南京南瑞繼保電氣有限公司的研究人員陳宏君、張磊、徐睿、曾凱、劉坤，在2019年第3期《電氣技術(shù)》上撰文，分析了面向國(guó)際市場(chǎng)的用戶軟件現(xiàn)狀與問題，介紹了新一代控制保護(hù)平臺(tái)PCS-S系列裝置配套軟件設(shè)計(jì)理念與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

軟件以驅(qū)動(dòng)包文件銜接裝置研發(fā)、工程實(shí)施、用戶運(yùn)維等過程，支持驅(qū)動(dòng)包在線升級(jí)更新。以“所見即所得”的設(shè)計(jì)理念，通過分布式配置和集中式瀏覽編輯，解決數(shù)據(jù)一致性和同步等難題。通過MOT選型、可配置腳本、可視化主接線、圖形化跳閘矩陣等手段提升裝置可配置能力。

軟件通過模塊化元件內(nèi)嵌IEC 61850模型、圖形化配置過程層數(shù)據(jù)模型等方式實(shí)現(xiàn)IEC 61850多版本自動(dòng)建模。支持以裝置能力描述文件為輸入源，進(jìn)行數(shù)字化回路配置，實(shí)現(xiàn)智能變電站裝置配置、調(diào)試、集成和運(yùn)維一體設(shè)計(jì)。基于本文設(shè)計(jì)的PCS-Studio軟件已經(jīng)在多個(gè)工程實(shí)施中應(yīng)用，滿足用戶可配置、易維護(hù)的需求。

保護(hù)測(cè)控裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)化、可視化、可配置和調(diào)試的功能，一些廠家的產(chǎn)品已經(jīng)銷售到國(guó)際市場(chǎng)，與國(guó)內(nèi)的大客戶定制化、標(biāo)準(zhǔn)化模式相比，國(guó)際市場(chǎng)區(qū)域分散、用戶需求存在較大差異，裝置軟硬件平臺(tái)、應(yīng)用程序配置、用戶運(yùn)維軟件等需要提升靈活性、可配置能力。

對(duì)過程控制系統(tǒng)（process control system, PCS）系列裝置配套PCS- Explorer軟件，在國(guó)內(nèi)外工程實(shí)施進(jìn)行調(diào)研總結(jié)，在獲得用戶的認(rèn)可同時(shí)，亦存在如下不足：

①部分應(yīng)用配置復(fù)雜度較高，即使深入閱讀說明書，也存在理解和操作上的困難，例如針對(duì)主變高、中、低壓側(cè)的模擬量分配和保護(hù)功能連接關(guān)系的配置，需要提供50余頁(yè)專項(xiàng)說明；

②限制于工具軟件所能提供的功能，部分應(yīng)用的靈活可配置能力有待提升，例如國(guó)外不同地區(qū)的間隔的接線方式非常靈活，往往超出預(yù)設(shè)的組合范圍，一些特殊接線只能二次變更開發(fā)；

③IEC 61850采用全自動(dòng)化建模方式，用戶無(wú)法自主設(shè)置實(shí)例號(hào)，導(dǎo)致后續(xù)工程維護(hù)升級(jí)時(shí)新增/刪除信號(hào)帶來(lái)邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例號(hào)的變化，加大了維護(hù)工作量；

④裝置配置調(diào)試和變電站集成需要通過2個(gè)軟件分步完成，缺少一體化設(shè)計(jì)交互能力。

針對(duì)上述反饋，結(jié)合新一代控制保護(hù)平臺(tái)PCS-S系列裝置的推廣需求，新開發(fā)了配套的面向國(guó)際市場(chǎng)的裝置開發(fā)運(yùn)維軟件PCS-Studio，本文介紹了該軟件的設(shè)計(jì)理念和關(guān)鍵技術(shù)。

1 軟件設(shè)計(jì)理念

軟件需注重用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)所見即所得。按照支撐產(chǎn)品全生命周期的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，從裝置訂貨、研發(fā)調(diào)試、工程實(shí)施、運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)，提供裝置選型、應(yīng)用開發(fā)、插件選配、用戶配置、整站集成、狀態(tài)瀏覽、波形分析等功能模塊。

1.1 概念定義

元件是完成特定功能邏輯、面向?qū)ο蠓庋b的一組數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程，處理完后輸出的數(shù)據(jù)供其他元件使用。元件包含輸入、輸出、參數(shù)、邏輯節(jié)點(diǎn)、人機(jī)配置等內(nèi)容。

驅(qū)動(dòng)包是一個(gè)自定義格式的文件，把硬盤目錄下整個(gè)裝置的編程、配置、建模相關(guān)文件打包壓縮形成*.dev。其包括裝置的元件庫(kù)、可視化頁(yè)面、定值、事件錄波、裝置選型、液晶主畫面等裝置配置的源素材文件，還包括通過分析源素材文件形成的裝置運(yùn)行接口文件、ICD（裝置能力描述文件）等。

研發(fā)人員通過PCS-Studio軟件開發(fā)裝置驅(qū)動(dòng)包，將驅(qū)動(dòng)包下載到裝置運(yùn)行。工程人員和用戶可從裝置中裝上驅(qū)動(dòng)包、或者從驅(qū)動(dòng)包安裝庫(kù)中選擇驅(qū)動(dòng)包新建離線配置，進(jìn)行本地化配置，形成新的驅(qū)動(dòng)包。

1.2 配置調(diào)試集成一體化設(shè)計(jì)

如圖1所示，PCS-Studio采用一體化設(shè)計(jì)，以變電站為單位創(chuàng)建工程，支持單裝置配置調(diào)試、跨裝置集成功能。

圖1 配置調(diào)試集成一體化設(shè)計(jì)

軟件提供的功能包括：

• ①工程管理，創(chuàng)建、打開、關(guān)閉、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出工程；
• ②裝置選型：基于定貨號(hào)進(jìn)行MOT選型、系統(tǒng)配置選型、功能投退；③硬件配置：增加、刪除、投退IO插件；
• ④應(yīng)用程序配置：應(yīng)用程序新增刪除加元件、用戶邏輯編程；
• ⑤信號(hào)連線：AI、BI、BO、LED拉線配置；
• ⑥定值設(shè)置：定值分組整定、導(dǎo)入導(dǎo)出、下載上裝和比較；
• ⑦人機(jī)配置：信號(hào)分組、事件、錄波、用戶級(jí)菜單配置、LCD主畫面繪制；
• ⑧IEC 61850配置：創(chuàng)建和配置邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集、報(bào)告塊；支持Ed1.0/Ed2.0可選建模；
• ⑨通信管理：IEC 103、DNP、MODBUS等通信規(guī)約配置；
• ⑩驅(qū)動(dòng)包管理和維護(hù)：驅(qū)動(dòng)包庫(kù)入庫(kù)、升級(jí)、比較、導(dǎo)入用戶配置；在線調(diào)試維護(hù)：虛擬液晶調(diào)試、IEC 61850調(diào)試、可視化頁(yè)面調(diào)試；權(quán)限管理：用戶角色劃分、離線在線操作權(quán)限管理；變電站集成配置：通信子網(wǎng)配置、網(wǎng)絡(luò)光口配置、發(fā)送接收數(shù)據(jù)傳輸配置、導(dǎo)入導(dǎo)出變電站配置文件。

上述功能覆蓋了從單裝置研發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試的相關(guān)過程。軟件的用戶包括裝置研發(fā)人員、生產(chǎn)制造人員、技術(shù)支持人員、產(chǎn)品代理人員、購(gòu)買裝置的用戶。

以技術(shù)支持用戶為例，其典型的操作流程如圖2所示：

• ①用戶打開軟件，新建工程、層次目錄，從離線驅(qū)動(dòng)包庫(kù)中挑選驅(qū)動(dòng)包或在線連接裝置獲取驅(qū)動(dòng)包的方式新建裝置；
• ②進(jìn)行裝置MOT選型、系統(tǒng)功能配置和保護(hù)測(cè)控功能投退；
• ③進(jìn)行可視化頁(yè)面配置（包括邏輯編程、用戶級(jí)HMI圖形化配置、IEC 61850過程層圖形化配置）；
• ④進(jìn)行定值整定、LCD主畫面編輯、通信數(shù)據(jù)集、點(diǎn)表配置。

對(duì)于智能變電站的裝置，還可進(jìn)行過程層變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）、模擬量采樣（sampled value, SV）的發(fā)送接收端子配置，形成單裝置ICD文件。之后在資源管理器導(dǎo)入其他裝置的ICD文件，將其他裝置的GOOSE-SV發(fā)送數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的發(fā)送端子選擇拖入到ICD的Inputs節(jié)點(diǎn)內(nèi)，并選擇外裝置的FCDA和本裝置的接收虛端子DAI關(guān)聯(lián)，通過ExtRef存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

裝置是以回路實(shí)例配置（configured circuit description, CCD）文件作為數(shù)字化傳輸?shù)慕涌?，配置軟件根?jù)ICD文件中的發(fā)送數(shù)據(jù)集和Inputs接收端子信息，形成該配置文件，通過1個(gè)軟件，即完成了裝置間的數(shù)據(jù)傳輸配置。完成相關(guān)離線配置后，將驅(qū)動(dòng)包下載到裝置進(jìn)行在線調(diào)試。

1.3 以驅(qū)動(dòng)包為核心銜接全流程設(shè)計(jì)

面向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，要求保護(hù)測(cè)控裝置具備靈活的可配置能力和快速集成能力?；趥鹘y(tǒng)的定制化編程方式，已經(jīng)很難適應(yīng)不同國(guó)家和地區(qū)用戶需求。需提供可配置方法，支持用戶二次開發(fā)，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，而面向用戶的可配置，要求風(fēng)險(xiǎn)可靠，避免用戶進(jìn)行程序編譯等復(fù)雜度高的操作。

另外隨著研發(fā)分工的細(xì)化，裝置程序的研發(fā)也需分步實(shí)現(xiàn)，模塊研發(fā)人員側(cè)重于單個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，以提高模塊的研發(fā)質(zhì)量和運(yùn)行效率，裝置集成研發(fā)人員基于可復(fù)用的模塊庫(kù)，搭建裝置功能，并設(shè)計(jì)開放給用戶的配置接口，以提高裝置集成速度。本軟件以驅(qū)動(dòng)包為核心，實(shí)現(xiàn)不同用戶分權(quán)限、分步驟開發(fā)，如圖3所示。

圖2 用戶操作流程設(shè)計(jì)

圖3 以驅(qū)動(dòng)包為核心的分步開發(fā)過程

• 1）通過符號(hào)庫(kù)編輯軟件進(jìn)行模塊研發(fā)，將裝置功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，形成符號(hào)庫(kù)。
• 2）通過研發(fā)版配置軟件進(jìn)行裝置功能集成研發(fā)，從模塊庫(kù)中挑選必需的功能模塊，以圖形化配置組合的方式搭建頂層功能，將各模塊二進(jìn)制目標(biāo)文件和系統(tǒng)程序庫(kù)鏈接為可執(zhí)行程序；設(shè)計(jì)面向用戶可配置數(shù)據(jù)，將模塊庫(kù)、可執(zhí)行程序、配置頁(yè)面數(shù)據(jù)、用戶可配置數(shù)據(jù)打包為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)包。
• 3）用戶通過用戶版配置軟件進(jìn)行二次開發(fā)，用戶基于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)包進(jìn)行用戶級(jí)配置，形成新的驅(qū)動(dòng)包下載到裝置運(yùn)行調(diào)試。

用戶版軟件僅顯示用戶可見的模塊、頁(yè)面、定值、配置選項(xiàng)等數(shù)據(jù)，用戶版本的邏輯編程數(shù)據(jù)處理采用動(dòng)態(tài)注冊(cè)技術(shù)，是免編譯的。

1.4 提升裝置可配置能力設(shè)計(jì)

在PCS-Explorer軟件中，裝置運(yùn)行的主體功能使用圖形化元件搭建，在保留該軟件部分核心功能前提下，PCS-Studio新增了主接線功能、圖形化跳閘矩陣功能，進(jìn)一步提升母差保護(hù)裝置、主變保護(hù)裝置的可配置能力，降低上述應(yīng)用的配置復(fù)雜度，并對(duì)IEC 61850建模配置進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，提升用戶自主配置修改方便性。

1）主接線配置

母差保護(hù)采用面向間隔對(duì)象的方法來(lái)形成差動(dòng)構(gòu)成圖，該方法針對(duì)不同母差主接線情況下，只需要修改母差配置，不需要修改母差程序。之前的標(biāo)準(zhǔn)母差保護(hù)支持的主接線形式固定（通過MOT提供11種可選接線方式），無(wú)法滿足一些較特殊的主接線方式，由研發(fā)人員進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。故需要通過繪制母差主接線圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)形成母差配置的功能。其主接線實(shí)現(xiàn)步驟如下：

• （1）軟件提供符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)圖元，例如母線、互感器、刀閘、開關(guān)等。
• （2）裝置研發(fā)人員基于基本圖元?jiǎng)?chuàng)建復(fù)合圖元，例如單母、雙母、母聯(lián)、分段等間隔對(duì)象，填寫腳本。
• （3）用戶基于基本圖元和復(fù)合圖元進(jìn)行主接線繪制；并將各間隔符號(hào)和圖形化頁(yè)面的元件關(guān)聯(lián)。
• （4）軟件解析主接線圖，執(zhí)行腳本，生成實(shí)例化元件拓?fù)湫畔ⅰ?shù)設(shè)置信息。

在進(jìn)行變壓器保護(hù)配置前，需要了解原理圖、用戶習(xí)慣，由于變壓器主變接線方式和高中低壓側(cè)的分支數(shù)可變，所以對(duì)應(yīng)的模擬量拉線、命名、HMI配置都有可能要修改，由于其靈活的可配置模式，對(duì)工程人員和用戶來(lái)說，需要深刻理解掌握變壓器保護(hù)的配置思路，專業(yè)門檻高，存在一定難度，也需要通過圖形化的方式，以直觀地進(jìn)行模擬量和功能配置。其主接線配置實(shí)現(xiàn)步驟如下：

• （1）主變使用可視化主接線進(jìn)行模擬量拉線配置。用戶在該界面中新建保護(hù)對(duì)象，并定義變壓器各側(cè)有多少個(gè)分支。
• （2）用戶在該界面，按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況安裝三相電流CT，零序電流CT，三相電壓PT（可帶零序電壓采集），模擬量用CT和PT實(shí)例化對(duì)應(yīng)C3P元件和U3P元件，可直接關(guān)聯(lián)采樣通道。
• （3）用戶可以對(duì)這些安裝的互感器進(jìn)行命名，這些命名將替換裝置內(nèi)部的相關(guān)定值。模擬量直接連線給預(yù)定義的功能對(duì)象，并設(shè)置描述。
• （4）用戶再將需要配置的保護(hù)元件添加到圖形中來(lái)，并和這些CT、PT建立連接關(guān)系。
• 以主變保護(hù)為例，其主接線示意圖如圖4所示。

圖4 主變保護(hù)主接線示意圖

2）跳閘矩陣

主變?nèi)齻?cè)保護(hù)多，跳閘開關(guān)多，每個(gè)保護(hù)跳的開關(guān)不一樣，如果都用繼電器就需要定義很多壓板。之前是通過定值整定或者通過搭建繁雜的邏輯頁(yè)面實(shí)現(xiàn)，存在不直觀、不易匯總的問題。跳閘矩陣先將要跳的每個(gè)開關(guān)的繼電器固定，對(duì)每個(gè)保護(hù)要跳開關(guān)編碼，用點(diǎn)擊圓圈方式直接起動(dòng)要跳開關(guān)繼電器。

通過對(duì)各種保護(hù)跳閘進(jìn)行統(tǒng)一需求分析，設(shè)計(jì)了通用的跳閘矩陣符號(hào)，其在數(shù)據(jù)建模是個(gè)通用的元件，包括輸入、輸出、參數(shù)、邏輯節(jié)點(diǎn)模型，在圖形上進(jìn)行特殊處理，根據(jù)輸入個(gè)數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整顯示行數(shù)，固定32個(gè)輸出和定值，采用圍棋模式的按比特位進(jìn)行整定，支持修改關(guān)聯(lián)變量描述，其他頁(yè)面可使用跳閘矩陣的輸出變量。

3）IEC 61850建模

目前國(guó)際市場(chǎng)存在IEC 61850Ed1、Ed2兩個(gè)版本建模的需求，需支持可選切換導(dǎo)出符合Ed1、Ed2標(biāo)準(zhǔn)的模型，為此構(gòu)建了支持2個(gè)版本的SCL數(shù)據(jù)模型，通過傳入形參數(shù)，動(dòng)態(tài)形成對(duì)應(yīng)版本的屬性和子節(jié)點(diǎn)。針對(duì)單裝置的IEC 61850建模，采用三類圖形化符號(hào)實(shí)現(xiàn)。

（1）應(yīng)用元件內(nèi)嵌邏輯節(jié)點(diǎn)模型。例如零序過流保護(hù)元件采用類型為PDOC的邏輯節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，在符號(hào)庫(kù)元件制作階段，可導(dǎo)入2個(gè)版本的數(shù)據(jù)模板，將邏輯節(jié)點(diǎn)作為元件的成員模型，進(jìn)行元件變量和邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)屬性映射配置、數(shù)據(jù)集配置，元件實(shí)例化時(shí)邏輯節(jié)點(diǎn)也同步實(shí)例化，完成裝置主體功能建模。

（2）提供通用邏輯節(jié)點(diǎn)圖形化符號(hào)建模，例如MMXU、GGIO，進(jìn)行用戶級(jí)自定義模擬量、開關(guān)量符號(hào)建模，這類符號(hào)可以關(guān)聯(lián)跨元件的變量。

（3）提供PTRC、TCTR、TVTR等過程層GOOSE、SV的數(shù)據(jù)發(fā)送接收符號(hào)，采用圖形化方式進(jìn)行發(fā)送壓板控制、接收邏輯編程，通過分析上述符號(hào)的拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行過程層虛端子建模。

通過元件關(guān)聯(lián)邏輯節(jié)點(diǎn)和圖形化符號(hào)，實(shí)現(xiàn)IEC 61850的自動(dòng)化、圖形化建模，用戶不用關(guān)心底層SCL語(yǔ)法，降低了配置建模復(fù)雜度，支持用戶基于研發(fā)人員預(yù)配置的數(shù)據(jù)集，進(jìn)行用戶級(jí)數(shù)據(jù)集的創(chuàng)建，篩選裝置側(cè)上送給后臺(tái)的信號(hào)。同時(shí)提供集中式瀏覽界面，匯總各個(gè)頁(yè)面的邏輯節(jié)點(diǎn)模型，支持用戶集中修改實(shí)例化、前綴等內(nèi)容，驅(qū)動(dòng)包升級(jí)時(shí)保留用戶設(shè)置的屬性。

1.5 可靠性設(shè)計(jì)

在提升軟件可靠性方面，通過組件化的設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可選升級(jí)能力；通過基于用戶角色的權(quán)限管理（role-based access control, RBAC）進(jìn)行用戶操作控制；通過內(nèi)置校驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行防誤校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)用戶操作的日志記錄，用戶驅(qū)動(dòng)包下載前的配置合規(guī)檢查。

1）基于組件的軟件工程理念

軟件系統(tǒng)比較龐大復(fù)雜，同時(shí)用戶對(duì)軟件的發(fā)布、升級(jí)的可靠性、運(yùn)行過程的穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，對(duì)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)帶來(lái)挑戰(zhàn)，需要有合適的軟件工程方法來(lái)指導(dǎo)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)過程。基于組件軟件工程是一種基于復(fù)用方法來(lái)定義、實(shí)現(xiàn)和組合松散耦合的獨(dú)立組件，使之成為一個(gè)系統(tǒng)。組件是比對(duì)象更高層次的抽象，其接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)其他組件是隱藏的。開發(fā)可靠易維護(hù)的軟件設(shè)計(jì)原則如下：

• （1）組件是獨(dú)立的，組件之間不影響彼此的操作。組件實(shí)現(xiàn)的改變可以不影響系統(tǒng)其他部分。
• （2）組件之間通過預(yù)先定義的接口進(jìn)行交互，當(dāng)接口保持不變或兼容的情況下，組件可以替換為另一個(gè)有更多功能的組件。
• （3）組件的基礎(chǔ)支撐層提供一些可用的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，減少了需要新開發(fā)的代碼量，提升了模塊復(fù)用程度。

組件具有標(biāo)準(zhǔn)化、獨(dú)立性、可組合性、可部署性、文檔化等特征?；诮M件復(fù)用的軟件開發(fā)過程包括：系統(tǒng)需求概覽定義、識(shí)別候選組件、根據(jù)發(fā)現(xiàn)的組件修改需求、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、識(shí)別候選組件、組合組件并構(gòu)建系統(tǒng)。本文的PCS-Studio軟件采用了組件化設(shè)計(jì)理念。

2）權(quán)限管理

按照IEEE 1686規(guī)范進(jìn)行角色權(quán)限設(shè)計(jì)。預(yù)設(shè)置7種用戶角色，分別為“查看”、“控制”、“定值”、“測(cè)試”、“配置”、“調(diào)試”和“管理”。工具默認(rèn)提供一個(gè)管理員賬戶，默認(rèn)具有所有權(quán)限。用戶第一次配置時(shí)使用admin賬戶進(jìn)行登錄，登錄以后需要立即修改默認(rèn)的用戶名和密碼。

管理員可以進(jìn)行權(quán)限配置：①設(shè)置哪些權(quán)限不需要校驗(yàn)密碼；②設(shè)置免密碼操作的超時(shí)時(shí)間；③之后再創(chuàng)建角色，給角色分配權(quán)限，并且創(chuàng)建用戶，將用戶添加到角色組中。配置完成后相關(guān)設(shè)置信息保存到權(quán)限文件中，再下載到裝置最終生效。圖5是PCS-Studio的虛擬液晶調(diào)試子進(jìn)程和裝置通信時(shí)的權(quán)限校驗(yàn)過程。

圖5 虛擬液晶調(diào)試軟件登錄過程

3）防誤校驗(yàn)

軟件在防誤操作設(shè)計(jì)方面，在編輯過程中進(jìn)行即時(shí)校驗(yàn)，例如定值設(shè)置超范圍提示、IO插件不允許邏輯編程的控制、部分元件實(shí)例個(gè)數(shù)的控制、部分元件僅能在指定插件的范圍內(nèi)使用、連接線兩端輸出-輸入變量類型不匹配提示等多項(xiàng)細(xì)節(jié)的提示，減少用戶配置過程中的誤操作。

軟件梳理總結(jié)了裝置側(cè)系統(tǒng)軟件相關(guān)配置檢查規(guī)則，在驅(qū)動(dòng)包形成處理過程中，進(jìn)行逐條檢測(cè)，并按照錯(cuò)誤/告警/提示的級(jí)別進(jìn)行展示，僅當(dāng)零錯(cuò)誤的配置才形成可下載的驅(qū)動(dòng)包。此外客戶端軟件與裝置之間的調(diào)試下載通信進(jìn)行完整性校驗(yàn)機(jī)制，采用了MD5對(duì)敏感數(shù)據(jù)保護(hù)進(jìn)行保護(hù)，通信報(bào)文采用加密處理，避免非法會(huì)話與攻擊。

2 軟件實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 可擴(kuò)展腳本技術(shù)

在MOT選型、系統(tǒng)配置、可視化主接線等場(chǎng)景，配置選項(xiàng)的修改，需要即時(shí)生效。例如投入退出插件、顯示隱藏頁(yè)面、修改內(nèi)部參數(shù)等。QT庫(kù)的QObject類和派生類有property屬性和c++slot接口，可以在python解釋引擎中注冊(cè)相關(guān)實(shí)體對(duì)象，在腳本中調(diào)用注冊(cè)對(duì)象的API接口，界面上點(diǎn)擊保存或失去焦點(diǎn)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)腳本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)修改功能。圖6是可視化主接線中雙CT母聯(lián)符號(hào)內(nèi)置的腳本示例。

圖6 配置腳本

在圖6中，Bay表示當(dāng)前符號(hào)注冊(cè)名，Graph表示主接線畫面注冊(cè)名，GetSymbolByName等是軟件預(yù)先定義的接口函數(shù)，裝置應(yīng)用開發(fā)人員可調(diào)用軟件提供的API函數(shù)，編寫應(yīng)用層邏輯，實(shí)現(xiàn)工具軟件和不同應(yīng)用邏輯之間解耦。

2.2 數(shù)據(jù)刷新同步技術(shù)

由于模塊化元件支持該元件內(nèi)變量菜單分組配置功能，在可視化頁(yè)面組件和LCD菜單組件均可進(jìn)行菜單分組配置，因此采用一次讀取驅(qū)動(dòng)包內(nèi)容到共享內(nèi)存、多處視圖編輯瀏覽、即時(shí)刷新同步的策略實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性。

軟件需實(shí)現(xiàn)離線HMI菜單配置和可視化頁(yè)面配置的同步生效。將配置相關(guān)的數(shù)據(jù)源主體存儲(chǔ)在可視化頁(yè)面文件中，集中分組配置的菜單文件按順序存儲(chǔ)變量的ID。首次點(diǎn)擊裝置節(jié)點(diǎn)時(shí)，需一次讀取菜單分組、定值、錄波和可視化頁(yè)面信息，確保需同步的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中。

以新建元件為例，從符號(hào)庫(kù)中選擇元件塊釋放到頁(yè)面，則從變量庫(kù)中獲取默認(rèn)實(shí)例名、默認(rèn)的邏輯節(jié)點(diǎn)實(shí)例名，構(gòu)建符號(hào)、變量的ID。讀取符號(hào)內(nèi)分組引用表的配置，匯總各個(gè)菜單引用表的變量ID，根據(jù)層次菜單英文名，查找離線HMI配置的數(shù)據(jù)（包括菜單、錄波、事件、定值），將相關(guān)變量ID順次添加到對(duì)應(yīng)的離線分組內(nèi)存數(shù)據(jù)中。

2.3 組件化集成技術(shù)

PCS-Studio軟件采用組件加載和子進(jìn)程調(diào)用的集成模式，設(shè)計(jì)了主進(jìn)程-子進(jìn)程-子組件的分層架構(gòu)，分主框架、頂層界面組件層、數(shù)據(jù)模型層、公共服務(wù)驅(qū)動(dòng)層，支持功能靈活擴(kuò)展。

基于組件的開發(fā)設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：①實(shí)現(xiàn)對(duì)組件的管理，宿主程序可以搜索、加載、卸載組件和維護(hù)組件的狀態(tài)。將這些功能放到組件配置樹（組件容器）模塊實(shí)現(xiàn)；②接口的設(shè)計(jì)和識(shí)別，接口是不同組件之間、宿主程序與組件之間的通信基礎(chǔ)。宿主程序只有識(shí)別接口，才能加載組件；③資源的互斥和同步，多個(gè)組件的并行運(yùn)行可能對(duì)申請(qǐng)資源產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。

組件系統(tǒng)的功能由組件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)basedata.dll、基礎(chǔ)界面basegui.dll、抽象組件basepackage.dll、消息總線msgbus.dll作為底層驅(qū)動(dòng)公共服務(wù)模塊，數(shù)據(jù)模塊和應(yīng)用能夠組件繼承自上述基礎(chǔ)模塊，組件之間通過消息總線交互數(shù)據(jù)，各應(yīng)用層組件如圖7所示，包括工程管理組件、圖形化配置組件、全局配置組件等。

2.4 主界面框架設(shè)計(jì)技術(shù)

軟件主框架的頂層窗體QWidget由區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3組成，3個(gè)區(qū)域使用QVBoxLayout豎式對(duì)齊。其中區(qū)域1為主標(biāo)題窗體，顯示軟件名字和當(dāng)前打開的工程名稱。區(qū)域2包括菜單欄、工具欄。區(qū)域3為QMainWindow，由QSpliter和狀態(tài)欄組成。

使用QSpliter作為中心窗體，依次豎式管理左側(cè)工具欄、左側(cè)?？看绑w、中間界面容器、右側(cè)?？看绑w、右側(cè)工具欄。中間界面容器分兩個(gè)子區(qū)域，包括QWorkSpace工作空間、底部停靠窗體，使用橫式排列。QWorkSpace用于管理各中子界面。整個(gè)軟件的配色使用QSS的層次樣式表設(shè)計(jì)，通過分層主界面框架，實(shí)現(xiàn)新型自定義軟件界面風(fēng)格。

圖7 組件集成架構(gòu)

圖8 PCS-Studio主界面框架

結(jié)論

PCS-Studio軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，通過可視化的方式配置調(diào)試PCS-S系列裝置。以變電站為單位管理PCS-S系列裝置，能有效管理全站的裝置配置方案。使用驅(qū)動(dòng)包和MOT創(chuàng)建裝置，基于標(biāo)準(zhǔn)模板，可快速構(gòu)建配置。提供功能豐富的離線配置和在線調(diào)試。支持跨裝置的GOOSE-SV數(shù)據(jù)傳輸配置功能。軟件在功能完善性、界面友好性、操作易用性、運(yùn)行穩(wěn)定性等方面有了較大改進(jìn)提升，促進(jìn)了PCS-S系列裝置的市場(chǎng)推廣。