会有若干个前提条件，在此情况下，该模式不适用。

2．定制开发的顺控操作：针对第一种模式的缺点，很多SCADA系统的工程项目在顺控操作方面舍弃了组态配置的方法，而是运用高级开发语言来编写针对单一项目的个性化程序。

其优点是量身定做，可以满足用户的任何需求。但是，该模式也有定制化产品的通病，开发周期过长，开发成本过高，另外由于通用性差，产品的后期维护，二次开发等也很浪费人力物力。

发明内容

针对于此，本发明设计从现有技术基础出发，设计新的全组态多线程多分支的顺控操作组件SequenceCom，通过界面组态的友好方式配置顺控的各个节点，并通过在配置节点时的属性参数设置来完成顺控中多分支的“与”、“或”、“非”多重混合逻辑，由唯一的后台顺控程序来实时读取配置，并根据配置逻辑依次下发遥控命令，并可多线程并行下发多个顺控事件。本发明结合了传统的两种顺控操作模式的优点，既适用于任何顺控逻辑，且只需配置人员进行组态配置，后台顺控程序唯一且无需更改。本发明以一次性的设计开发投入换取了一套适应SCADA平台在多个行业里越来越细化的市场和用户需求的顺控组件SequenceCom。

本发明的技术方案：本发明采用基于SCADA平台的组态配置+后台程序+界面触发的设计理念，其基本工作原理如图1所示。

本发明能够在使关联到多个遥控开关且有逻辑顺序的遥控操作实现一键运行，并能够提示用户运行结果，其逻辑主要可分为3类情况：

1、 顺序执行：所有控制步骤顺序执行，只要有失败就停止并退出顺控。

2、 混合执行：所有控制步骤顺序执行，若有分支则依次执行所有分支，若分支失败则转入下一分支，若所有分支全部失败则停止并退出顺控。(注：顺序执行时混合执行的特殊形式。)

3、 并发执行：所有分支控制能够并发下发，分支内再混合或者顺序执行。

其业务流程图如图2。

组态规则：本发明基于SCADA系统平台，其组态配置为树形结构，运用到基于对象、属性的两级组织方式，分别如下。

  对象：

本发明主要用到的配置对象有如下四个：?  SequenceControl(简称SC)：顺控事件，为一系列具体顺控对象的集合。

?  SequenceAction(简称SA)：顺控对象，为某一个具体的顺控步骤，关联具体的遥控对象等。

?  DoublePoint(简称DP)：遥信对象，用来保存遥控对象返回的状态。

?  DoubleCommand(简称DC)：遥控对象，用来保存实际需遥控的远方对象，并关联对应的遥信对象。

  属性：

本发明各个对象包含如下属性（关键属性）：

?  DoublePoint对象：

     State：遥信点状态，例如开、关、故障等等。

?  DoubleCommand对象：

                PointOperationMode：闭锁条件；

                Command：下发遥控命令；

                Status：遥控点执行状态，例如执行成功、执行失败，执行超时等等；

                DoublePointLink：关联遥信对象。

?  SequenceControl对象：

             Trigger：触发顺控事件；

             Logic：逻辑类型，分为串行、并行、混合型；

              AreaOfResponsibility：责任区；

              AlarmLink：关联顺控报警。

?  SequenceAction对象：

                Rank：顺控对象序号；

                Type：顺控对象类型，分为结果、条件、遥控三种；

                ObjectLink：关联对象，遥控、遥测等均可；

                ObjectAim：顺控对象执行目标；

                PreSAExpress：针对本顺控对象的前提条件逻辑表达式；

                Status：顺控对象执行结果，例如成功、失败、等待中等待。

算法实现：根据树形结构的对象配置特点，本发明的后台顺控程序主要思路是从树形图的根节点开始根据递归原理依次展开每个节点，并且根据每个点的执行情况来判断是否执行下一个点。树形图每层里的对象无论是SA还是SC，都按照其Rank号依次执行，其执行方式依赖父对象的Logic值、其自身Logic和Status值以及其子对象的Status值。

主要步骤为根据SC的Logic值以及其子对象的Status值来依次执行SC的子对象，若子对象为SC则继续查找下一层子对象，直到子对象为SA，在执行SA若成功则继续直到该层所有SA都执行完毕，若失败则需要再次判断其父对象的Logic属性。

具体流程图如图3所示。

流程优化：上述方案的优点是配置人员能够根据顺控卡片逻辑灵活配置各种逻辑，并且顺控步骤任何关键节点出错都能及时跳出顺控。缺点是本发明由于把各种逻辑都显示在配置中(树可能有多层，且每层都可能既有SC也有SA)，所以对配置人员难度有所加大，另外因为逻辑复杂，程序的效率较低。因此本发明还可进行进一步优化，把递归执行树的节点这个逻辑顺序放入了每个节点的条件逻辑表达式中，在读取到这个节点时再根据其逻辑表达式结果判断是否执行该节点，另外设计了一个结果类型的SA节点作为顺控步骤的关键节点，用于作为是否退出顺控的里程碑节点。

树形图只有根对象为SC（多线程并发模式例外，树除了根以外第二层也为SC），孩子都为SA，且SA分为三类（条件、遥控、结果），并且SA按照rank号排序，程序读到每个SA时都要看其PreSAExpress属性所配置的逻辑表达式并确定下一步怎么做。

具体流程图如图4所示。

有益效果：

1、本发明运用了树形组态配置和对象逻辑表达式属性相结合的顺控方式来减少树形结构的多层配置工作量，顺控逻辑解析器能够根据顺控节点对象的逻辑条件表达式算出其逻辑结果，主要算法是运用堆栈和队列这两种容器的递归算法计算逻辑中缀表达式。

2、本发明对顺控对象进行了分类，定义一个结果类型的顺控节点作为顺控事件的关键节点，作用有两点，一是作为后面的顺控执行判断条件，并可简化其他顺控对象节点的逻辑表达式配置，二是输出一个顺控的里程碑结果，判断顺控是否终止；定义一个条件类型的顺控节点作为顺控对象的前提条件，并实现了条件的多样化，包换数字量、模拟量，脉冲量等多种形式。

3、本发明配置简单（只有两层，第一层为根节点，第二层为SA），配置人员只需要在SA下编写一个逻辑表达式，此表达式逻辑简单易写，后台顺控程序只需要判断表达式结果就能决定执行与否，使得后台程序效率提高，增加了其稳定性。

附图说明

图1 本发明实施例的SequenceCom基本工作原理图。

图2 本发明实施例的SequenceCom业务流程图。

图3 本发明实施例的SequenceCom后台顺控程序流程图。

图4 本发明实施例的SequenceCom优化后的后台顺控程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

本发明采用基于SCADA平台的组态配置+后台程序+界面触发的设计理念，其基本工作原理如图1所示，能够在使关联到多个遥控开关且有逻辑顺序的遥控操作实现一键运行，并能够提示用户运行结果，其逻辑主要可分为三类情况：

a、顺序执行：所有控制步骤顺序执行，只要有失败就停止并退出顺控，

b、混合执行：所有控制步骤顺序执行，若有分支则依次执行所有分支，若分支失败则转入下一分支，若所有分支全部失败则停止并退出顺控 (注：顺序执行时混合执行的特殊形式)，

c、并发执行：所有分支控制能够并发下发，分支内再混合或者顺序执行。

业务流程图如图2。

组态规则：基于SCADA系统平台，其组态配置为树形结构，运用到基于对象、属性的两级组织方式，分别如下。

a对象：

本权利主要用到的配置对象有如下四个：

①SequenceControl(简称SC)：顺控事件，为一系列具体顺控对象的集合，

②SequenceAction(简称SA)：顺控对象，为某一个具体的顺控步骤，关联具体的遥控对象，

③DoublePoint(简称DP)：遥信对象，用来保存遥控对象返回的状态，

④DoubleCommand(简称DC)：遥控对象，用来保存实际需遥控的远方对象，并关联对应的遥信对象。

b属性：

本发明各个对象包含如下属性（关键属性）：

①DoublePoint对象：

State：遥信点状态，例如开、关、故障等等，

②DoubleCommand对象：

PointOperationMode：闭锁条件，

Command：下发遥控命令，

Status：遥控点执行状态，例如执行成功、执行失败。执行超时等等，

DoublePointLink：关联遥信对象，

③SequenceControl对象：

Trigger：触发顺控事件，

Logic：逻辑类型，分为串行、并行、混合型，

AreaOfResponsibility：责任区，

AlarmLink：关联顺控报警，

④SequenceAction对象：

Rank：顺控对象序号，

Type：顺控对象类型，分为结果、条件、遥控三种，

ObjectLink：关联对象，遥控、遥测等均可，

ObjectAim：顺控对象执行目标，

PreSAExpress：针对本顺控对象的前提条件逻辑表达式，

Status：顺控对象执行结果，例如成功、失败、等待中等待。

算法实现：根据树形结构的对象配置特点，后台顺控程序主要思路是从树形图的根节点开始根据递归原理依次展开每个节点，并且根据每个点的执行情况来判断是否执行下一个点。树形图每层里的对象无论是SA还是SC，都按照其Rank号依次执行，其执行方式依赖父对象的Logic值、其自身Logic和Status值以及其子对象的Status值。

主要步骤为根据SC的Logic值以及其子对象的Status值来依次执行SC的子对象，若子对象为SC则继续查找下一层子对象，直到子对象为SA，在执行SA若成功则继续直到该层所有SA都执行完毕，若失败则需要再次判断其父对象的Logic属性具体流程图如图3。

流程优化：上述方案的优点是配置人员能够根据顺控卡片逻辑灵活配置各种逻辑，并且顺控步骤任何关键节点出错都能及时跳出顺控。缺点是本发明由于把各种逻辑都显示在配置中(树可能有多层，且每层都可能既有SC也有SA)，所以对配置人员难度有所加大，另外因为逻辑复杂，程序的效率较低。因此本发明还可进行进一步优化，把递归执行树的节点这个逻辑顺序放入了每个节点的条件逻辑表达式中，在读取到这个节点时再根据其逻辑表达式结果判断是否执行该节点，另外设计了一个结果类型的SA节点作为顺控步骤的关键节点，用于作为是否退出顺控的里程碑节点。

树形图只有根对象为SC（多线程并发模式例外，树除了根以外第二层也为SC），孩子都为SA，且SA分为三类（条件、遥控、结果），并且SA按照rank号排序，程序读到每个SA时都要看其PreSAExpress属性所配置的逻辑表达式并确定下一步怎么做。

具体流程图如图4所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，采用基于SCADA平台的组态配置+后台程序+界面触发的原理，其特征在于，

使关联到多个遥控开关且有逻辑顺序的遥控操作实现一键运行，并提示运行结果，其逻辑分为三类：

a、顺序执行：所有控制步骤顺序执行，只要有失败就停止并退出顺控；

b、混合执行：所有控制步骤顺序执行，若有分支则依次执行所有分支，若分支失败则转入下一分支，若所有分支全部失败则停止并退出顺控；

c、并发执行：所有分支控制能够并发下发，分支内再混合或者顺序执行；

方法实现：根据树形结构的对象配置特点，后台顺控程序是从树形图的根节点开始根据递归原理依次展开每个节点，并且根据每个点的执行情况来判断是否执行下一个点，树形图每层里的对象无论是SA还是SC，都按照其Rank号依次执行，其执行方式依赖父对象的Logic值、其自身Logic和Status值以及其子对象的Status值。

2.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，其特征在于：根据SC的Logic值以及其子对象的Status值来依次执行SC的子对象，若子对象为SC则继续查找下一层子对象，直到子对象为SA，在执行SA若成功则继续直到该层所有SA都执行完毕，若失败则需要再次判断其父对象的Logic属性。

3.根据权利要求2所述的基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，其特征在于：把递归执行树的节点这个逻辑顺序放入了每个节点的条件逻辑表达式中，在读取到这个节点时再根据其逻辑表达式结果判断是否执行该节点，另外设计了一个结果类型的SA节点作为顺控步骤的关键节点，用于作为是否退出顺控的里程碑节点。

4.根据权利要求3所述的基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，其特征在于：树形图只有根对象为SC，孩子都为SA，且SA分为三类：条件、遥控、结果，并且SA按照rank号排序，程序读到每个SA时都要看其PreSAExpress属性所配置的逻辑表达式并确定下一步怎么做。

5.根据权利要求1-4之一所述的基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，其特征在于：组态规则是基于SCADA系统平台，其组态配置为树形结构，运用到基于对象、属性的两级组织方式。

6.根据权利要求5所述的基于SCADA系统的多节点顺序控制的方法，其特征在于：所述对象有如下四个：

①SequenceControl(简称SC)：顺控事件，为一系列具体顺控对象的集合；

②SequenceAction(简称SA)：顺控对象，为某一个具体的顺控步骤，关联具体的遥控对象；

③DoublePoint(简称DP)：遥信对象，用来保存遥控对象返回的状态；

④DoubleCommand(简称DC)：遥控对象，用来保存实际需遥控的远方对象，并关联对应的遥信对象；

所述属性包含如下对象中：

①DoublePoint对象：

State：遥信点状态，开或关或故障；

②DoubleCommand对象：

PointOperationMode：闭锁条件，

Command：下发遥控命令，

Status：遥控点执行状态，执行成功或执行失败或执行超时，

DoublePointLink：关联遥信对象；

③SequenceControl对象：

Trigger：触发顺控事件，

Logic：逻辑类型，为串行或并行或混合型，

AreaOfResponsibility：责任区，

AlarmLink：关联顺控报警；

④SequenceAction对象：

Rank：顺控对象序号，

Type：顺控对象类型，为结果或条件或遥控三种，

ObjectLink：关联对象，遥控或遥测，

ObjectAim：顺控对象执行目标，

PreSAExpress：针对本顺控对象的前提条件逻辑表达式，

Status：顺控对象执行结果，为成功或失败或等待中等待。

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