SCADA數據出錯智能診斷系統的開發與應用

任志翔，仇群輝，周 垠

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

0 引言

隨著變電站監控中心的成立，無人值班變電站對調度自動化系統的要求進一步提高，對運行數據的準確性和系統的可靠性要求也隨之提高，原則上不允許任何錯誤信息和信號丟失。因此，監測并分析數據流十分重要。

從研究突發性誤信號入手，借鑒其它領域黑匣子（BLACK BOX）的概念，開發了一套SCADA智能診斷系統，記錄SCADA系統運行中通信部分所有信息，并進行初步的分析篩選，對系統中出現的誤信號、丟信號等事件進行快速故障定位，找出問題的原因所在，大大提高了自動化系統的運行水平。

1 突發性錯誤的特點

數據錯誤在遠動系統中時常發生，對于發生周期穩定且長期存在的誤信，可以通過不斷試驗和取樣得以解決。而發生周期不穩定的誤信，具有瞬時性和不確定性，給專業技術人員的判斷造成了很大的困難。錯誤往往稍縱即逝，無法獲取足夠的分析數據。例如某變電站的刀閘一直處于合閘狀態，主站上突然收到刀閘斷開又立刻合上的信息，而當地后臺卻沒有任何信號。由于發生時間不確定，無法及時對關鍵數據進行采樣，所以很難對此做出解釋。

數據丟失經常出現，特別是當事故跳閘發生時，保護信號的丟失尤其頻繁，事后的傳動試驗又一切正常。由于缺少事故發生時的數據采樣，廠商也往往束手無策。

如何解釋錯誤數據的發生，并對其做出科學的評估，關鍵是能否在錯誤發生時取得足夠的數據采樣。

2 系統原理設計

錯誤數據可能產生在各個環節，SCADA主站的前置機對校驗錯誤的報文采取丟棄處理，經過前置機過濾后的正確報文由系統更高層次的軟件處理。而錯誤的報文恰恰是遠動技術人員用于分析問題最直接的原始資料，有助于以后的跟蹤研究，因此有必要保留遠動系統中的所有信息。

黑匣子是一種實時記錄手段，可以監聽記錄各種數據傳輸。根據黑匣子功能，針對使用最廣泛的CDT規約和音頻通信的特點，在普通PC上開發SCADA智能診斷系統，選擇廠站端和通信設備之間的上行通道為捕捉點，通過調制解調器并接，對SCADA報文進行不間斷數據記錄和保存，并進行誤碼標記。系統原理如圖1所示。

圖1 SCADA智能診斷系統原理設計圖

SCADA智能診斷系統以普通PC為平臺，以VC環境開發軟件，通過PC串口和專線MODEM連接，MODEM直接和音頻線連接。所有數據從音頻線路傳入，并通過MODEM解調成數字信號進入智能診斷系統，使整個數據流得到長期監聽。當出現突發性錯誤時，專業人員通過對比不同監聽點的數據，可以分析判斷錯誤的來源和成因。

3 系統軟件設計

SCADA智能診斷系統基本模塊包括通信模塊、報文記錄模塊和誤碼標記模塊。主要功能是從串口讀入廠站所有的上行報文，以固定大小的文件存儲，并按時間命名該文件。

以某變CDT數據傳輸為例，數據傳輸速度是600波特，無校驗，1個起始位、1個停止位，那么變電站每天將產生約5 M數據，1 G容量可以記錄大約204天的數據。實際上，只要存儲幾周的數據就足以應對突發性錯誤數據的分析，因此普通硬盤的存儲容量就足夠了。SCADA智能診斷系統的軟件總體結構如圖2所示。

圖2 系統軟件模塊框圖

系統初始化串口緩存和相關參數后，從串口處逐個讀取二進制數據，并把該數據緩存到數據管道結構中。為了隨時同步CDT數據，系統采用每讀1個數據即和前5個數據結合，進行同步頭檢測，如果是同步頭，就不必再進行CRC（循環冗余碼）校驗，可直接加校驗正確標志并寫入文件，提高了運行速度。如果不是同步頭，就要檢測收到的數據個數是否達到6個，即是否可以構成1個信息字結構。當沒達到6個數據的時候，繼續接收數據，并把該數據緩存到數據管道結構中，同時寫入文件，直到數據達到6個后，對該信息字結構進行CRC校驗，并把數據和校驗結果符號寫入文件。由于系統采用每收一個字符首先進行同步檢測，所以能在混亂情況下很快和傳輸數據實現同步，不會出現由于錯誤信號而無法同步的現象，并且能對亂碼進行恰當的數據組織，所以有很強的亂碼適應能力。

3.1 通信模塊

通信模塊主要采用VC中的MSComm控件進行程序編寫，可以根據不同的通信方式進行波特率、校驗、停止位等參數的設置，采用MSComm控件的事件驅動方法提取串口緩沖區內的字節數據。

MSComm即Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，每個MSComm控件對應1個串行端口。它為應用程序提供了2種處理通信問題的方法，即事件驅動(Event-driven)方法和查詢方法。事件驅動方法是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，事件的發生需要得到通知，然后利用MSComm控件的OnComm事件，捕獲并處理這些通信事件。OnComm事件還可以檢查和處理通信錯誤。這種方法的優點是程序響應及時，可靠性高。

3.2 報文記錄模塊

報文記錄模塊采用文本文件的格式進行數據記錄。為了避免在文件記錄時發生錯誤，采用以固定大小的多個文件序列組進行循環記錄，使系統發生故障后不至于丟失太多的歷史數據。所有文件使用創建時的時間作為文件名稱，如2008-11-02-12:30:40.txt。為了方便查詢，在報文中的每組同步頭后添加時間標記，如eb90 eb90 eb90 2008-11-02 14:59:17，使工作人員能很快找到特定時間的報文。

3.3 誤碼標記模塊

誤碼標記模塊是對所收到的數據按照指定規約進行檢驗，在正確的信息字后面添加“+”標記，錯誤的信息字后面添加“-”標記，以標注數據的正誤。系統主要對使用最廣泛的CDT和DISA規約進行監聽。針對CDT規約，校驗主要采用多項式法、半字節查表法和查表法。多項式法主要用在信息傳輸速度不高、程序空間很小的地方。半字節查表法和查表法速度相對較高，適合對程序空間要求不高、速度則要求較高的地方使用。針對實際情況，在要求保證速度的情況下，采用查表法來實現CRC校驗。校驗碼生成是軟件的核心，通過對比校驗碼可以判斷每個信息字的正誤。

3.4 報文翻譯模塊

由于需要快速對報文進行解釋，另外增加了1個報文翻譯模塊，該模塊主要按照CDT編碼規則，對每一段遙信報文的信息字進行解碼，方便工作人員快速找出當前的遙信狀態。

4 現場應用

某110 kV變電所母線刀閘信號經常發生錯誤信息，周期不定，因而一直被判斷為通信通道存在干擾。采用該系統對變電所的上行出口及在主站端的上行入口同時監聽，連續運行了3個多月。誤信號發生后，對比2處的監聽報文，最終判斷為廠站的規約程序存在缺陷。在特殊的條件下，程序將遙信F3幀的最后2個字節完全歸零，以致變成了特定的遙信報文。由于它能通過主站系統的校驗，所以引起該變母線閘刀誤信。查明原因后進行了處理，問題因此得以解決。

某35 kV變電所時常出現信號丟失現象，采用該系統進行診斷，發現在廠站出口處監聽的數據正確，而主站入口處的監聽數據發生了錯誤。因此判斷信號在通信傳送中受到干擾，最后被主站校驗后排除。

有些廠站設備也經常出現信號丟失現象。經過對比診斷，斷定廠站設備在信號快速連續翻轉的情況下會丟棄信號。比如當重合閘成功的時候，開關狀態會經歷合閘、分閘、再合閘3個狀態，但是由于速度非常快，廠站會丟棄分閘的信號，導致主站只有保護信號而沒有開關動作信號。

5 結語

SCADA數據出錯的智能診斷系統原理簡單，應用方便，硬件要求低，只需要普通PC或工控機；能夠實現報文的長期監聽，診斷自動化運行中的固有缺陷，成為自動化診斷強有力的手段。

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