SCADA数据出错智能诊断系统的开发与应用

任志翔，仇群辉，周 垠

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314033）

0 引言

随着变电站监控中心的成立，无人值班变电站对调度自动化系统的要求进一步提高，对运行数据的准确性和系统的可靠性要求也随之提高，原则上不允许任何错误信息和信号丢失。因此，监测并分析数据流十分重要。

从研究突发性误信号入手，借鉴其它领域黑匣子（BLACK BOX）的概念，开发了一套SCADA智能诊断系统，记录SCADA系统运行中通信部分所有信息，并进行初步的分析筛选，对系统中出现的误信号、丢信号等事件进行快速故障定位，找出问题的原因所在，大大提高了自动化系统的运行水平。

1 突发性错误的特点

数据错误在远动系统中时常发生，对于发生周期稳定且长期存在的误信，可以通过不断试验和取样得以解决。而发生周期不稳定的误信，具有瞬时性和不确定性，给专业技术人员的判断造成了很大的困难。错误往往稍纵即逝，无法获取足够的分析数据。例如某变电站的刀闸一直处于合闸状态，主站上突然收到刀闸断开又立刻合上的信息，而当地后台却没有任何信号。由于发生时间不确定，无法及时对关键数据进行采样，所以很难对此做出解释。

数据丢失经常出现，特别是当事故跳闸发生时，保护信号的丢失尤其频繁，事后的传动试验又一切正常。由于缺少事故发生时的数据采样，厂商也往往束手无策。

如何解释错误数据的发生，并对其做出科学的评估，关键是能否在错误发生时取得足够的数据采样。

2 系统原理设计

错误数据可能产生在各个环节，SCADA主站的前置机对校验错误的报文采取丢弃处理，经过前置机过滤后的正确报文由系统更高层次的软件处理。而错误的报文恰恰是远动技术人员用于分析问题最直接的原始资料，有助于以后的跟踪研究，因此有必要保留远动系统中的所有信息。

黑匣子是一种实时记录手段，可以监听记录各种数据传输。根据黑匣子功能，针对使用最广泛的CDT规约和音频通信的特点，在普通PC上开发SCADA智能诊断系统，选择厂站端和通信设备之间的上行通道为捕捉点，通过调制解调器并接，对SCADA报文进行不间断数据记录和保存，并进行误码标记。系统原理如图1所示。

图1 SCADA智能诊断系统原理设计图

SCADA智能诊断系统以普通PC为平台，以VC环境开发软件，通过PC串口和专线MODEM连接，MODEM直接和音频线连接。所有数据从音频线路传入，并通过MODEM解调成数字信号进入智能诊断系统，使整个数据流得到长期监听。当出现突发性错误时，专业人员通过对比不同监听点的数据，可以分析判断错误的来源和成因。

3 系统软件设计

SCADA智能诊断系统基本模块包括通信模块、报文记录模块和误码标记模块。主要功能是从串口读入厂站所有的上行报文，以固定大小的文件存储，并按时间命名该文件。

以某变CDT数据传输为例，数据传输速度是600波特，无校验，1个起始位、1个停止位，那么变电站每天将产生约5 M数据，1 G容量可以记录大约204天的数据。实际上，只要存储几周的数据就足以应对突发性错误数据的分析，因此普通硬盘的存储容量就足够了。SCADA智能诊断系统的软件总体结构如图2所示。

图2 系统软件模块框图

系统初始化串口缓存和相关参数后，从串口处逐个读取二进制数据，并把该数据缓存到数据管道结构中。为了随时同步CDT数据，系统采用每读1个数据即和前5个数据结合，进行同步头检测，如果是同步头，就不必再进行CRC（循环冗余码）校验，可直接加校验正确标志并写入文件，提高了运行速度。如果不是同步头，就要检测收到的数据个数是否达到6个，即是否可以构成1个信息字结构。当没达到6个数据的时候，继续接收数据，并把该数据缓存到数据管道结构中，同时写入文件，直到数据达到6个后，对该信息字结构进行CRC校验，并把数据和校验结果符号写入文件。由于系统采用每收一个字符首先进行同步检测，所以能在混乱情况下很快和传输数据实现同步，不会出现由于错误信号而无法同步的现象，并且能对乱码进行恰当的数据组织，所以有很强的乱码适应能力。

3.1 通信模块

通信模块主要采用VC中的MSComm控件进行程序编写，可以根据不同的通信方式进行波特率、校验、停止位等参数的设置，采用MSComm控件的事件驱动方法提取串口缓冲区内的字节数据。

MSComm即Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，每个MSComm控件对应1个串行端口。它为应用程序提供了2种处理通信问题的方法，即事件驱动(Event-driven)方法和查询方法。事件驱动方法是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，事件的发生需要得到通知，然后利用MSComm控件的OnComm事件，捕获并处理这些通信事件。OnComm事件还可以检查和处理通信错误。这种方法的优点是程序响应及时，可靠性高。

3.2 报文记录模块

报文记录模块采用文本文件的格式进行数据记录。为了避免在文件记录时发生错误，采用以固定大小的多个文件序列组进行循环记录，使系统发生故障后不至于丢失太多的历史数据。所有文件使用创建时的时间作为文件名称，如2008-11-02-12:30:40.txt。为了方便查询，在报文中的每组同步头后添加时间标记，如eb90 eb90 eb90 2008-11-02 14:59:17，使工作人员能很快找到特定时间的报文。

3.3 误码标记模块

误码标记模块是对所收到的数据按照指定规约进行检验，在正确的信息字后面添加“+”标记，错误的信息字后面添加“-”标记，以标注数据的正误。系统主要对使用最广泛的CDT和DISA规约进行监听。针对CDT规约，校验主要采用多项式法、半字节查表法和查表法。多项式法主要用在信息传输速度不高、程序空间很小的地方。半字节查表法和查表法速度相对较高，适合对程序空间要求不高、速度则要求较高的地方使用。针对实际情况，在要求保证速度的情况下，采用查表法来实现CRC校验。校验码生成是软件的核心，通过对比校验码可以判断每个信息字的正误。

3.4 报文翻译模块

由于需要快速对报文进行解释，另外增加了1个报文翻译模块，该模块主要按照CDT编码规则，对每一段遥信报文的信息字进行解码，方便工作人员快速找出当前的遥信状态。

4 现场应用

某110 kV变电所母线刀闸信号经常发生错误信息，周期不定，因而一直被判断为通信通道存在干扰。采用该系统对变电所的上行出口及在主站端的上行入口同时监听，连续运行了3个多月。误信号发生后，对比2处的监听报文，最终判断为厂站的规约程序存在缺陷。在特殊的条件下，程序将遥信F3帧的最后2个字节完全归零，以致变成了特定的遥信报文。由于它能通过主站系统的校验，所以引起该变母线闸刀误信。查明原因后进行了处理，问题因此得以解决。

某35 kV变电所时常出现信号丢失现象，采用该系统进行诊断，发现在厂站出口处监听的数据正确，而主站入口处的监听数据发生了错误。因此判断信号在通信传送中受到干扰，最后被主站校验后排除。

有些厂站设备也经常出现信号丢失现象。经过对比诊断，断定厂站设备在信号快速连续翻转的情况下会丢弃信号。比如当重合闸成功的时候，开关状态会经历合闸、分闸、再合闸3个状态，但是由于速度非常快，厂站会丢弃分闸的信号，导致主站只有保护信号而没有开关动作信号。

5 结语

SCADA数据出错的智能诊断系统原理简单，应用方便，硬件要求低，只需要普通PC或工控机；能够实现报文的长期监听，诊断自动化运行中的固有缺陷，成为自动化诊断强有力的手段。

[1]李建华，郭明.RS-232和调制解调器高级通信编程[M].北京：人民邮电出版社，2001.

[2]JAN AXELSON.串行端口大全.北京：中国电力出版社，2001.

[3]EVANGE，LOS PETROUTSOS， KEVIN HOUGH.VISUAL BASIC6高级开发指南[M].北京：电子工业出版社，1999.

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