電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA:Power Supervisory Control and Data Acquisition)是用于監(jiān)視和控制工業(yè)生產(chǎn)、供應過程中電力運行狀況的系統(tǒng)。本發(fā)明涉及城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控仿真系統(tǒng)、電力監(jiān)控培訓系統(tǒng)以及相關(guān)電力調(diào)度培訓系統(tǒng)等領(lǐng)域。該發(fā)明主要應用在城市軌道交通電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)中，利用該發(fā)明可以對系統(tǒng)中各類電氣設備的遙控閉鎖特性進行仿真。

背景技術(shù)：

隨著全國各地城市軌道交通項目的上馬，對軌道交通專業(yè)人才的需求暴增，尤其是軌道交通行業(yè)電力監(jiān)控系統(tǒng)專業(yè)人員呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長趨勢。但是由于城市軌道電力監(jiān)控系統(tǒng)的復雜性和系統(tǒng)設備價格昂貴，以及受到現(xiàn)場環(huán)境的應用、安全性能等限制，直接在現(xiàn)場進行電力監(jiān)控系統(tǒng)的學習和培訓是不允許的，因此有必要設計電力監(jiān)控仿真培訓系統(tǒng)，其主要目的就是打破現(xiàn)場學習的各種限制，采用數(shù)字化的仿真培訓系統(tǒng)，從而大幅減少運營公司的成本，提高現(xiàn)場運行的安全性，并且通過提前進行員工培訓，提高培訓的效果和進度，可以使電力調(diào)度人員更加從容地使用現(xiàn)場電力監(jiān)控系統(tǒng)，完成軌道交通牽引供電系統(tǒng)的調(diào)度運行工作，最終實現(xiàn)增強社會效益的目的。

對于現(xiàn)場實際運行的城市軌道電力監(jiān)控系統(tǒng)、或電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)，電氣設備的遙控操作都是一個很重要的功能點。在現(xiàn)場系統(tǒng)中，每個實際設備都是獨立的嵌入式裝置，裝置內(nèi)存在內(nèi)部邏輯算法，并且與其它設備之間通過硬接線方式進行連接，因此其電氣閉鎖特性的檢測只需要在內(nèi)部對輸入的硬接線信號進行邏輯判斷即可，但在仿真系統(tǒng)內(nèi)，一個仿真服務器需要對成千上萬的電氣設備進行模擬仿真，而且各個裝置之間相互獨立，不存在硬接線信號的接入，因此在仿真系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)對各個電氣設備進行遙控閉鎖特性的檢測尤其關(guān)鍵。

目前，已有的電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)中，設備的遙控閉鎖功能一般通過場景配置文件或后臺程序硬編碼的方式進行邏輯判斷來實現(xiàn)，但該方法缺乏靈活性，在增加設備裝置時很有可能涉及到源碼的改動，并且在工程應用中會增加相當?shù)呐渲霉ぷ髁俊?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提出基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法可以有效地改善這些不足，是一種全新的模擬現(xiàn)場實際運行設備硬接線或設備內(nèi)邏輯閉鎖功能的發(fā)明，可在申請人研制的城市軌道電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)平臺下實現(xiàn)。

LUA是一個小巧的腳本語言，由標準C編寫而成，目前已廣泛應用于各類以腳本為驅(qū)動的各類游戲、工業(yè)控制系統(tǒng)中，能夠很好地為應用程序提供靈活的擴展和定制功能。本發(fā)明提出的基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法利用面向?qū)ο蠛湍_本技術(shù)模擬實際運行中的各種邏輯閉鎖功能，通過對電氣設備按邏輯規(guī)則類型進行分組，為每組邏輯規(guī)則編寫LUA腳本形成規(guī)則庫，然后為需要進行遙控閉鎖仿真的設備選擇對應的規(guī)則、配置實際相關(guān)聯(lián)的信號輸入點(將邏輯規(guī)則和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)點分開配置)，即可實現(xiàn)該設備的遙控閉鎖特性仿真。在培訓仿真系統(tǒng)中采取該方法，利用LUA腳本的靈活性以及可配置性等優(yōu)點可以完成各種模擬仿真場景下設備的電氣閉鎖特性，既可避免重復的、大量的邏輯規(guī)則配置，也實現(xiàn)了不同電氣設備對象之間的關(guān)聯(lián)性。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法，其特征在于：

步驟一、操作員在培訓仿真系統(tǒng)HMI界面上觸發(fā)電氣設備的遙控仿真操作；

步驟二、培訓仿真系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫檢測到遙控仿真事件后將該事件提交給實時庫底層的數(shù)據(jù)引擎，數(shù)據(jù)引擎再將遙控點(電氣設備)信息提交給LUA腳本引擎；

步驟三、由LUA腳本引擎在規(guī)則庫中檢索到該遙控點(電氣設備)的LUA腳本規(guī)則，并在配置好的關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件中查找到該電氣設備所需要關(guān)聯(lián)的信號點；

步驟四、LUA腳本引擎通過數(shù)據(jù)引擎從實時庫中取得相關(guān)信號點的實時值，并根據(jù)規(guī)則計算規(guī)則的邏輯結(jié)果，若結(jié)果為1則表示該電氣設備遙控特性得以滿足，正常執(zhí)行遙控；否則表示不滿足該設備的遙控特性，拒絕當前遙控；

步驟五、將是否滿足遙控閉鎖特性的結(jié)果由數(shù)據(jù)引擎寫入實時庫，并最終反饋到系統(tǒng)HMI界面上。

上述的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法，其進一步特征在于：

所述培訓仿真系統(tǒng)HMI是培訓仿真系統(tǒng)的人機接口，各類操作都由操作員在其上完成。

所述培訓仿真系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫是采用面向?qū)ο蟮姆绞竭M行建模，所有的設備數(shù)據(jù)點都是對象，實時數(shù)據(jù)庫采用共享內(nèi)存機制創(chuàng)建，能夠?qū)崿F(xiàn)高效地對于實時數(shù)據(jù)進行采集、保存、計算、處理和分發(fā)；實時數(shù)據(jù)庫通過消息注冊機制與數(shù)據(jù)引擎進行交互。

所述數(shù)據(jù)引擎，也稱為實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)總線訪問接口，通過數(shù)據(jù)引擎對實時數(shù)據(jù)庫進行讀、寫、監(jiān)聽數(shù)據(jù)的操作。

所述LUA腳本引擎，負責LUA腳本規(guī)則的解釋執(zhí)行，包括使用自定義LUA函數(shù)利用數(shù)據(jù)引擎從數(shù)據(jù)庫中讀寫實時值以及對邏輯規(guī)則進行計算，并且返回腳本執(zhí)行的結(jié)果。

所述關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件，用于保存在實例化每個需要仿真的電氣設備時配置其所關(guān)聯(lián)的信號輸入點和其所使用的LUA規(guī)則標識符。

所述LUA腳本規(guī)則庫，其由多個LUA腳本文件組成，每個文件為一條規(guī)則，每個規(guī)則具有唯一標識符?？梢园丛O備、規(guī)則類型進行分類，將具有相同邏輯規(guī)則的設備分為一組，每組邏輯規(guī)則對應一個LUA腳本文件。

LUA腳本解釋執(zhí)行的過程：

①讀取實時庫中相關(guān)聯(lián)信號點的值(包括當前遙控命令的值)；

②根據(jù)邏輯表達式計算結(jié)果值；

③將結(jié)果值(0為閉鎖，1為不閉鎖)寫入到實時庫中對應點的屬性上；

由于LUA腳本文件獨立于實時庫而存在，與實時數(shù)據(jù)庫間沒有直接接口調(diào)用，不能完成對實時庫的訪問，因此需要自定義LUA函數(shù)，并通過數(shù)據(jù)引擎與實時庫接口。從以上兩個功能點分析，僅需要定義讀實時庫、寫實時庫兩個接口即可。

本發(fā)明的有益效果：

基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法可以廣泛地應用于各種電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)中，該發(fā)明通過數(shù)據(jù)引擎和LUA腳本引擎兩者的有機集合，搭建遙控閉鎖執(zhí)行的仿真機制，采用將相同邏輯規(guī)則的設備分為一組，配置與之對應的邏輯腳本，并將與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)點和規(guī)則區(qū)分開的方法，大大減少了邏輯規(guī)則的配置工作，而且復雜的邏輯規(guī)則可由研發(fā)人員完成，形成各種遙控邏輯閉鎖規(guī)則腳本知識庫，為以后的項目提供更廣泛的支持。因此，工程人員僅專注于在關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件中配置相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)即可，這種方法在很大程度上降低了工程人員的配置工作量。LUA腳本的靈活性同時也滿足了各種復雜場景下遙控閉鎖仿真的需求。

附圖說明

圖1為基于LUA腳本的遙控閉鎖特性仿真方法結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實施例的關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件設計示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的LUA腳本規(guī)則庫示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中斷路器狀態(tài)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

【1】基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法的結(jié)構(gòu)如圖1所示，各部件作用如下：

1)系統(tǒng)HMI：培訓仿真系統(tǒng)的人機接口，各類操作都由操作員在其上完成。

2)實時數(shù)據(jù)庫：培訓仿真系統(tǒng)的實時庫數(shù)據(jù)庫采用面向?qū)ο蟮姆绞竭M行建模，所有的設備數(shù)據(jù)點都是對象，見附圖1；系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫采用共享內(nèi)存機制創(chuàng)建，可以實現(xiàn)高效地對于實時數(shù)據(jù)進行采集、保存、計算、處理和分發(fā)；實時數(shù)據(jù)庫通過消息注冊機制與數(shù)據(jù)引擎進行交互；

3)數(shù)據(jù)引擎：也可以稱為實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)總線訪問接口，通過數(shù)據(jù)引擎可以對實時數(shù)據(jù)庫進行讀、寫、監(jiān)聽數(shù)據(jù)的操作。

4)LUA腳本引擎：該部件主要負責LUA腳本規(guī)則的解釋執(zhí)行，包括使用自定義LUA函數(shù)利用數(shù)據(jù)引擎從數(shù)據(jù)庫中讀寫實時值以及對邏輯規(guī)則進行計算，并且返回腳本執(zhí)行的結(jié)果。

5)關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件：用于保存在實例化每個需要仿真的電氣設備時配置其所關(guān)聯(lián)的信號輸入點和其所使用的LUA規(guī)則標識符。

6)LUA規(guī)則庫：也可以稱為LUA腳本庫，其由多個LUA腳本文件組成，每個文件為一條規(guī)則，每個規(guī)則具有唯一標識符。可以按設備、規(guī)則類型進行分類，將具有相同邏輯規(guī)則的設備分為一組，每組邏輯規(guī)則對應一個LUA腳本文件。

如圖1所示，基于LUA腳本的遙控閉鎖特性仿真方法結(jié)構(gòu)圖。

基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法具體過程如下：

1)操作員在系統(tǒng)HMI界面上觸發(fā)電氣設備的遙控仿真操作；

2)培訓仿真系統(tǒng)實時庫檢測到遙控仿真事件后將該事件提交給實時庫底層的數(shù)據(jù)引擎，數(shù)據(jù)引擎再將遙控點(電氣設備)信息提交給LUA腳本引擎；

3)由LUA腳本引擎在規(guī)則庫中檢索到該遙控點(電氣設備)的LUA腳本規(guī)則，并在配置好的關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件中查找到該電氣設備所需要關(guān)聯(lián)的信號點；

4)LUA腳本引擎通過數(shù)據(jù)引擎從實時庫中取得相關(guān)信號點的實時值，并根據(jù)規(guī)則計算規(guī)則的邏輯結(jié)果，若結(jié)果為1則表示該電氣設備遙控特性得以滿足，正常執(zhí)行遙控；否則表示不滿足該設備的遙控特性，拒絕當前遙控；

5)將是否滿足遙控閉鎖特性的結(jié)果由數(shù)據(jù)引擎寫入實時庫，并最終反饋到系統(tǒng)HMI界面上。

【2】關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件設計：

該文件主要用于保存在實例化每個需要仿真的電氣設備時配置其所關(guān)聯(lián)的信號輸入點和其所使用的LUA規(guī)則標識符，典型的文件格式圖2所示，本實施例的關(guān)聯(lián)信號點XML輸入文件設計圖。

說明：

LuaRuleType節(jié)點：每個需要進行遙控仿真的遙控點(電氣設備)對應一個LuaRuleType，配置遙控相關(guān)的各項信息。

LuaRuleType->DeviceObjectId屬性：該設備的遙控點在實時庫系統(tǒng)中對象的ObjectId；

LuaRuleType->Type屬性：該設備所使用的LUA腳本規(guī)則類型。

LuaRuleFilePath節(jié)點：該遙控設備使用的LUA腳本的路徑，一般可與LuaRuleType->Type對應。

InParameters/OutParameters節(jié)點：配置LUA腳本所需要的輸入/輸出參數(shù)，每個輸入?yún)?shù)/輸出對應一個Parameter節(jié)點。(OutParameters中的Id可以不與DeviceObjectId相同。)

Parameter節(jié)點：LUA腳本的輸入/輸出參數(shù)。

Parameter->ParameterName屬性：LUA腳本根據(jù)該名稱與XML文件中的配置進行交互。如圖2中的設備1的“A2”參數(shù)，表示讀取實時庫中Id＝"520655329"對象的"State"的值。設備1的“OUT1”參數(shù)，表示將腳本的結(jié)果值寫入實時庫中Id＝"522717661"對象的"ExecuteState"屬性。

Parameter->Id屬性：該參數(shù)關(guān)聯(lián)的實時庫對象點的ObjectId。

Parameter->Attribution屬性：該參數(shù)關(guān)聯(lián)的實時庫對象點的屬性名稱。

另外，在進行邏輯規(guī)則判斷時，需要考慮當前遙控命令的值，遙控命令的值不同產(chǎn)生的閉鎖效應也不同，所以上述配置中還隱含有一個輸入?yún)?shù)，即DeviceObjectId所指向遙控點的CommandStatus屬性值，一般0表示“分閘”，值1表示“合閘”。

【3】LUA腳本：

LUA腳本解釋執(zhí)行的過程：

1)讀取實時庫中相關(guān)聯(lián)信號點的值(包括當前遙控命令的值)；

2)根據(jù)邏輯表達式計算結(jié)果值；

3)將結(jié)果值(0為閉鎖，1為不閉鎖)寫入到實時庫中對應點的屬性上。

由于LUA腳本文件獨立于實時庫而存在，與實時數(shù)據(jù)庫間沒有直接接口調(diào)用，不能完成對實時庫的訪問，因此需要自定義LUA函數(shù)，并通過數(shù)據(jù)引擎與實時庫接口。從以上兩個功能點分析，僅需要定義讀實時庫、寫實時庫兩個接口即可，函數(shù)聲明如下所示。

DATA READ_OMS(UINT OBID,STRING ATTRNAME)；

BOOL WRITE_OMS(UINT OBID,STRING ATTRNAME,DATA RET)；

在READ_OMS、WRITE_OMS函數(shù)內(nèi)部通過單例模式獲取當前程序運行的實時庫對象G_OMSDATABASE，并通過該對象完成對實時庫的讀寫操作。

基于READ_OMS、WRITE_OMS函數(shù)，LUA規(guī)則腳本的典型代碼如下圖3所示。該代碼描述的是一種在斷路器中常用的"三取二"規(guī)則邏輯，即三個斷路器在同一時間最多只允許有兩個斷路器在合閘位置,即在每次合閘斷路器時，先判斷另外兩個斷路器是否已經(jīng)在合閘位置，若是則不允許合閘(合閘閉鎖)，若不是則允許合閘(合閘不閉鎖)；而對于分閘遙控命令則不受影響，永不閉鎖。該種邏輯規(guī)則廣泛用于母聯(lián)斷路器開關(guān)與兩條進線斷路開關(guān)之間的閉鎖仿真。

在本公司研制的城市軌道交通培訓仿真系統(tǒng)中，各個線路上均設置了故障仿真點，在進行越區(qū)供電遙控閉鎖仿真時，涉及到的遙信變量多達34個，因此實際的邏輯規(guī)則遠比示例復雜。

圖3是本實施例的典型的LUA規(guī)則腳本示意圖。

典型應用：作為申請人的城市軌道交通電力監(jiān)控培訓仿真系統(tǒng)中的主要功能組件之一，本專利所發(fā)明的基于LUA腳本的電氣設備遙控閉鎖特性仿真方法在系統(tǒng)實施中得到了應用與驗證。該培訓仿真系統(tǒng)已成功用于南京、沈陽等多地的培訓仿真教學任務，并且得到了廣大用戶和工程人員的一致好評。

圖4是以實時庫系統(tǒng)中斷路器設備模型為例的斷路器狀態(tài)圖，斷路器設備模型至少包含了斷路器控制點(遙控點)、斷路器狀態(tài)點(遙信點)、斷路器通信狀態(tài)點(遙信點)、斷路器上三相電壓點、電流點(遙測點)等，每個點在系統(tǒng)中均為一個對象，每個對象又包含多個屬性，用以說明當前對象的特性。遙信點對象的結(jié)構(gòu)如下所示，其State屬性表明當前斷路器為“故障狀態(tài)”(一般值為0、3表示故障，1為分閘狀態(tài)，2為合閘狀態(tài)；而遙控對象一般是0為分閘操作，1為合閘操作)。

以上僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加以實現(xiàn)。