外置式实时报警分类指示器的研发与应用

石文江

(大连供电公司电力调度控制中心，辽宁 大连 116011)

大连供电公司2011年4月开始推行调控一体化改革，成立了调控中心，实行电网监视控制的集中化管理。大连供电公司电力调度控制中心监控系统目前已接入219座无人值班变电站，接入的实时信号量已达18万条，运行2年来报警历史记录数已达4 710万条，现有监控系统为南瑞科技的OPEN3000系统，人机界面复杂功能强大，但告警查询的操作步骤多，不便于调控员进行事故的快速处理，且调控员工作站屏幕上的报警信息分类指示的效果不够突出，调控员不得不长时间近距离盯看屏幕上的告警窗，极易产生疲劳，尤其是在电网出现事故或异常的情况下，这些已严重影响了调控员对电网运行状况的监控效果。虽然市面声光报警器已有很多产品，有些是可由电脑信号驱动的智能型报警器，如克莱特，但由于采用强光闪和高警笛音而不适合在调控中心中使用，因此研发外置式实时报警分类指示器的工具具有一定的实用价值。文献［1］通过应用分级分类的方法实现500 kV变电站报警信息和事故处理流程的优化;文献 ［2］通过应用状态在线报警技术实现了调度自动化设备的有效监测;文献 ［3］在发电厂办公自动化信息网络中应用了蓝牙技术。但这些文献均没有涉及调控中心利用蓝牙通信技术实现音响报警的隔离和采用多组彩色LED实现报警分类指示的方法。

1 技术性能需求分析

调控中心调控员工作台上的空间有限，又需要放置多个显示器、打印机等设备，同时还需要填写操作票、纸质记录等，因此必须留出较大的桌面空间，而不易于放置过多的设备和线缆。另一方面调控员也不能长时间坐在座位上，需要定期站起活动，同时还不能失去对电网监盘责任区内异常信号的即时发现和处理。因此本项目需要研发的产品应该满足:不占用桌面空间;在桌面上不增加线缆;能够通过多组彩色LED灯进行报警信息的分类显示功能且亮度适宜被长时间监视。针对各责任区报警音响互相影响的问题可以通过蓝牙音响适配器和蓝牙耳机进行解决，当蓝牙耳机没电时可以将蓝牙音响适配器拔下恢复音箱报警输出来保证电网监控的音响报警不间断。

2 装置研发

2.1 总体实施方案

研发监控系统实时报警库侦听与分类警告输出程序和多组USB串口双闪LED指示灯装置，装置由USB供电，不需要外置电源。监控系统实时报警库侦听与分类告警输出程序根据告警信号的重要等级驱动不同颜色的多对LED灯闪烁，闪烁频率可调，如1对红色LED灯对应事故告警、1对橙色LED灯对应重要告警、1对绿色LED灯对应一般告警。串口双闪LED指示灯装置可贴于调控员工作站显示器上边缘的醒目位置，在50 m范围内能够被明显看到，LED采用小功率贴片封装，通过选配限流电阻调节合适亮度满足长时间被监视(类似闪存上的指示灯)。蓝牙音响适配器和蓝牙耳机采用市场上出售的产品即可。

2.2 串口双闪LED指示灯装置的研发

2.2.1 电路原理图设计

USB是通用串行总线 (Universal Serial Bus)的英文缩写，它支持即插即用和热插拔功能，通信速率较高并能向外设提供+5 V的直流电源，几乎成为各类智能电子设备和计算机的必备接口［4－5］。本装置的USB转串口芯片采用FT232RL，设计中将串口数据发送 (TXD)1脚与数据接收 (RXD)2脚直接相连，这样当接收到监控系统实时报警库侦听与分类告警输出程序传来的数据时，连接于发送监视CBUS0(23脚)、接收监视CBUS1(22脚)的2个LED灯 (D1和D2)将被点亮，D1和D2配置为相同颜色。FT232RL芯片及LED灯均通过USB供电，连接到调控员工作站后将被自动识别为串口设备，调控员工作站需要安装Z－TEKFT232R USB UART驱动 (网上可免费下载)，通过“设备管理”可查看和修改串口的端口号 (见图1)。

图中R1、R2为LED灯的限流电阻，电阻R3、电容C1、C2、C3、C4组成了电源及数字信号传输的滤波电路。

2.2.2 装置的制作

根据原理图进行PCB制板和电子元器件焊接，得到装置的实物如图2所示。本装置已获得国家实用新型专利“USB串口LED双闪报警器”，专利号为201220487486.2。

该装置将由在调控员工作站上运行的实时报警库侦听与分类告警输出程序驱动。

2.3 实时报警库侦听与分类告警输出程序的开发

2.3.1 与调控中心监控系统的数据库接口方案

目前大多数调控中心监控系统实时报警记录均存储在关系数据库中，关系数据库中的报警记录的刷新速度要比实时告警窗的慢，正常情况下经实测最大延迟时间不会超过0.5 s，实测方法采取程序100 ms周期扫描查询 (优化的SQL查询语句)报警数据库的方法，该数据库具有435万条报警记录。该延迟时间能够满足调控员电网监控要求，因此该方案是可行的，并且具有非常优异的灵活性。

2.3.2 查询优化方法

对于具有数百万条报警记录的关系数据库执行select查询语句，其分类检索条件的优化非常重要，必需先对具有索引的字段进行过滤，将记录数迅速缩小到数百甚至几十条的规模，该字段通常是报警时间。查询字段可取报警信号的名称，因此分类报警可通过对报警信号名称的匹配检索来实现，在where条件中从左到右以先“或”扩大过滤，再“与”缩小过滤的方式进行。

2.3.3 查询时间的合理安排

时间同步误差对查询效果有较大的影响。为了保证重要报警信号不丢失，通过报警时间进行报警记录过滤的方法一般采用定时器触发方式进行，因此检索的时间段是基于调控员工作站的当地时间，而实时报警记录时间由调控中心监控系统的SCADA服务器生成。如果调控员工作站的时间与SCADA服务器时间相差太多，无疑会对USB声光蓝牙分类报警器的重要报警信号及时输出造成严重影响。为此需要保证SCADA网络各节点的时间同步精度，同时检索时间段需向前 (过去)和向后(未来)延展，检索时间段需大于定时器触发时间间隔，以确保重要报警信号的不丢失，并延长LED报警灯闪烁的时间。

2.3.4 软件的开发

在Windows下采用VB开发了实时报警信号扫描软件，调控员可通过软件界面修改检索条件进行报警分类，进而驱动不同颜色的LED警示灯闪烁，红色代表事故报警、橙色代表重要报警、绿色代表一般报警，检索条件的改变可在下一次查询中立即生效，数据库检索条件的时间间隔为5 s，以调控员工作站的当前时间 (细化到ms)向前推 (过去)4 s，向后推 (未来)1 s，以覆盖调控员工作站与SCADA服务器间的时间差，并延长重要报警信号的LED闪烁时间。查询定时器时间整定为2 s。通过在线修改检索条件的方法可灵活地实现报警信息的分级分类管理，同时可及时检索出不规范的信号名称并及时处理。调控员的全程参与还取得另外收获，该装置的应用充分调动了调控员的积极性，有助于克服疲劳感。

该软件优点是报警分类检索灵活;程序独立，对调控中心监控系统原有的报警界面起到一定的补充作用;调控员可全程参与报警信号过滤检索条件的设置，引入真正的人工智能;对SCADA系统实时性影响很小，因为使用的资源是历史服务器中的关系数据库 (如Oracle)，并且只是查询操作。

该方案的缺点是具有一定延时，但能够满足人工监控的要求;需要制作独立的软件，用以输出重要报警信号的查询结果和驱动USB蓝牙报警适配器上的LED指示灯和音响输出。

图3 串口双闪LED指示灯装置在调度控制中心现场应用

2.4 外置式实时报警分类指示器的整体调试

外置式实时报警分类指示器的软件和硬件在大连电力调度控制中心进行了实际测试，并取得了很好的效果，见图3。

3 结束语

外置式实时报警分类指示器为调控员提供方便的可随时修改马上生效的信号检索、分类操作界面，并根据信号重要程度等级自动驱动多组不同颜色的USB串口LED双闪指示灯，该USB串口LED双闪指示灯为新研制的装置，贴放于调控员桌面显示器的上边缘，不占用桌面空间。外置式实时报警分类指示器的应用还便于调控员及时检出命名不规范的信号，及时通知自动化维护人员进行消缺，成为调控中心监控信息分级与梳理的有效工具;调控员全程参与本成果的应用充分调动了积极性，提高主动监控电网运行情况的热情，减轻了疲劳感，已经成为大连电力调度控制中心监控系统的有益补充。

［1］李 洁，崔锦瑞.500 kV变电站报警信息和事故处理流程优化 ［J］.电力系统自动化，2009，33(2):101－103.

［2］秦 杰，马韬韬，郭创新.调度自动化设备状态在线报警系统的设计与应用［J］.电力系统自动化，2009，33(6):95－98.

［3］康 劲，徐 超.蓝牙技术在发电厂办公自动化信息网络中的应用［J］.电力系统自动化，2003，27(21):79－81.

［4］Jan Axelson.Usb Complete-Everything You Need To Develop Custom Usb Peripherals(3.edition)Lakeview Research LLC，Madison，WI 53704［M］.

［5］李忠民，王子旭.高宽带USB2.0接口的设计 ［J］.信息与电子工程，2004，2(4):306－308.