CN117763825A - 一种变电站辅助设备传感器模拟方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站辅助设备传感器模拟方法、系统和装置，所述方法包括辅助设备传感器组态构建、串口数据通信配置、实时报文数据修改、多种类传感器快速组图与配置、实时传感器数据交互展示，并将这些程序及模块部署在模拟传感器装置上，与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元等设备通讯，验证模拟传感器数据交互过程。本发明通过模拟变电站中需要实际接入的辅助设备传感器通讯，为实验室环境测试工作或工程项目设备安装与调试等方面提供便利。

Description

一种变电站辅助设备传感器模拟方法、系统和装置

技术领域

本发明属于电工技术领域，更具体地说，涉及一种变电站辅助设备传感器模拟方法、系统和装置。

背景技术

辅助设备在变电站中的重视程度日益增加，辅助设备在设备状态监视方面起到了一定的辅助作用，可以为设备运维人员提供所巡视的设备或现场更多的细节感知数据，在根本上为设备的运维检修等方面提供了一条可以间接了解设备运行状况或设备现状的数据依据。但是由于辅助设备传感器种类众多，传感设备所传输的协议报文也多种多样，没有统一的标准规范，这样就造成现场传感设备未完全安装前，无法做到及时或提前接入设备来完成厂内的系统联调工作。故现在的辅助设备监控系统均需要现场搭建数据库，并调试，不但增加了工程人员等待及调试时间，同时也会变相延迟变电站的投运时间。另外一方面，目前在实验室内，面向辅控系统或其他系统的配合调试工作，无法做到将大量的辅助设备传感器同时接入，在测试接入性能或整体的功能测试上也同样会存在不足。

因此，无论在实际的工程调试还是实验室验证等方面都亟需一种灵活可用、性能可靠的辅助设备传感器模拟装置，且最好这种装置能够在传感器种类、数量、数据传输等方面根据实际的需求去配置来满足使用需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种变电站辅助设备传感器模拟方法、系统和装置，解决背景技术中提到的问题。

技术方案：第一方面，一种变电站辅助设备传感器模拟方法，包括以下步骤：

根据动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元的终端传感器构建对应的模拟传感器数据信息模型，模拟传感器具备遥信、遥测、遥控、遥调数据类型，根据不同的传感器所包含的不同数据建立数据库；

将需要通讯的模拟传感器关联到对应的输出串口，对所关联的串口的参数进行配置；

根据实际的模拟传感器通讯需求建立数据输入和数据输出处理程序，通过此程序模拟实际传感器通讯交互的数据过程；

设计模拟传感器实时展示、操作、配置界面，使模拟传感器的实时数据交互展示、实时数据修改操作、传感器参数配置等过程具备可视化；

将上述程序及模块部署在模拟传感器装置上，与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元通讯，验证模拟传感器数据交互过程。

进一步的，动环监控终端需要接入的设备包括：温湿度传感器、水浸传感器、漏水传感器、水位传感器、微气象传感器、空调控制器、照明控制器、风机控制器、除湿机控制器、水泵控制器、SF₆传感器；安防监控终端需要接入的设备包括：脉冲式电子围栏；消防信息传输单元需要接入的设备包括：火灾报警控制器。

进一步的，不同的辅助设备传感器具备不同的数据类型，不同数据类型所包含的数据内容或格式也不相同；遥信数据类型至少包含功能码、寄存器地址、遥信数据发送方式、遥信值范围、遥信值；遥测数据类型至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥测值范围、遥测值；遥控数据至少包含功能码、合位寄存器地址、合位值、分位寄存器地址、分位值、当前寄存器值；遥调数据至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥调值范围、遥调值；模拟传感器本身至少包含设备地址、关联串口号；

根据上述数据使用mysql数据库建立相关表结构，构建出所有相关的模拟传感器基本数据。

进一步的，一个输出串口只对应同一种配置下的模拟传感器设备，这些模拟传感器设备通过设备地址进行区分，但所使用的数据信息模型相同；每个串口配置的参数至少包含串口规约、串口号、波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、串口方式；不同串口具备在不同串口方式下交互的能力。

进一步的，根据实际的模拟传感器通讯需求建立数据输入和数据输出处理程序包括：

模拟传感器端为服务端，判断输入报文是否正确、完整，检查地址、功能码、寄存器地址、数据个数、检验参数是否正确，如果正确，则根据所请求的数据，组成相关报文返回发送给客户端，否则返回错误响应；

对遥控或遥调请求报文，如果其报文请求格式正确，则将相对应的寄存器地址中的数据更新为请求报文中的数据值，如果请求报文错误，则不更新相对应的报文值。

进一步的，对于实时数据交互展示，界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时在右侧区域展示所接收和发送的数据；右侧区域所展示的数据为左侧树形结构中选中的模拟传感器的实时收发数据。

进一步的，对于实时数据修改操作，首先界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时右侧区域显示在左侧选中的模拟传感器的当前遥信、遥测、遥调、遥控名称及数据，在右侧分别包含修改、保存按钮，当点击修改时，当前模拟传感器中的遥信、遥测、遥调、遥控数据处于可编辑状态，当修改完成后需点击保存按钮，使修改的实时数据生效。

进一步的，对于传感器参数配置，是在串口通信开启前做的配置，包括添加设备、关联串口号、配置串口参数操作，其中在配置中，在模板列表中选择需要模拟的传感器设备，进行添加设备，支持添加多种相同的设备，用不同名字区分，同一个串口只能被关联同一种模拟传感器设备，即模板配置完全相同的模拟传感器；模板列表为可选择的模拟传感器设备；添加完设备后，进行关联串口号，选择模拟传感器装置中已有的串口号；然后对模拟传感器装置的串口参数进行配置；最后对所修改的配置进行保存。

第二方面，一种变电站辅助设备传感器模拟系统，包括：

辅助设备模拟传感器模型配置模块，用于将需要模拟的传感器所包含的数据进行数据标准化配置，包括遥信、遥测、遥控、遥调数据的配置，形成模拟传感器可进行选择配置的标准模板；

实时数据交互展示模块，用于在界面直观展示模拟传感器与客户端之间数据交互信息；

实时数据修改模块，用于在界面实时修改通讯中的模拟传感器的遥信、遥测、遥控、遥调数据，针对请求返回不同的数据；

传感器参数配置模块，用于配置需要通信的模拟传感器参数信息，通过辅助设备模拟传感器模型配置模块选择添加模拟传感器，并将传感器与外部串口关联，同时配置串口通信参数；

数据库处理模块，用于处理其他模块对数据库的添加、修改、删除操作；

数据处理模块，用于处理模拟传感器输入和输出数据交互的模块，通过此模块建立与动环监控终端、安防监控终端及消防信息传输单元的联系。

第三方面，一种变电站辅助设备传感器模拟装置，包括：

CPU板，具备以太网网口、两个原生串口、VGA输出接口、USB接口及SATA接口，以太网接口与外部调试设备相连接，用于远程调试配置；原生串口用于将原有串口扩展为多网卡通道使用；VGA输出接口用于外接显示设备；USB接口用于接入用户交互控制设备；SATA接口用于接入存储设备；

串口扩展卡，通过接入CPU板原生串口将原有串口扩展为多个串口，每个串口可与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元的串口相连接；外部设备串口通过串口扩展卡将串口信号发送至CPU板原生串口上，并通过指令转换器转化为数字信号传到CPU板上；CPU板上的数字信号通过指令转换器转换为串口信号，经原生串口发送到指定的串口扩展口，返回到外部串口设备；

指令转换器，位于CPU板上，用于将CPU板上的数字信号和串口信号相互转换；

电源板，与CPU板相连接，为CPU板和串口扩展卡提供电能。

有益效果：(1)通过本发明提供的方法能够更加全面的模拟辅助设备传感器，并根据实际传感器需求搭建变电站现场环境及实验室测试环境，解决了在厂内联调环境或实验室研发环境下辅助设备传感器多种类繁杂的环境搭建难题。(2)本发明提供了变电站辅助设备传感器模拟装置，该装置能够在传感器种类、数量、数据传输等方面根据实际的需求去配置来满足使用需求，降低了传感器环境搭建的复杂性，节省了工程人员现场调试时间及研发人员测试时间、间接缩短了工程项目实际投运时间。

附图说明

图1为根据本发明实施例的变电站辅助设备传感器模拟方法流程图；

图2为根据本发明实施例的变电站辅助设备传感器模拟系统模块交互图；

图3为根据本发明实施例的变电站辅助设备传感器模拟装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例一

本实施例提供一种变电站辅助设备传感器模拟方法，如图1所示，方法包括下列步骤：

S1：辅助设备传感器组态构建：根据动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元等对下接入的终端传感器构建对应的模拟传感器数据信息模型。

动环监控终端一般接入温湿度传感器、水浸传感器、漏水传感器、水位传感器、微气象传感器、空调控制器、照明控制器、风机控制器、除湿机控制器、水泵控制器、SF₆传感器等；安防监控终端一般接入脉冲式电子围栏；消防信息传输单元一般接入火灾报警控制器。根据以上需要接入的设备建立模拟传感器数据信息模型。

如下表1所列为一部分辅助设备传感器数据信息模型示例，可以根据实际设备数据需求定义传感器数据信息模型，即类似于表1中设备-数据类型-数据内容的对应关系。

表1部分辅助设备传感器模型示例

S2：模拟传感器具备遥信、遥测、遥控、遥调等数据类型，根据不同的传感器所包含的不同数据建立数据库，根据不同类型的数据建立数据库。

不同的辅助设备传感器具备不同的数据类型，不同数据类型所包含的数据内容或格式也不相同；遥信数据类型至少包含功能码、寄存器地址、遥信数据发送方式、遥信值范围、遥信值等数据；遥测数据类型至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥测值范围、遥测值等数据；遥控数据至少包含功能码、合位寄存器地址、合位值、分位寄存器地址、分位值、当前寄存器值等数据；遥调数据至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥调值范围、遥调值等数据；模拟传感器本身至少包含设备地址、关联串口号等数据。根据上述数据使用mysql数据库建立相关表结构，将所有相关的模拟传感器基本数据建立出来。

如下表2-表5给出了四种数据类型下所包含的数据内容或格式示例。

表2遥信数据内容和格式

表3遥测数据内容和格式

表4遥控数据内容和格式

表5遥调数据内容和格式

S3：将需要通讯的模拟传感器关联到对应的输出串口，对所关联的串口的参数进行配置。

一个输出串口只能对应同一种配置下的模拟传感器设备，它们通过设备地址进行区分，但所使用的数据信息模型都是相同的；每个串口至少包含串口规约、串口号、波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、串口方式等数据。针对不同传感器设备，串口的通讯规约可能不同，如火灾报警控制器，其厂家的规约通讯不是标准的modbus规约，在通讯配置上需要做不同的配置，同时部分设备的串口工作方式也可能存在不同，分别包括RS232模式、RS422模式或RS485模式等，不同的串口通信方式，在通讯交互中有所不同，所以在串口参数的配置上应具备不同功能的串口交互方法。

表6示出了串口参数配置的一个示例，通过串口参数配置中的串口号与硬件装置中的输出串口相关联。

表6串口参数配置示例

S4：根据实际的模拟传感器通讯需求建立数据输入和数据输出处理程序，通过此程序模拟实际传感器通讯交互的数据过程；

根据建立的输入和输出处理程序，模拟传感器端为服务端，动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元等设备作为客户端，首先由客户端发出请求报文，在服务端判断输入服务端的报文是否正确、完整，检查地址、功能码、寄存器地址、数据个数、检验等参数；如果正确根据所请求的数据，组成相关报文返回发送给客户端，否则返回错误响应；对遥控或遥调请求报文，如果其报文请求格式正确，则将相对应的寄存器地址中的数据更新为请求报文中的数据值，如果请求报文错误，则不更新相对应的报文值。

S5：设计模拟传感器实时展示、操作、配置界面，使模拟传感器的实时数据交互展示、实时数据修改操作、传感器参数配置等过程具备可视化；

对于实时数据交互展示，界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时在右侧区域展示所接收和发送的数据；右侧区域所展示的数据为左侧树形结构中选中的模拟传感器的实时收发数据。

对于实时数据修改操作，主要针对遥信、遥测、遥调、遥控的当前数据进行实时修改，来改变模拟传感器返回的数据报文。首先界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时右侧区域显示在左侧选中的模拟传感器的当前遥信、遥测、遥调、遥控名称及数据，在右侧分别包含修改、保存等按钮，当点击修改时，当前模拟传感器中的遥信、遥测、遥调、遥控数据处于可编辑状态，当修改完成后需点击保存按钮，使修改的实时数据生效。

对于传感器参数配置，传感器参数配置为串口通信开启前做的配置，此操作配置仅针对添加设备、关联串口号、串口参数等做配置。在配置中可在模板列表中选择需要模拟的传感器设备，进行添加设备，可添加多种相同的设备，用不同名字区分，同一个串口智能被关联同一种模拟传感器设备，即模板配置完全相同的模拟传感器；模板列表为可选择的模拟传感器设备；添加完设备后，进行关联串口号，选择模拟传感器装置中已有的串口号；然后对模拟传感器装置的串口参数进行配置；最后对所修改的配置进行保存。

S6：将上述程序及模块部署在模拟传感器装置的cpu板卡上，与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元等设备通讯，通过客户端不断发送接收数据，验证模拟传感器服务端数据交互过程。

基于所述的方法，通过可视化的配置工具，可以方便地模拟生成不同类型的辅助设备传感器，并且可以根据不同类型的传感器生成不同的通讯报文，也可以根据实际报文需求同步修改实时发送的遥测数据或遥信状态，根据需求反馈错误报文。通过模拟变电站中需要实际接入的辅助设备传感器通讯，为实验室环境测试工作或工程项目设备安装与调试等方面提供便利。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种变电站辅助设备传感器模拟系统，包括如下模块：

辅助设备模拟传感器模型配置模块，用于将需要模拟的传感器所包含的数据进行数据标准化配置，主要包括遥信、遥测、遥控、遥调数据的配置，形成模拟传感器可进行选择配置的标准模板；

实时数据交互展示模块，用于在界面直观展示模拟传感器与客户端之间数据交互信息。

实时数据修改模块，用于在界面实时修改通讯中的模拟传感器的遥信、遥测、遥控、遥调数据，针对请求返回不同的数据。

传感器参数配置模块，用于配置需要通信的模拟传感器参数信息，通过辅助设备模拟传感器模型配置模块选择添加模拟传感器，并将传感器与外部串口关联，同时配置串口通信参数。

数据库处理模块，主要针对传感器配置、实时数据修改、串口参数配置、数据处理读写等方面做数据存储和修改。

数据处理模块，用于处理模拟传感器输入和输出数据交互的模块，通过此模块建立与动环监控终端、安防监控终端及消防信息传输单元的联系。

各模块对应的处理过程或实现过程可参照实施例一中的相应描述，此处不再赘述。

上述的变电站辅助设备传感器模拟系统，提供可视化的配置工具，用来方便地模拟生成不同类型的辅助设备传感器，可以根据不同类型的传感器生成不同的通讯报文，也可以根据实际报文需求同步修改实时发送的遥测数据或遥信状态，并且根据需求反馈错误报文。利用该系统能够根据所需的传感器种类或数量进行快速配置，满足变电站辅助监控系统对终端不同种类及数量的辅助设备传感器通讯的需求。

实施例三

本实施例提供一种变电站辅助设备传感器模拟装置，如图3所示，该装置包括：

CPU板，cpu板卡具备以太网网口、两个原生串口以、VGA输出接口、USB接口及sata接口。以太网接口与外部调试设备相连接，用于远程调试配置；原生串口用于将原有串口扩展为多网卡通道使用；VGA输出接口用于外接显示设备；USB接口用于接入用户交互控制设备，如鼠标、键盘等；sata接口用于接入存储设备；

串口扩展卡，通过接入CPU板原生串口将原有串口扩展为多个串口，每个串口可与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元等设备串口相连接；外部设备串口通过串口扩展卡将串口信号发送至CPU板卡原生串口上，并通过指令转换器转化为数字信号传到CPU板上；CPU板上的数字信号通过指令转换器转换为串口信号，经原生串口发送到指定的串口扩展口，返回到外部串口设备；串口扩展卡中每个串口包含跳线帽，串口可通过跳线帽切换串口的工作模式；串口的工作模式包括RS232模式、RS422模式或RS485模式。

指令转换器，位于CPU板卡上，用于将CPU板上的数字信号和串口信号相互转换；

电源板，与CPU板卡相连接，为CPU板卡和串口扩展卡提供电能。

所述的变电站辅助设备传感器模拟装置结合其他实施例中所述的方法和系统，能够帮助更加全面的模拟辅助设备传感器，并根据实际传感器需求搭建变电站现场环境及实验室测试环境。本发明能够极大地降低传感器环境搭建的复杂性，节省工程人员现场调试时间及研发人员测试时间、间接缩短了工程项目实际投运时间。

Claims (10)

1.一种变电站辅助设备传感器模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

根据动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元所需要接入的传感器设备构建对应的模拟传感器数据信息模型，模拟传感器具备遥信、遥测、遥控、遥调数据类型，根据不同的传感器所包含的不同数据建立数据库；

将需要通讯的模拟传感器关联到对应的输出串口，对所关联的串口的参数进行配置；

根据实际的模拟传感器通讯需求建立数据输入和数据输出处理程序，通过此程序模拟实际传感器通讯交互的数据过程；

设计模拟传感器实时展示、操作、配置界面，使模拟传感器的实时数据交互展示、实时数据修改操作、传感器参数配置过程具备可视化能力；

将上述程序及模块部署在模拟传感器装置上，与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元通讯，验证模拟传感器数据交互过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，动环监控终端需要接入的设备包括：温湿度传感器、水浸传感器、漏水传感器、水位传感器、微气象传感器、空调控制器、照明控制器、风机控制器、除湿机控制器、水泵控制器、SF₆传感器；安防监控终端需要接入的设备包括：脉冲式电子围栏；消防信息传输单元需要接入的设备包括：火灾报警控制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同的辅助设备传感器具备不同的数据类型，不同数据类型所包含的数据内容或格式也不相同；其中，遥信数据类型至少包含功能码、寄存器地址、遥信数据发送方式、遥信值范围、遥信值；遥测数据类型至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥测值范围、遥测值；遥控数据至少包含功能码、合位寄存器地址、合位值、分位寄存器地址、分位值、当前寄存器值；遥调数据至少包含功能码、寄存器地址、数据值类型、遥调值范围、遥调值；模拟传感器本身至少包含设备地址、关联串口号；

根据上述数据使用mysql数据库建立相关表结构，构建出所有相关的模拟传感器基本数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个输出串口只对应同一种配置下的模拟传感器设备，这些模拟传感器设备通过设备地址进行区分，但所使用的数据信息模型相同；每个串口配置的参数至少包含串口规约、串口号、波特率、数据位、奇偶校验位、停止位、串口方式；不同串口具备在不同串口方式下交互的能力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实际的模拟传感器通讯需求建立数据输入和数据输出处理程序包括：

模拟传感器端为服务端，判断输入报文是否正确、完整，检查地址、功能码、寄存器地址、数据个数、检验参数是否正确，如果正确，则根据所请求的数据，组成相关报文返回发送给客户端，否则返回错误响应；

对遥控或遥调请求报文，如果其报文请求格式正确，则将相对应的寄存器地址中的数据更新为请求报文中的数据值，如果请求报文错误，则不更新相对应的报文值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于实时数据交互展示，界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时在右侧区域展示所接收和发送的数据；右侧区域所展示的数据为左侧树形结构中选中的模拟传感器的实时收发数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于实时数据修改操作，首先界面先读取所配置的模拟传感器，将各个传感器以树形结构在界面左侧展示，同时右侧区域显示在左侧选中的模拟传感器的当前遥信、遥测、遥调、遥控名称及数据，在右侧分别包含修改、保存按钮，当点击修改时，当前模拟传感器中的遥信、遥测、遥调、遥控数据处于可编辑状态，当修改完成后需点击保存按钮，使修改的实时数据生效。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于传感器参数配置，是在串口通信开启前做的配置，包括添加设备、关联串口号、配置串口参数操作，其中在配置中，在模板列表中选择需要模拟的传感器设备，进行添加设备，支持添加多种相同的设备，用不同名字区分，同一个串口只能被关联同一种模拟传感器设备，即模板配置完全相同的模拟传感器；模板列表为可选择的模拟传感器设备；添加完设备后，进行关联串口号，选择模拟传感器装置中已有的串口号；然后对模拟传感器装置的串口参数进行配置；最后对所修改的配置进行保存。

9.一种变电站辅助设备传感器模拟系统，其特征在于，包括：

辅助设备模拟传感器模型配置模块，用于将需要模拟的传感器所包含的数据进行数据标准化配置，包括遥信、遥测、遥控、遥调数据的配置，形成模拟传感器可进行选择配置的标准模板；

实时数据交互展示模块，用于在界面直观展示模拟传感器与客户端之间数据交互信息；

实时数据修改模块，用于在界面实时修改通讯中的模拟传感器的遥信、遥测、遥控、遥调数据，针对请求返回不同的数据；

传感器参数配置模块，用于配置需要通信的模拟传感器参数信息，通过辅助设备模拟传感器模型配置模块选择添加模拟传感器，并将传感器与外部串口关联，同时配置串口通信参数；

数据库处理模块，用于处理其他模块对数据库的添加、修改、删除操作；

数据处理模块，用于处理模拟传感器输入和输出数据交互的模块，通过此模块建立与动环监控终端、安防监控终端及消防信息传输单元的联系。

10.一种变电站辅助设备传感器模拟装置，其特征在于，包括：

CPU板，具备以太网网口、两个原生串口、VGA输出接口、USB接口及SATA接口，以太网接口与外部调试设备相连接，用于远程调试配置；原生串口用于将原有串口扩展为多网卡通道使用；VGA输出接口用于外接显示设备；USB接口用于接入用户交互控制设备；SATA接口用于接入存储设备；

串口扩展卡，通过接入CPU板原生串口将原有串口扩展为多个串口，每个串口可与动环监控终端、安防监控终端、消防信息传输单元的串口相连接；外部设备串口通过串口扩展卡将串口信号发送至CPU板原生串口上，并通过指令转换器转化为数字信号传到CPU板上；CPU板上的数字信号通过指令转换器转换为串口信号，经原生串口发送到指定的串口扩展口，返回到外部串口设备；

指令转换器，位于CPU板上，用于将CPU板上的数字信号和串口信号相互转换；

电源板，与CPU板相连接，为CPU板和串口扩展卡提供电能。