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摘要：为了实现对配电终端三遥功能的快速自动验证，本文引入了遥控、遥信互验的思想，提出了一种基于Labview的自动验证设计方案。通过运用Labview对下位机进行有状态序列的继电器开闭的操作，以IEC-104规约作为通用通讯语言，最终完成三遥状态信息的读取和实例分析。实际应用表明，该验证系统具有易操作、可插拔、移植性强等特点，能准确验证配电终端的三遥功能，提高工作效率，节约人工成本。
关键词：配电终端；三遥；自动验证；Labview
Abstract：For rapid automatic verification of power distribution terminal “three remote”，the thinking of remote control and remote communication cross-checking is introduced，and an automatic verification scheme based on Labview is proposed.For slave computers，use Labview to switching operate relays with state sequence，IEC-104 statute as universal communication language，and finalize the reading and case studying of “three remote” information.Practical applications show that the verifying system is easy to operate，pluggable and portable，and can verify the “three remote” of power distribution terminal accurately，which improves productivity and save labor costs.
Key words：power distribution terminal；three remote；automatic verification；Labview
1 引言
配电网自动化是实现故障快速定位、隔离以及供电恢复，从而提高供电可靠性的重要手段，配电终端则是实现这一功能的重要工具[1]。配电终端的三遥是指遥信、遥控和遥测功能。遥信完成对设备状态信息的监视，在配电终端上的体现是用通过光耦、电阻和核心CPU组成的电路对外部电信号进行监测。遥控完成的是改变运行设备状态的命令，在配电终端设备上的体现是用核心CPU控制继电器回路的开闭。遥测指的是应用通信技术传输被测量的测量值，在配电设备上的体现即是对电流、电压进行采集。[2]
因此，三遥功能是配电终端最基础也是最重要的功能之一，是作为设备出厂和投运前必须反复验证的功能。目前国内配电终端设备三遥的出厂验证大部分依然停留在手动检测的阶段，依据三遥各个功能的体现来对其进行验证。对于遥控是通过各厂家私有软件逐一控制继电器回路的开闭，同时用万用表等工具检查通断。对于遥信和遥测则是由外部对相应板件分别引入直流和相应等级的交流电量，再用同一软件进行查看。这种检测方法单一且繁杂，一方面对于遥信、遥控从上至下的人为检测难免会有疏漏，另一方面对于遥测的验证需要大量的接线和拆线，耗时费力。而对于检测机构和验收方，除了以上操作外还需面对不同厂家不同的接线方法以及工具不同所造成的使用困扰。因此，本文提出了基于Labview的配电终端三遥功能自动验证系统的研究用以解决上述问题。
2 测试回路设计
2.1遥控、遥信互验思想
由于遥信和遥测的验证特性都是需要外部提供电信号或模拟电量，在人工检测中由人为按顺序控制输入，同时遥控的验证是通过上位机控制软件操作继电器顺序开闭，用万用表等工具验证闭合情况。因此本文将遥控、遥信的互验思想引入自动验证系统中。首先将人为控制电量输入的部分改由继电器完成，通过继电器的顺序闭合将电量有次序的引入遥信开入回路并进行验证。其次由于遥信的验证是由继电器闭合引入电量所致，因此反向推倒即可验证遥控的功能正常。
图1 遥控、遥信互验等效电路
如图1所示，虚线左侧为继电器遥控出口回路，右侧为遥信接入回路。在配电终端中。遥信接口处通常是将+24V直流电引入，再于公共端处接-24V直流电。因此按照上述互验思想，用两组继电器驱动±24V直流电分别引入遥信接口和其对应公共端。同理可将此思想运用于遥测的验证中。即将A、B、C三相电流或电压分别引入三组遥控出口的一端，同时将N端引入第四组遥控出口；再将四组出口的另一端与遥测接入口互联。如图2所示，当闭合此四组继电器时，即可将模拟量引入遥测回路进行读取。
图2 遥控验证遥测等效电路
2.2工程实例分析
通过上述验证方法可以解决人工手动加量所带来的相应问题，但是因工程实用性所致，配电终端的遥控接口配置数量与遥信、遥测接口相比严重不足。即使对于满配的DTU（配电站所终端-2进8出）装置而言，遥控出口也远少于遥信接入口。因此用配电终端遥控、遥信板件自身完成级联试自测并不现实，且并未解决由接线问题所带来的复杂性。出于上述原因，本章在自动验证系统中引入一台用于验证其他配电终端三遥功能的装置。该测试装置由满配型DTU改造，仅具有遥控、遥信和通讯功能。用测试装置的遥控功能，来解决被测终端的遥信、遥测所需模拟电量的顺序接入问题；用测试装置的遥信功能来验证被测装置的遥控是否正常。基于即插即用的思想，测试与被测装置之间用已封装好的模块化测试工装进行连接，既解决接线问题所带来的时间消耗，节省总体测试时间，也可针对不同配置甚至不同型号的配电终端用同一套系统完成三遥功能验证，实现复用。具体验证方法如下：
（1）遥信验证：根据上述验证思想，以DTU最大化配置验证80个遥信点接入为例，即使将所有公共端都并在一起也需要81组出口继电器即81个遥控出口分别引入24V正负电。因此在实际验证系统中必须采用“N*M”的方式将80个遥信点一一对应同时减少遥控出口的使用。考虑工程实用性，大部分的配电终端都采用的是插件式机箱结构，不同种类插件完成不同功能。
对于遥信插件而言，一般是20个遥信配置2个公共负端，4块遥信插件共80个遥信点。因此对于这种类型的配电终端只需用4*20的方式进行接线。若一块遥控插件上有11组继电器出口，则只需用3块遥控插件以4*（10+10）的方式来引入24V正负直流电。以图3为例用第一块插件的4组继电器出口控制4块遥信插件的公共端的负电接入，第二块遥信插件的10组出口继电器控制每块遥信板的前10组遥信的正电接入，第三块控制后10组遥信的正电接入。
图3 遥控验证遥信外部接线
当闭合DO1的开入1和DO2的开入1后，DI1的第一个遥信接入口和第22个公共端接入口就会有正负24V直流电的压差，若该点遥信功能正常则会在软件中显示正常，反之显示不正常。以此类推，用上位机软件按照次序分别闭合遥控插件上的继电器出口就能对所有的遥信点一一验证。上位机软件基于Labview环境编写，将在下一章进行进一步探讨。
（2）遥控验证：与遥信验证相反，同时采用互验思想，遥控的验证由测试装置的遥信板件完成采集。接线方式类似，通过上位机按顺序控制被测终端的出口以将正24V直流电引入检测装置的遥信板件，同时查看检测装置的遥信情况用以反馈出被验证装置的遥控功能是否正常。在工程实例中，即使满配的遥控出口通常也不会超过40个点，所以只需配置两块遥信板件即可适应测试，且不需考虑N*M的接线方式，测试装置的遥信板公共负端可以直接接入-24V直流电，+24V由被测装置遥控出口提供。
（3）遥测验证：同遥信验证类似，以检测装置的继电器回路作为中继功能以引入模拟量。通过加量仪器将电流电压引入遥控板件，并以封装好的测试工装连接检测装置的遥控模件与被测装置的采样模件。
图4 遥控验证遥测外部接线
如图4所示，当用加量仪将模拟量引入测试装置遥控出口模件后，因使用测试工装，模件内部已经按顺序短接，因此只需用上位机软件控制闭合相应的遥控出口即可将模拟量传输给被测装置采样模件的对应通道，再通过软件读取该通道数值，随即完成遥测功能的采集及验证。如闭合DO4板件的前四组遥控出口继电器可将第一组三相电压传输给AC1模件的电压采样通道；闭合DO5板件的前四组可将第一组三相电流传输给AC1模件的第一组电流采样通道。遥控出口闭合由上位机软件完成控制，内部逻辑实现采用模块化和定制化方案。一方面可以分别控制任意一组三相电压或电流的输出和读取，用以专项检测和复验。另一方面可根据被测装置板件情况，完成定制化验证，一次性完成整体遥测验证。
自动验证系统由上位机、加量仪、检测装置及测试工装组成。上位机通过软件完成控制与读取，测试装置提供满足数量的遥控出口和遥信接口传输直流电和模拟量以及验证被测终端遥控功能，测试工装将检测和被测装置连接，完成即插即用。
3 软件设计
Labview是美国国家仪器（NI）公司研制开发的图形化编辑开发环境。它具有强大的数据采集功能，作为基于数据流的编程语言，对数据的操作和计算简单高效，并且提供了丰富的图标显示功能，目前被广泛应用于测试系统开发。本文将在Labview开发环境下编写软件程序对配电终端的三遥功能进行验证[3]。
整体流程图如图5所示，首先通过Labview已封装好的TCP模块与下位机建立连接，实现报文的下发与读取。其次结合工程实例需要，对所需遥控的出口进行模块化和状态序列化的分析计算，创建符合要求的子程序，最终实现操作上的简单易控。在遥控令下发后立即对反馈报文进行抓取，自动过滤并只读取所需信息。最终对信息进行判定式处理，报文合格则验证功能正常，反之验证为不正常。针对产品的出厂校验需求，本研究还在系统中增加了打印报告的功能，实现验证的最直观反馈，最大化节省三遥功能验证所需时间。
图5 系统整体流程图
3.1 建立通讯连接
通常情况下，运行厂家的私有配置工具，一台上位机只能同一台配电终端连接实现对其遥控命令的下发以及遥信、遥测读取。但由于自动测试系统需要至少同时控制两台下位机，所以必须采用新的软件工具实现连接。
NI为Labview用户提供了已经封装好的TCP连接模块，通过此模块可选择任意基于TCP/IP的连接方式，既可采用属于配电终端装置本身的私有型规约，也可以采取通用型语言IEC-104规约。采用私有规约的好处是可直接根据原工具代码只针对三遥部分进行转录和移植，更改方便；采用后者的好处是可以直接实现软件与各个设备厂家之间的互联互通。二种通讯方法总体框架一致，复用修改方便。如图6所示为本系统通讯连接的程序框图，采用平铺式顺序结构，以“问答”作为遥控报文下达执行方式。用封装好的TCP模块为核心模块，分别实现对TCP服务的打开、写入和读取，针对下位机填写相应IP地址及端口号码，实现握手连接。IEC-104规约在报文读取方面采用循环结构，在握手成功手上位机始终保持监听等待状态，遥信、遥测报文变位后会自动上传读取，软件工具再针对报文做相应处理。
图6 Labview通讯连接程序框图
3.2 遥控、遥信互验在Labview中的体现
工程实用中遥控出口的方式是以分合闸形式作为命名实现的，如第一组出口继电器作为遥控1“分闸命令”，第二组出口继电器作为遥控2“合闸命令”，以此类推。且在遥控出口前需要上位机软件对出口继电器进行“预制-执行”的两次选择确认。因此在本系统的遥控使用中，考虑验证功能的实用性和耗时问题，系统在基于Labview的遥控算法方面对报文进行了二次处理。
以IEC-104规约报文为例，遥控分闸对应报文为00，合闸对应为01；遥控板件上单数遥信点为分闸，双数遥信点为合闸。令遥控需要为X，分合闸对应报文为Y。则可利用Y=（X+1）/2向上取整-（X+1）/2+00向下取整的算法逻辑完成对分合闸的优化处理。而在“预制-执行”方面则可以根据顺序结构的方式，将预制、执行命令对应报文提前按时间顺序放置好，当程序整体执行时可自动完成预制执行命令，减少使用者对此步骤的操作。
验证系统中，遥控的命令不单是对继电器的闭合，还需要与遥信读取结合起来共同完成对被测装置遥信的验证。考虑章节2.2（1）中所述的遥控节点数目不足以支撑遥信验证而提出的“N*M”方式，每一点遥信将对应两组遥控出口。而在Labview自动测试程序中对此也有相应体现。以被测装置是“10*8=80”的遥信数量为例，8块遥信板，每块板件上对应10个遥信接口。此时根据“10*8”得出只需两块含11个继电器出口的遥控板件即可完成80个遥信点的验证。令遥信点号为Z，则其所对应的板件号则为Z/10向上取整，此时该点坐在板件所需的遥信公共端负电由第一块遥控板的第M组继电器出口转供，故M=Z/10向上取整。另一方面，第二块遥控板件需完成对遥信点Z+24V的转供。由于要实现对第二块遥控板件所有继电器的复用，故需将遥信点与遥控1~10对应起来，所以Z点对应点为Z-（Z/10向上取整-1）*10，又考虑N为遥控点号，且存在于第二块遥控板件，因此N= Z-（Z/10向上取整-1）*10+11.通过上述简单算法将其内部计算封装为各个子程序用以调用，形成遥信号输入，遥控号输出的模型，自动通过对应报文下达命令用以控制相应出口继电器，实现被测终端遥信与测试装置遥控的相互转换。再通过Labview的各循环结构，最终完成以初始遥信点和遥信总数为可控变量的自动循环测试程序。
3.3 数据分析
通过上述数学思想，即可完成遥信与遥控号的相互对应，也可完成遥测点与相应遥控号的相互转换。再通过事件结构和循环结构的叠加使用最终实现带状态序列和模块化的继电器闭合操作。同时，Labview工具根据变位报文的上送读取有效信息并从中抓取遥信点的分、合位信息或遥测报文中的模拟量信息，参考《IEC60870系列协议应用指南》中104规约部分或厂家私有规约报文解析，最终将报文转换为布尔量和数字量，实现数据分析和记录。
图7 遥信测试结果界面显示
4 结语
本自动验证三遥功能系统采用基于Labview的软件平台，结合“遥控-遥信”互验思想将继电器作为遥信硬节点信号和遥测模拟量输入的控制器，在硬件上实现端口优化下的最大化配置和即插即用，在软件上由基于Labview的计算公式实现状态序列和模块化定值，最终系统完成配电终端三遥功能的自动验证。工程实践对比表明，自动测试系统在出厂验证中能有效投入生产，在提高验证正确率的前提下大量缩短验证时间，实现了最初的设计需求。
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论文作者:胡凯帆1,张华2,刘菁菁3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
标签：终端论文; 继电器论文; 功能论文; 报文论文; 装置论文; 测试论文; 规约论文; 《基层建设》2018年第15期论文;