基于DL/T 1230和DL/T 476的过程层设备虚拟面板设计
许继电气股份有限公司的研究人员李瑞明、陈先勇等，在2018年第8期《电气技术》杂志上撰文，针对智能变电站过程层设备状态数据显示不直观、获取渠道单一、配置工具不统一等问题，本文提出一种基于电力系统图形描述规范组织图形，基于电力系统实时数据通信应用层协议传输数据的虚拟面板设计方案。虚拟面板界面由过程层设备厂家自行设计、由设备实时维护，可扩展性强，可以满足各厂家的不同需求。
随着智能变电站的推广和普及，大批量不同型号、不同生产厂家的智能终端和合并单元出现在智能变电站中。这些设备与常规变电站的保护测控设备有很大的差异：
1）数据显示不直观。受限于环境，就地设备不配置液晶，通过少量LED指示运行状态，不具备就地监控功能。
2）数据获取渠道单一。设备运行状态通过GOOSE发布，受限于GOOSE协议的发布订阅机制，不能获取中间状态、历史记录、参数配置等信息。
3）调试工具不统一。各厂家都针对自己的设备提供调试工具，这些工具在操作方式和实现功能上存在很大差异，不便于运维检修人员掌握，更不能实现设备之间的互操作。
这些差异的存在，严重影响了现场工程调试的进度及质量，现场急需一种面向各厂家通用的客户端调试工具。本文提出一种以DL/T 1230电力系统图形描述规范和DL/T 476电力系统实时数据通信应用层协议为基础，由各设备厂家设计图元模型、维护界面的虚拟面板设计方案。
1 技术基础
1）虚拟面板
虚拟面板，是运行在第三方设备上以实现设备的远端数据显示和远方操作控制为目的的应用软件，其功能的实现依赖于设备本身的服务接口、布置于远端的人机交互界面以及数据传输通道和传输协议[4-6]。通过虚拟面板方式实现的监控终端，具有与设备原来数据显示和控制方式基本一致的特点。
过程层设备的虚拟面板设计，与常见的虚拟面板设计有很大的区别。由于涉及厂家众多，各设备数据内容和格式不同，因此对数据组织形式和传输协议的选择有更高的要求：既要满足通用性的要求，又要有很高的可扩展性。
2）电力系统图形描述规范
DL/T 1230电力系统图形描述规范（以下简称图形描述规范）定义了CIM模型中电力设备的图形绘制和存储方式，制定了电力图形离线交换、在线渲染和远程浏览的机制[7-10]。图形描述规范提供了图形描述方式，而不限定图形的样式及所含数据的内容，这一特点满足了过程层设备虚拟面板通用性和扩展性方面的要求。
3）电力系统实时数据通信应用层协议
DL/T 476电力系统实时数据通信应用层协议（以下简称DL/T 476协议）定义了应用层传输的数据格式、控制序列和服务原语，主要用于电力系统调度中心之间以及调度中心与厂站之间的实时数据通信。DL/T 476协议规定的数据块格式，可用于传输各种格式的全数据、变化数据以及字符串和文件，是实现数据传输的良好载体。图形描述规范和DL/T 476协议的组合可以完美实现图形的远程，在调度端有很多实际应用。
2 系统架构
虚拟面板的系统架构，基于DL/T 476协议搭建如图1所示。
图1 系统结构
设备接口设计采用多种协议并列服务的方案，使IEC 61850和DL/T 476服务同时运行。数据中心将设备数据通过信息点映射分发给不同具体的服务实例，同时接受不同服务实例的操作指令。
过程层设备作为服务端，是虚拟面板数据和图形界面的唯一来源，在接口开发中完成数据模型、图元模型和设备界面模型的设计、设置界面模型与数据和图元模型之间的映射关系设计，并在图元模型中插入操作命令以实现虚拟面板的界面操作功能。
调试设备作为虚拟面板的监控终端，从过程层设备获得数据和文件，经过解析处理，得到图形界面描述，实现虚拟面板界面的显示。
3 设备模型
3.1 数据模型
数据模型是按照数据类型、用途对数据进行分类整理，统一编码，以实现数据显示和传输。过程层设备常见数据如图2所示。
图2 过程层设备数据
过程层设备数据按照传输方向分为状态数据和设定信息。状态数据用于图形显示，分为设备标识和运行状态两类。设备标识，是指设备区分性信息，除常规的型号、版本等文本信息，还包括二维码、公司logo等图片文件；运行状态，反映设备的运行状态，除常见的模拟量、开关量、告警信息外，还包括装置记录、参数设定等信息。
设定信息用于实现设备控制，分数据控制和数据请求两类。数据控制用于设备运行状态控制，包括出口、压板、参数定值、通信对点等操作；数据请求用于客户端发起数据筛选命令。
3.2 图元模型
图元模型是数据对应的图形信息描述格式，便于客户端图形显示。状态数据的显示，依靠图形描述规范中的静态文本、图片、状态图元、表格等图元就可以实现。设定信息仅依靠图形描述中定义的图元无法实现，因此对元素通用属性和电网图元都进行了扩展。
元素通用属性扩展了命令行属性cmdref，用于在图元中嵌入操作命令。操作命令主要分两种：①不带参数或带固定参数（见图3）；②带可变参数（见图4），‘&’引用图元的属性。客户端在图元被激活后，检查是否带参数，不带参数的命令可直接发送给设备，带参数的在客户端界面图元采集数据后再发送给设备。
图3 菜单图元
图4 对话框图元
电网图元扩展了菜单图元和对话框图元。菜单图元用于实现显示数据的筛选，对话框图元用于实现参数设定、权限校验的功能。菜单图元和对话框图元都通过其他图元的热点加载。
3.3 设备界面模型
设备界面模型定义虚拟面板界面外观，也反映数据和图形之间的映射关系。界面外观，按照显示和控制的需求，分静态背景、动态刷新区域、浮出窗口3个图层设计。
静态背景是图形显示的最底层，图形描述固定，只有数据变化，主要显示设备标识、厂家标识、模拟按键、状态LED、液晶背景数据等数据。静态背景的图形描述存放在一个定名的文件，以实现初始化界面和初始界面显示。
动态刷新区为图形显示的中间层，模拟设备液晶，显示用户选择的模拟量、开关量、参数定值等信息，根据用户的选择，载入的图元会发生变化。动态刷新区域所有选择的图形描述集中存放在一个定名文件中，按照客户端选择，提取本次显示的图形描述重新整理上送。
浮出窗口为图形显示的最上层，包括菜单和弹出窗口，用于辅助用户完成数据筛选和设置。菜单和浮出窗口由热点触发。
设备界面模型中，通过图元引用实现界面模型与图元模型之间的映射，通过数据统一编码实现界面数据与设备数据之间的映射。
4 传输过程
数据传输以设备模型为基础，建立在DL/T 476协议的基础上。交互过程按照传输内容的主体不同可以分为连接初始化、数据查询、数据主动上送、数据设定4个传输细节。
4.1 连接初始化
初始化过程中，虚拟面板通过获取包含背景的图形描述文件的形式完成初始背景界面的显示，具体交互过程参如图5所示。
图5 连接初始化
服务接口在背景文件上送完成以后，自动上送背景全数据。请求文件使用ASCII码块，数据参考SOA://fileserv（gfilename=静态背景文件名）[13]。
4.2 数据查询
数据查询，由菜单图元触发，对模拟液晶区域图形及数据进行展示或更新，具体交互过程如图6所示。
数据查询过程中，需要对上次数据查询的动态刷新区的图形和数据进行清理，然后根据新上送的图形文件重新组织动态刷新区图形、并刷新数据。
4.3 数据主动上送
数据主动上送，是数据实时监视的必要手段。数据上送的内容包括背景图元和选定分类数据中包含的数据。数据可能为整形、浮点、状态、文本、表格条目等内容。其中，状态、整形、浮点数据有专属数据块处理，文本、表格条目等信息适合采用包含ID、文本的组合码块传输。
图6 数据查询
文本采用3个ASCII码块的组合，第一个表示数据id，第二个表示传输原因（初始化、变化），最后一个表示数据内容。表格采用多个ASCII码块组合，第一个表示表id，第二个表示传输原因（增加、删除、更新等），其余表示行数据内容。
4.4 数据设定
数据设定，通过对图元中操作命令的解析和处理，实现设备的操作控制。图7反映了客户端处理设定类图元的过程。
图7 数据设定图元处理过程
本方案以电力系统的相关规范作为设计基础，具有较强的通用性，选择的图形和传输方式有很强的可扩展性，能够满足智能变电站过程层各厂家、各型号设备的数据显示和控制的需求。
本方案可以实现虚拟面板客户端与设备服务器端的隔离，最终实现不同厂家之间的互操作，解决不同厂家客户端工具不统一的问题。同时，该设计方案同样适用于变电站中其他设备远程客户端的开发，具有推广的价值。