CN104765914A - 一种继电保护设备逻辑组态方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护设备逻辑组态方法，对变电站内继电保护设备建立功能模块库，并选取所需功能模块元件，通过模块连线和属性配置进行设备接口信号和工作逻辑的组态编辑，之后进行连接合法性检查、逻辑环路处理、组态模块计算顺序排定，生成可编译及执行运算的序列，生成可执行映像文件。本发明可用于变电站内继电保护设备功能逻辑组态，通过模块组态实现变电站继电保护设备功能，生成可用于继电保护设备运行的可执行目标映像文件，有效地提高了设备保护/测控设备逻辑生成的效率，使得设备现场应用更灵活升级更容易，并有助于实现设备运行监控和维护，为实现变电站设备智能化、应用灵活、功能扩展提供了技术手段。

Description

一种继电保护设备逻辑组态方法

技术领域

本发明涉及一种变电站继电保护设备逻辑组态方法，属于电力系统二次设备技术领域。

背景技术

电力系统继电保护设备是一种非常复杂的电子装置，涉及多种电子元件和判据算法配合来完成继电保护逻辑功能，彼此之间联系非常紧密，使得电力系统继电保护设备的开发复杂且工程量巨大。传统的继电保护开发都是根据一次设备保护实现功能要求直接在硬件的基础上建立保护逻辑，通过结构化的程序设计语言(C语言等)实现，各个功能元件之间的联系非常的紧密。由于不同现场和应用的差异，同一类设备的保护功能要求往往难以完全一样，需要根据实施的现场而不断开发完善，这不仅导致了开发的工作量大、代码重用率低、装置测试过程繁琐，而且由于开发人员的后续修改补充，很容易在软件中植入新的缺陷而难以发现，从很大程度上限制了保护的开发应用和更新速度。

随着变电站数字化、智能化技术的不断发展与推进，以及国家电网一系列智能变电站建设和实施技术相关标准的推出，对电力系统中继电保护装置等设备的功能要求越来越高。传统的继电保护设计方式不仅难以满足现场应用的需求变化，也难以实现在线监视和运行维护，且易导致现场应用差异而出现的软件版本管理的困难，后期升级改造也面临较大困难。随着面向对象的软件设计思想、模块化编程理念以及图形可视化技术的不断深入应用，软件逻辑组态技术应运而生，其组态灵活性、现场适用性、模块可视化、易监测维护、功能可配置、接口可裁剪、代码重用率高、实施成本低的特点受到了越来越多设计开发人员的青睐，其在DCS控制系统中得到了大量应用。将逻辑组态技术运用到继电保护开发中，对保护功能进行分解、抽象按功能模块进行独立封装，将封装后的组态功能模块通过可视化技术进行保护逻辑搭建，并最终生成设备可用的目标映像文件，是继电保护设备开发的趋势。因此，研究用于继电保护功能开发的逻辑组态方法，有助于实现继电保护功能丰富的同时增加配置的灵活性和可扩展性，大大简化了保护设计开发的复杂程度，利于保护功能的快速开发、更新和升级维护，也便于现场人员了解和掌握保护设备内部逻辑原理，为设备功能测试和在线故障侦测也提供了依据。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种继电保护设备逻辑组态方法，通过功能模块的逻辑组态编辑建立与实际二次设备相似的输入输出和内部功能，通过组态排序、编译生成设备目标映像文件，用于继电保护设备运行或设备功能仿真测试。该方法有助于掌握变电站继电保护设备内部的逻辑原理、实现设备内部状态的在线监测，为快速开发设备功能提供了技术手段。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征是，包括设备功能状态监视模块、依次连接的开发模块、功能模块库、逻辑组态模块、逻辑组态检查与排序模块和逻辑组态编译模块；

所述开发模块对变电站内继电保护设备按逻辑功能进行分解和抽象，用编程和图元的手段形成功能模块元件；所述功能模块元件包括基本模块、接口模块、用户模块和组合模块，均存储在功能模块库中；

所述功能模块库包括功能模块图元库和功能模块代码库，实现模块的分类管理及组态开发；

所述逻辑组态模块从功能模块库中选取所需功能模块图元，进行二次设备工作逻辑和时序关系的组态逻辑搭建，进行模块配置，形成逻辑组态图；

所述检查与排序模块对所述逻辑组态图，进行合法性检查、环路处理和模块组态排序，生成相应的编译运算序列；

所述组态编译模块将通过检查与排序模块的组态图转换生成目标源代码，按照模块的计算序号，通过模块代码文件生成全局的目标代码文件，调用运行平台的编译工具完成代码编译，生成可执行的目标映像文件；

所述功能模块元件均具备状态监视接口；所述设备功能状态监视通过所述状态监视接口的输出模块运行状态和数据监视信息，并通过功能模块元件所属的用户模块或组合模块逐级上送，直至作为整个设备功能的监视信息输出，对整个设备运行状况进行监视。

前述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：所述基本模块提供自由组态所需的基本元件，包括简单逻辑操作模块、简单运算模块和用于组合、比较、锁存、延时、捕获操作的模块；

所述接口模块提供自由组态中所需的输入输出接口元件，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、数字量输出接口、事件信息输出接口、控制输入接口和跳闸矩阵模块；

所述用户模块根据用户预定的模块接口规范编辑生成的用户自定义逻辑模块，包括保护逻辑模块、控制功能模块和数据运算处理模块；

所述组合模块由基本模块、接口模块和用户模块经逻辑组态、编辑组合生成。

前述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：所述功能模块图元库按功能分类并以库文件的形式保存；所述库文件描述模块关联的图元信息、输入输出接口描述、定值配置信息、关联目标代码文件和接口函数信息；

所述功能模块代码库包含各个功能模块的源代码文件，提供接口函数供逻辑组态编译时关联调用，便于生成整装置目标代码文件，通过编译器完成代码编译，生成可执行的组态目标映像文件。

前述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：所述组态逻辑搭建从功能模块库中选取功能模块元件，通过拖放操作和引脚连线方式构成逻辑组态网络；

所述组态逻辑搭建支持添加、删除、复制、剪切、粘贴、撤销、恢复、查找、选中、修改属性和分页布局操作；

所述模块配置根据不同的模块功能，对模块标识及管脚标识、输入输出数据、定值参数和用户接口参数进行配置。

前述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：所述逻辑组态网络由逻辑组态模块间输入输出管脚标识构成，具有相同网络标识的模块管脚间构成连接关系。

前述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：所述合法性检查包括对逻辑组态图的模块接口、模块间信号匹配、逻辑对应关系、运算次序进行检查校验，并给出明确的提示或告警，具体规则如下：

1)逻辑组态图中所有模块输入须通过连线连接或网络标识连接；

2)逻辑组态图中与模块输入相关的驱动信号必须唯一；

3)逻辑组态图中模块输入数据类型必须与驱动信号一致；

4)逻辑组态图中模块输出管脚标识唯一；

所述环路处理遍历逻辑组态图中所有模块连线和模块引脚网络标识，对组态逻辑中的信号环路进行辨识和告警，并提供解环模块实现信号处理，形成顺序执行的有向无环图；

所述模块组态排序根据逻辑组态拓扑排定逻辑组态模块编译及运算顺序，具体步骤如下：

1)逻辑组态模块运算排序从输入模块开始，输入模块间运算顺序若无特别指定，按逻辑组态图中的先后位置进行排序；

2)按排定的输入模块顺序逐一开始，根据模块间信号连线和网络标识，对逻辑组态图进行递归遍历；

3)每查找到一个与当前模块输出信号管脚相连的新模块，就进行如下判定：若新模块所有输入管脚都关联了输入数据且所有前溯模块已确定计算顺序，则可排定新模块计算顺序；若不满足，则从新模块回溯到未排定顺序的前溯模块，重复本步骤；

4)重复步骤2至步骤3，直至逻辑组态图中所有模块顺序排定。

本发明的有益效果是：通过功能模块逻辑组态组建变电站继电保护设备功能逻辑，可快速搭建设备中数据采集、保护运算、测控等逻辑功能，编译生成可执行目标映像文件，可用于继电保护设备。有效地提高了保护/测控逻辑编辑生成的效率，有助于实现设备内部状态在线监视、掌握设备工作原理，为变电站设备功能设计开发提供了技术手段。

附图说明

图1为本发明继电保护设备逻辑组态方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明涉及的一种继电保护设备逻辑组态方法，包括设备功能状态监视模块、依次连接的开发模块、功能模块库、逻辑组态模块、逻辑组态检查与排序模块和逻辑组态编译模块，如图1所示。

开发模块具备功能模块库的开发、升级、管理等功能，对变电站内继电保护设备按逻辑功能进行分解和抽象，用编程和图元的手段形成功能模块元件。这些功能模块元件包括基本模块、接口模块、用户模块和组合模块，均存储在功能模块库中，供后续设备功能逻辑组态使用。

基本模块提供自由组态所需的基本元件，包括简单逻辑操作模块、简单运算模块和用于组合、比较、锁存、延时、捕获操作的模块，可组合生成组合模块和用户模块，是设备逻辑组态的基本元件。

接口模块提供自由组态中所需的输入输出接口元件，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、数字量输出接口、事件信息输出接口、控制输入接口、跳闸矩阵等模块，可组合生成组合模块和用户模块，是设备逻辑组态的接口元件。

用户模块根据用户预定的模块接口规范编辑生成的用户自定义逻辑模块，也可通过基本模块、接口模块、已有用户模块组态生成，包括电力系统主要元件保护、线路保护模块，支持智能变电站的合并单元、智能单元、保护逻辑模块、控制功能模块和数据运算处理模块、

组合模块由基本模块、接口模块和用户模块经逻辑组态、编辑组合生成。

功能模块库包括功能模块图元库和功能模块代码库，用于按相应规则组成具有不同逻辑功能的模块集合，所有模块遵循同样的接口与规范，使开发的目标模块可作为二次设备的独立组件在装置内应用。功能模块库支持开发应用广泛的继电保护功能模块，涵盖电力系统主要元件保护、线路保护模块，支持智能变电站合并单元、智能单元等设备功能模块。

功能模块图元库存储了功能模块的图元信息，按功能分类并以库文件的形式保存。库文件描述模块关联的图元信息、输入输出接口描述、定值配置信息、关联目标代码文件、接口函数等信息，用于组态逻辑的搭建、模块配置、编译时代码关联。

功能模块代码库包含各个功能模块的源代码文件，提供接口函数供逻辑组态编译时关联调用，便于生成整装置目标代码文件，通过编译器完成代码编译，生成可执行的组态目标映像文件。

逻辑组态模块从功能模块库中选取所需功能模块图元，通过既定的保护逻辑拓扑进行继电保护设备工作逻辑和时序关系的组态逻辑搭建，将各相关模块组合连接到一起，采用图形化的编辑实现了保护逻辑的可视化，实现模块与模块间互联、模块与接口间互联，实现组态模块功能行为与实际二次设备行为的一致，其中设备功能组态编辑，支持组态工程的导入导出存储。

本发明的逻辑组态模块主要通过组态逻辑搭建和功能模块配置来实现，其中，

设备功能的组态逻辑搭建从功能模块库的图元库中选取功能模块图元，通过拖放操作、引脚连线完成组态逻辑图搭建，各个模块管脚进行网络标识配置，构成逻辑组态标识网络。逻辑组态标识网络为组态模块间输入输出管脚标识构成，具有相同网络标识的模块管脚间构成连接关系，无论模块管脚之间是否存在连线，有助于实现连线的交叉参考、减少画面连线的数量和复杂度，更便于实现模块组态的分页布置、及实现按功能的分页显示。组态逻辑搭建支持添加、删除、复制、剪切、粘贴、撤销、恢复、查找、选中、修改属性、分页布局等操作，但并不限于上述基本功能。

功能模块配置依据组态逻辑功能要求，对组态逻辑图中的功能模块进行模块标识及管脚标识、输入输出数据、定值参数、用户接口参数配置，从而完成整个组态逻辑功能配置。

检查与排序模块对完成逻辑组态编辑的组态图，依据拓扑关系对组态图进行递归遍历，进行合法性检查、环路处理、模块组态排序，生成相应的计算序列，依据顺序关联模块代码文件，编译生成逻辑组态功能执行映像文件。

本发明的逻辑组态检查与排序包括合法性检查、环路处理和组态排序三个环节，其中

合法性检查遍历逻辑组态拓扑，检查校验逻辑组态图中逻辑对应关系、运算次序、模块间接口及信号匹配，并给出明确的提示或告警，具体规则如下：

1)逻辑组态图中所有模块输入须通过连线连接或网络标识连接；

2)逻辑组态图中与模块输入相关的驱动信号必须唯一；

3)逻辑组态图中模块输入数据类型必须与驱动信号一致；

4)逻辑组态图中模块输出管脚标识唯一；

环路处理遍历逻辑组态图中所有模块连线和模块引脚网络标识，记录遍历的路径，若路径中存在重复模块，则识别为信号环路，并告警提示，提供解环模块进行信号处理，最终形成顺序执行的有向无环图。

模块组态排序遍历逻辑组态拓扑，根据逻辑组态拓扑排定逻辑组态模块编译及运算顺序，具体步骤如下：

1)逻辑组态模块运算排序从输入模块开始，输入模块间运算顺序若无特别指定，按逻辑组态图中的先后位置进行排序；

2)按排定的输入模块顺序逐一开始，根据模块间信号连线和网络标识，对逻辑组态图进行递归遍历；

3)每查找到一个与当前模块输出信号管脚相连的新模块，就进行如下判定：若新模块所有输入管脚都关联了输入数据且所有前溯模块已确定计算顺序，则可排定新模块计算顺序；若不满足，则从新模块回溯到未排定顺序的前溯模块，重复本步骤；

4)重复步骤2至步骤3，直至逻辑组态图中所有模块顺序排定。

组态编译模块对满足模块接口及信号匹配，逻辑对应关系正确，且排定模块计算顺序的逻辑组态图，按照模块的计算序号顺序遍历组态图中的所有模块，通过模块代码文件生成全局的目标代码文件，完成模块代码关联后，依据组态功能运行目标平台，调用运行平台的编译工具完成代码编译，生成可执行的目标映像文件，供继电保护设备运行使用或提供仿真测试功能。

功能模块元件均具备状态监视接口。设备功能状态监视通过状态监视接口的输出模块运行状态和数据监视信息，并通过功能模块元件所属的用户模块或组合模块逐级上送，直至作为整个设备功能的监视信息输出，对整个设备运行状况进行监视。

本发明通过功能模块逻辑组态组建变电站继电保护设备功能逻辑，可快速搭建设备中数据采集、保护运算、测控等逻辑功能，编译生成可执行目标映像文件，可用于继电保护等设备。有效地提高了保护/测控逻辑编辑生成的效率，有助于实现设备内部状态在线监视、掌握设备工作原理，为变电站设备功能设计开发提供了技术手段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征是，包括设备功能状态监视模块、依次连接的开发模块、功能模块库、逻辑组态模块、逻辑组态检查与排序模块和逻辑组态编译模块；

所述开发模块对变电站内继电保护设备按逻辑功能进行分解和抽象，用编程和图元的手段形成功能模块元件；所述功能模块元件包括基本模块、接口模块、用户模块和组合模块，均存储在功能模块库中；

所述功能模块库包括功能模块图元库和功能模块代码库，实现模块的分类管理及组态开发；

所述逻辑组态模块从功能模块库中选取所需功能模块图元，进行二次设备工作逻辑和时序关系的组态逻辑搭建，进行模块配置，形成逻辑组态图；

所述检查与排序模块对所述逻辑组态图，进行合法性检查、环路处理和模块组态排序，生成相应的编译运算序列；

所述组态编译模块将通过检查与排序模块的组态图转换生成目标源代码，按照模块的计算序号，通过模块代码文件生成全局的目标代码文件，调用运行平台的编译工具完成代码编译，生成可执行的目标映像文件；

所述功能模块元件均具备状态监视接口；所述设备功能状态监视通过所述状态监视接口的输出模块运行状态和数据监视信息，并通过功能模块元件所属的用户模块或组合模块逐级上送，直至作为整个设备功能的监视信息输出，对整个设备运行状况进行监视。

2.根据权利要求1所述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：

所述基本模块提供自由组态所需的基本元件，包括简单逻辑操作模块、简单运算模块和用于组合、比较、锁存、延时、捕获操作的模块；

所述接口模块提供自由组态中所需的输入输出接口元件，包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、数字量输出接口、事件信息输出接口、控制输入接口和跳闸矩阵模块；

所述用户模块根据用户预定的模块接口规范编辑生成的用户自定义逻辑模块，包括保护逻辑模块、控制功能模块和数据运算处理模块；

所述组合模块由基本模块、接口模块和用户模块经逻辑组态、编辑组合生成。

3.根据权利要求1所述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：

所述功能模块图元库按功能分类并以库文件的形式保存；所述库文件描述模块关联的图元信息、输入输出接口描述、定值配置信息、关联目标代码文件和接口函数信息；

所述功能模块代码库包含各个功能模块的源代码文件，提供接口函数供逻辑组态编译时关联调用，便于生成整装置目标代码文件，通过编译器完成代码编译，生成可执行的组态目标映像文件。

4.根据权利要求1所述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：

所述组态逻辑搭建从功能模块库中选取功能模块元件，通过拖放操作和引脚连线方式构成逻辑组态网络；

所述组态逻辑搭建支持添加、删除、复制、剪切、粘贴、撤销、恢复、查找、选中、修改属性和分页布局操作；

所述模块配置根据不同的模块功能，对模块标识及管脚标识、输入输出数据、定值参数和用户接口参数进行配置。

5.根据权利要求4所述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：

所述逻辑组态网络由逻辑组态模块间输入输出管脚标识构成，具有相同网络标识的模块管脚间构成连接关系。

6.根据权利要求1所述的一种继电保护设备逻辑组态方法，其特征在于：

所述合法性检查包括对逻辑组态图的模块接口、模块间信号匹配、逻辑对应关系、运算次序进行检查校验，并给出明确的提示或告警，具体规则如下：

1)逻辑组态图中所有模块输入须通过连线连接或网络标识连接；

2)逻辑组态图中与模块输入相关的驱动信号必须唯一；

3)逻辑组态图中模块输入数据类型必须与驱动信号一致；

4)逻辑组态图中模块输出管脚标识唯一；

所述环路处理遍历逻辑组态图中所有模块连线和模块引脚网络标识，对组态逻辑中的信号环路进行辨识和告警，并提供解环模块实现信号处理，形成顺序执行的有向无环图；

所述模块组态排序根据逻辑组态拓扑排定逻辑组态模块编译及运算顺序，具体步骤如下：

1)逻辑组态模块运算排序从输入模块开始，输入模块间运算顺序若无特别指定，按逻辑组态图中的先后位置进行排序；

2)按排定的输入模块顺序逐一开始，根据模块间信号连线和网络标识，对逻辑组态图进行递归遍历；

3)每查找到一个与当前模块输出信号管脚相连的新模块，就进行如下判定：若新模块所有输入管脚都关联了输入数据且所有前溯模块已确定计算顺序，则可排定新模块计算顺序；若不满足，则从新模块回溯到未排定顺序的前溯模块，重复本步骤；

4)重复步骤2至步骤3，直至逻辑组态图中所有模块顺序排定。