Методика автоматической генерации систем функциональных блоков, реализующих человеко-машинный интерфейс для автоматизации цифровых подстанций МЭК 61850

УДК 004.514 : 621.3.06

DOI 10.21685/2072-3059-2018-1-7

А. С. Войнов, В. Н. Дубинин, В. В. Вяткин, Ч.-В. Янг

МЕТОДИКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИИ СИСТЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ, РЕАЛИЗУЮЩИХ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ МЭК 61850

Аннотация.

Актуальность и цели. Широкое внедрение интеллектуальных сетей электроснабжения нового поколения (сетей Smart Grid) и цифровых подстанций (ЦПС) определяет необходимость автоматизации большинства этапов их проектирования, включая разработку человеко-машинного интерфейса (ЧМИ). Целью данной работы является разработка методики автоматической генерации системы функциональных блоков международного стандарта МЭК 61499 (как элемента распределенной SCADA-системы) для взаимодействия оператора с устройствами ЦПС, построенных в соответствии с международным стандартом МЭК 61850.

Материалы и методы. При проведении исследования использовался волновой алгоритм Ли для трассировки соединений, шаблон MVC для проектирования структуры системы автоматизации ЦПС и технология функциональных блоков стандарта МЭК 61499 для реализации распределенных приложений.

Результаты. В ходе выполнения работы были получены следующие научные и практические результаты: 1) инженерная методика генерации функциональных блоков, реализующих ЧМИ для автоматизации ЦПС МЭК 61850;

2) модифицированный алгоритм Ли, отличающийся от известных возможностью соединения не только узла с узлом, но и узла с уже проложенным соединением, причем в качестве исходной вершины для распространения волны всегда выбирается неподключенная вершина или вершина с наименьшей степенью связности, что позволяет ускорить процесс трассировки пути, а также повысить читабельность экранных представлений электрических схем в ЧМИ;

3) библиотека функциональных блоков, моделирующих и визуализирующих типы устройств ЦПС, а также управляющих ими; 4) автоматический транслятор, преобразующий исходное SCD-описание ЦПС в систему функциональных блоков, реализующую ЧМИ, который в дальнейшем может интегрироваться в систему автоматизации ЦПС в целом.

Выводы. Эффективность предложенной методики автоматической генерации функциональных блоков для создания ЧМИ подтверждается опытом создания и эксплуатации соответствующих инструментальных программных средств, в том числе опробованных на реальных примерах на стенде в лаборатории AIC3 Lab (университет LTU, Швеция).

Ключевые слова: сети электроснабжения, цифровая подстанция, человеко-машинный интерфейс, алгоритм Ли, шаблон MVC, система SCADA, функциональный блок, стандарт МЭК 61499, стандарт МЭК 61850, язык описания системы SCL, файл SCD, NxtStudio.

A. S. Voynov, V. N. Dubinin, V. V. Vyatkin, Ch.-V. Yang

METHODOLOGY OF AUTOMATIC GENERATION OF SYSTEMS FUNCTIONAL BLOCKS REALIZING HUMAN

MACHINE INTERFACE FOR AUTOMATION OF DIGITAL SUBSTATIONS IEC 61850

Abstract.

Background. Widespread introduction of new generation electrical grid (smart grid) and digital substations determines the need for automation of most stages in their design, including the development of the human machine interface (HMI). The goal of this work is the development of the methodology for the automatic generation of systems of function blocks (FB) of the international standard IEC 61499 (as an element of a distributed SCADA system) for the interaction of an operator with devices of a substation designed in accordance with the international standard IEC 61850.

Materials and methods. This research was based on using the algorithm Lee for path connections, the MVC pattern for designing the structure of a substation automation system, and the technology of IEC 61499 FB for implementing distributed applications.

Results. The following scientific and practical results have been reached: 1) the engineering methodology for generating FBs which implement HMI for the automation of IEC 61850 substations; 2) the modified algorithm Lee which differs from the known ones in possibility of connecting not only a node to a node, but also a node to an already created connection, and, at that, an unconnected node or node with the lowest degree of connectivity is always selected as an initial node for wave propagation, that allows to accelerate the path tracing process, as well as significantly improve the readability of the screen representations of electrical circuits in the HMI; 3) the library of FBs for modeling and visualizing the devices of substations, as well as handling them; 4) the automatic translator which transform an source SCD description of a substation into a FB system representing the HMI, which can later be integrated into the whole substation automation system.

Conclusions. The efficiency of the proposed methodology for automatic generation of FBs for the creation of HMI is confirmed by the experience in the development and exploitation of appropriate software tools, including those tested on reallife examples at the AIC3 Lab laboratory (University of LTU, Sweden).

Key words: power supply network, digital substation, human-machine interface, Lie algorithm, MVC template, SCADA system, function block, IEC 61499 standard, IEC 61850 standard, SCL system description language, SCD file, NxtStudio.

Введение

Главным отличием энергетических систем нового поколения от существующих является поддержка двунаправленного обмена данными и энергией [1, 2]. Такое кардинальное изменение инфраструктуры сети требует разработки новых систем управления, для которых необходимо решить проблему взаимодействия узлов друг с другом. Существуют два основных международных стандарта, призванных решить поставленные задачи: стандарт автоматизации цифровых подстанций (ЦПС) МЭК 61850 [3] и стандарт для проектирования распределенных систем управления МЭК 61499 [4]. Стандарт МЭК 61850 определяет проектную спецификацию интеллектуальной сети электроснабжения при моделировании ЦПС и сети передачи данных внутри нее. Стандарт МЭК 61499 определяет структуру программного обеспечения распределенных и реконфигурируемых систем управления, что хорошо подходит для решения задачи автоматизации ЦПС. На данный момент существу-

ет множество вариантов объединения этих двух стандартов в процессе проектирования и, соответственно, множество работ, доказывающих целесообразность их комбинации [5].

При создании систем автоматизации, в том числе на основе стандарта МЭК 61499, часто используют шаблон (паттерн) проектирования Model-ViewController (MVC) [1]. Данный шаблон предлагается использовать при разработке системы автоматизации ЦПС МЭК 61850, причем компонент Model будет реализовываться на основе стандарта МЭК 61850 и модели электромеханических устройств ЦПС, компонент Controller - на основе стандарта МЭК 61499, а компонент View - на основе стандарта МЭК 61850 и CAT-блоков системы NxtStudio.

Преимущество такой декомпозиции сложной системы на более мелкие компоненты позволяет организовать их повторное использование, что увеличивает функциональную совместимость между системами и уменьшает сложность всего проекта. Одним из недостатков компонентно-ориентированного проектирования является ручное выделение отдельных модулей MVC и соответствующих им компонентов. На сегодня существуют работы, которые применяют шаблон MVC для автоматического создания систем управления МЭК 61499 по спецификации МЭК 61850. Однако при этом очень мало внимания уделяется проектированию человеко-машинного интерфейса (ЧМИ), используемого, как правило, как часть функциональности систем SCADA. В работе [6] рассматривается динамическая генерация ЧМИ во время работы приложения, в отличие от представленной нами статьи, где ставится цель сгенерировать полный ЧМИ во время разработки.

В стандарте МЭК 61850 архитектура ЦПС описывается с использованием специального языка описания системной конфигурации SCL (System Configuration Language), представленного в формате XML. В данном стандарте существует несколько типов файлов SCL, но в данной работе представляет интерес только тип файла SCD. Файл SCD полностью описывает конфигурацию ЦПС, включая устройства, связи между ними, а также определяет информационную модель как совокупность логических узлов (LN).

Судя по публикациям, к технологии ЦПС проявляется все больший интерес и в России. В работе [7] рассмотрена информационная модель ЦПС на основе стандарта МЭК 61850, представленная в виде набора структурных схем. В соответствии с представленной моделью логический узел (LN), соответствующий одному элементу ЧМИ, распределяется на интеллектуальное устройство (IED) на уровне рабочей станции. В работе [8] отмечена отечественная система автоматизированного проектирования (САПР) SCADA Studio для автоматизированного проектирования и конфигурирования ЦПС. Эта САПР базируется на открытых стандартах МЭК 61850-6 SCL, МЭК 61970 CIM, МЭК 61131. В статье [9] представлен практический опыт внедрения автоматизированной системы управления техническим процессом (АСУ ТП) и релейной защиты (РЗА) с поддержкой технологии МЭК 61850, демонстрирующий, что во многих случаях оптимальным принципом системного инжиниринга является сочетание методов «сверху вниз» и «снизу вверх». В работе [10] описывается первое в России внедрение технологии ЦПС на основе стандарта МЭК 61850 на действующем энергообъекте. В системе автоматизации использовался выделенный сервер SCADA NPT Expert, подключенный в станционной шине МЭК 61850. Из анализа русскоязычных работ

можно сделать заключение, что очень мало внимания уделяется проектированию, подавляющая часть работ посвящена реализации ЦПС.

Существуют две основные задачи, которые решает данная работа. Первая - автоматическое создание библиотеки компонентов ЧМИ в соответствии с информацией из описания SCD, используя шаблон проектирования MVC, который в данном случае отвечает за визуализацию и интерактивное ручное управление, а также поддерживает возможное подключение к компоненту логического управления.

Вторая задача - определение раскладки мнемосхемы электрической сети на экране в ЧМИ. Эта информация напрямую отсутствует в SCL. Однако данную задачу можно решить, используя SCD-описания и методы решения задач размещения и трассировки, характерных для САПР радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) [11].

1. Человеко-машинный интерфейс в системе автоматизации ЦПС

Система автоматизации ЦПС, спроектированная на основе шаблона MVC, представляет собой трехслойную структуру (рис. 1).

Чел ОЕ еко-м ашинный интерфейс

1

Распределенное управляющее приложение

Взаимодействие с процессом

Рис. 1. Архитектура системы автоматизации ЦПС

На нижнем слое (слое процесса) располагается интерфейс взаимодействия с физическим оборудованием (электромеханическими устройствами). Слой процесса транслирует сигнал из этого интерфейса в ЧМИ, что позволяет производить мониторинг и защиту системы, а в обратном направлении осуществляется передача команд из ЧМИ и управляющего слоя. Средний слой представляет распределенную систему управления. Управляющее приложение взаимодействует как со слоем процесса, так и со слоем ЧМИ. На самом верхнем слое располагается ЧМИ, который организует взаимодействие с пользователем. Здесь отображается статус всех элементов сети. Предоставляется возможность управлять системой вручную. Например, при нажатии на определенный символ можно изменить состояние устройства, с которым этот символ связан. В ходе такого взаимодействия происходит влияние оператора на слои процесса и управления.

Ниже предлагается и подробно рассматривается методика генерации функциональных блоков (ФБ), реализующих ЧМИ для автоматизации ЦПС МЭК 61850, включающая следующие основные шаги:

1) создание библиотеки (типов) CAT-блоков для ЧМИ;

2) разработка графовой модели электрической схемы ЦПС с отображением соединительных узлов в виде ребер и устройств в виде вершин графа;

3) размещение узлов графовой модели на плоскости (в виде матрицы) с правильным расположением (ориентацией) вершин графа для применения в дальнейшем алгоритма трассировки;

4) применение алгоритма трассировки для нахождения всех путей между вершинами графа;

5) создание необходимых экземпляров CAT-блоков в приложении и их настройка на визуализацию электрической схемы в соответствии с п. 3 и 4 на экране ЧМИ.

В статье также рассматривается программная поддержка предложенной методики в виде автоматического транслятора, преобразующего начальное SCD-описание ЦПС в систему ФБ, представляющую ЧМИ системы SCADA, который в дальнейшем может интегрироваться в систему автоматизации ЦПС в целом. Следует отметить, что в данном случае имеется ввиду не традиционная система SCADA в форме какого-то отдельного пакета, а скорее ее отдельные функции, которые могут быть реализованы с использованием CAT-блоков в системе NxtStudio [12].

2. Создание библиотеки CAT-блоков для ЧМИ

CAT-блок - это особый тип ФБ, который используется в системе NxtStudio для создания ЧМИ [12]. Данный ФБ основан на стандарте МЭК 61499, но объединяет в себе логическую и визуальную составляющую. Фактически CAT-блок, так же как и составной ФБ, является контейнером для сети ФБ, но в ней выделяется ФБ c суффиксом HMI (например: LineHMI), который и реализует визуальные изменения в ответ на входные события и данные. Логическая составляющая представлена остальными внутренними ФБ сети (хотя она может и отсутствовать).

Пример модели выключателя в виде CAT-блока приведен на рис. 2.

Для этого ФБ определены два параметра. Параметр Position имеет тип Boolean и указывает на то, находится выключатель во включенном или выключенном состоянии (0 - выключен, 1 - включен). Второй параметр -Horizontal - имеет также тип Boolean и определяет пространственную ориентацию выключателя (0 - вертикальная, 1 - горизонтальная). Сигнал событийного входа Operate изменяет состояние выключателя в зависимости от соответствующего значения параметра Position. Выходное событие Complete указывает на изменение состояния выключателя пользователем, который щелкнул по его символу на экране ЧМИ.

Все возможные значения комбинаций входных параметров для выключателя приведены в табл. 1 вместе с соответствующими графическими представлениями CAT-блока CircuitBreaker.

3. Разработка графовой модели

Исходными данными второго этапа методики (по разработке графовой модели электрической схемы ЦПС) является SCD-описание ЦПС на языке SCL. Пример SCD-описания простейшей сети, состоящей из двух устройств и одного соединительного узла, приведен на рис. 3.

EVENT EVENT

BOOL BOOL

I NIT Operate

Complete — EVENT

<3 :

CircuitBreaker

Position Horizontal

NewPosition — BOOL

a)

EVENT -

EVENT -

EVENT —О

-Q

П-

BOOL  BOOL —Ü-BOOL -D—

I NIT INITO

HMIJNIT HMIJNITO Operate

= Q nz

CircuitBreaker_HMI Ol QO

Positionl STATUS

Horizontal

g— EVENT - EVENT

8=

BOOL WSTRING

б)

Рис. 2. Интерфейс CAT-блока

Таблица 1

Графическое представление комбинаций входных параметров

Horizontal = 0 Horizontal = 1

Position = 0

Position = 1

<Substation name="S1">

<VoltageLevel sxy:x="155" sxy:y="52" name="D1" xmlns:sxy="http://www.iec.ch/61850/2003/SCLcoordinates"> <Voltage unit="V" multiplier="k">22 0</Voltage> <Bay sxy:x="10" sxy:y="45" name="Q2">

<ConductingEquipment sxy:x="178" sxy:y="15" name="I1" type="CTR">

<Terminal connectivityNode="S1/D1/Q2/L1" substation-Name="S1" voltageLevelName="D1" bayName="Q2" cNodeName="L1" /> </ConductingEquipment>

<ConductingEquipment sxy:x="178" sxy:y="75" name="QA1" type="CBR">

<Terminal connectivityNode="S1/D1/Q2/L1" substation-Name="S1" voltageLevelName="D1" bayName="Q2" cNodeName="L1" /> </ConductingEquipment>

<ConnectivityNode name="L1" pathName="S1/D1/Q2/L1" /> <ConnectivityNode name="L2" pathName="S1/D1/Q2/L2" /> </Bay> </VoltageLevel> </Substation>

Рис. 3. Пример SCD-описания

Рассмотрим основные теги, которые содержатся в любом SCD-описании:

Substation - с данного тега начинается описание одной отдельно взятой подстанции. В одном файле SCD может быть описано несколько подстанций.

VoltageLevel и PowerTransformer - внутри тега VoltageLevel описываются все элементы подстанции, которые работают с одним напряжением. Для соединения устройств из разных VoltageLevel используются трансформаторы, каждый из которых описывается в теге PowerTransformer. Поэтому эти теги находятся на одном уровне.

Bay - данный тег описывает группу связанных устройств, которые образуют законченный элемент ЦПС. Также в этом теге имеется ссылка на интеллектуальные электронные устройства для управления этим элементом.

ConductingEquipment - этот тег является основным, поскольку в нем описан непосредственно элемент сети (генератор, резистор, прерыватель и т.д.).

Terminal - этот тег описывает соединительный узел, к которому подключено устройство. В основном все устройства подключены к двум соединительным узлам (вход и выход).

Модель электрической схемы, содержащейся в SCD-описании, может быть представлена в виде неориентированного графа:

G = (V E),

где V - множество вершин, представляющих устройства; E - множество ребер, представляющих соединительные узлы.

Построение графа по SCD-описанию начинается с определения всех его вершин. Вершины определяются по тегам ConductingEquipment. Из SCD-описания на рис. 3 можно выделить две вершины (типов CTR и CBR). Для определения ребер используются теги Terminal, которые находятся внутри тегов ConductingEquipment. Если в разных тегах ConductingEquipment содержатся теги Terminal с одинаковым именем, то между соответствующими вершинами графа имеется связь. В SCD-описании на рис. 3 имеется только один тег Terminal, представляющий соединительный узел S1/D1/Q2/L1, к которому подключены две упомянутые выше вершины. Таким образом, по приведенному на рис. 3 SCD-описанию можно построить простой граф с двумя вершинами и одним ребром.

Для визуализации электрической схемы исходный SCD-файл может быть открыт в специальном редакторе VisualSCL [13] (рис. 4,а).

4. Размещение элементов ЧМИ

Третьим шагом методики является размещение элементов исходной электрической схемы на плоскости, разбитой на квадраты (называемой в дальнейшем матрицей размещения). Для этого может быть использован любой подходящий алгоритм размещения [11, 14], например гамма-алгоритм. Он позволяет разместить планарную часть любого графа. Если граф неплана-рен, то ребра, которые нужно удалить для превращения графа в планарный, не учитываются.

В простейшем случае, когда исходный граф является древовидным, для размещения схемы на плоскости могут использоваться обычные алгоритмы

обхода графа. На рис. 4 представлен пример древовидной электрической схемы и результат размещения ее элементов на матрице трассировки.

Dt

ш

(?Л1

.... о

It

_г". 'и«

«IK н*<

ГТ>« ' 1пк

i'Q1^

0 1 2 3 4 5

0

1 A

2

3 В

4

5 С E

6

7 D F

S

а)

б)

Рис. 4. Пример электрической схемы

5. Трассировка соединений

Наиболее часто для трассировки соединений используется алгоритм Ли [15]. Это алгоритм поиска кратчайшего пути в лабиринте. Алгоритм основан на принципе поиска в ширину и использует распространение волны от исходного узла до целевых узлов. В данной работе рассматриваются только горизонтальные и вертикальные распространения волны. Алгоритм Ли имеет два основных недостатка: низкое быстродействие и требование большого объема памяти [11], что несущественно в рамках данной работы ввиду, как правило, небольшой размерности решаемых задач.

Традиционный алгоритм Ли не обеспечивает все требования данной работы, поскольку он поддерживает в основном образование соединений по типу «треугольник». Однако в электрической схеме существуют конфигурации, которые можно объединить только по типу «звезда» (рис. 5).

д л

а) б)

Рис. 5. Типы соединения: а - «треугольник»; б - «звезда»

На рис. 5,а представлен граф из трех вершин, каждая из которых соединена с другими двумя. На рис. 5,б представлен тот же граф, но соединение происходит через разветвление ребра между двумя вершинами для присоединения к третьей. Таким образом, оригинальный алгоритм Ли был модифицирован для поддержки соединения типа «звезда» и ветвлений (рис. 5,б). Следует отметить, что ранее уже был предложен алгоритм для поддержки ветвле-

ний [16]. Его особенность заключается в распространении волны от каждой ячейки, через которую проходит путь, что сильно увеличивает время вычислений даже для простой сети. В отличие от этого алгоритма, в алгоритме, рассматриваемом в данной статье, в качестве исходной вершины для распространения волны всегда выбирается неподключенная вершина или вершина с наименьшей степенью связности. Это позволяет ускорить процесс трассировки пути и уменьшить общее время работы алгоритма. Кроме того, в рамках данной работы решается задача определения типа линии, которая будет отображена в ячейке трассировочного поля, когда одно устройство подключено к нескольким соединительным узлам.

Рассмотрим использование модифицированного алгоритма Ли на примере электрической схемы из рис. 4,а. Путь между узлами А и В, С и Б, Е и Б можно найти, используя обычный алгоритм Ли. Интерес представляет путь между узлами В, С и Е, поскольку он будет соответствовать соединению типа «звезда». Первым этапом поиска пути является распространение волны вокруг узла В с постепенным увеличением ее мощности (рис. 6,а).

0 1 2 3 4 5

0 Д

1 4 A 4

2 s 2 J 4

3 I В г 3 4

1 2 3 4

4 С 4 E

6 4

7 D F

Ъ

И

а) б) в)

Рис. 6. Матрица трассировки после распространения волны

Путь между узлом С и В проходит через одну ячейку с координатами (1,4), что может быть записано как [1,4 [В,С]] (рис. 6,б). Путь между узлом Е и узлом В проходит через ячейки с координатами (3, 4), (2, 4), (1, 4), что может быть записано в виде [3,4 [В, Е]], [2,4 [В, Е]], [1,4 [В, Е]] (рис. 6,в).

После нахождения всех путей необходимо определить тип соединительной линии в каждой конкретной ячейке матрицы. Для примера рассмотрим три ячейки: р1(1,4), р2(2,4) и р3(3,4), которые образуют путь между узлами Е и В. Для правильного определения типа ячейки используются четыре флага: А, £2, £3 и £4. Они определяют значения ячеек вокруг определяемой (рис. 7).

Рассмотрим значения флагов для ячейки р1:

• £1 равно 0, поскольку в ячейке (0,4) нет узлов или проходящих через нее путей;

• £2 равно 1, поскольку в ячейке (1,3) находится узел В;

• £3 равно 1, поскольку через ячейку (2,4) проходит путь, соединяющий

Е и В;

• £4 равно 1, поскольку в ячейке (1,5) находится узел Е.

ij : 2 J 4

ij

: A

i

i f2

4 fl I?! f3

5 fa E

Ь

7 D F

ii

ü : J 4

ij

: A

i

i Б f2

4 fl 1-2 f3

5 С fa E

Ь

7 D F

ii

ü : 4

ü

: A

i

i Б f2

4 fl Г? f3

5 С fa

Ь

7 D F

ii

а) б) в)

Рис. 7. Расстановка флагов вокруг ячеек р1

Конкатенация значений этих флагов устанавливает двоичную комбинацию для р1 —>[0111]. Та же процедура применяется для р2 и р3, и выводятся двоичные комбинации р2—>[1010] и р3—[1001]. Всего возможно 11 типов линий (рис. 8), каждому типу приписана уникальная двоичная комбинация и, соответственно, десятичное число. Например, десятичное значение типа линии в ячейке р1 равно 7.

Рис. 8. Различные типы соединительных линий

Результат поиска всех путей с правильными типами линий на основе использования модифицированного алгоритма Ли представлен на рис. 9.

6. Генерация системы функциональных блоков

Результатом этапов 2-4 методики является матрица трассировки, пример которой можно найти на рис. 9 справа. Последним этапом является генерация системы ФБ в соответствии с этой матрицей или, иными словами, создание полного ЧМИ с использованием библиотек САТ-блоков. Как можно понять из рис. 9, всего будет сгенерировано десять ФБ: шесть ФБ, отвечающих за устройства ЦПС, и четыре ФБ - за отрисовку линий соединения (рис. 10). Служебный блок типа Е_ИЕ8ТАЯТ служит для запуска системы.

Важно отметить, что было сгенерировано четыре экземпляра ФБ для линий, а не шесть, ввиду того, что некоторые ячейки (например [1,1], [1,6] и

[3,6]) содержат одинаковый тип линии, для отрисовки которых может использоваться только один тип ФБ. Это стало возможным благодаря тому, что линии на ЧМИ никак не связаны с реальными устройствами сети, что позволяет создать только один экземпляр ФБ для одного типа линии. Таким образом, в проекте может быть максимум 11 ФБ, отвечающих за рисование соединительной линии на ЧМИ (рис. 8). Выполнение системы ФБ из рис. 10 в системе ~Нх№ийю приводит к генерации ЧМИ и его визуализации на экране монитора (рис. 11). По сути, это интерактивная схема электрической сети ЦПС. Как можно заметить, она полностью соответствует исходной сети, что может служить доказательством правильности преобразования.

DI

1.Й

QA\

El

OS LPHD g* LfKD й.....HOC -Л.....»«у- I

I frac mrc

xcbrqaiONC«

CI LTHD

i.rSijfflF

0 1 2 3 4 5

0

1 \

2

3 E 5

4

5 < E

6

7 [ ) F

8

Рис. 9. Матрица с найденными путями, построенными по алгоритму Ли

6. Автоматический транслятор 8СБ-описаний в системы функциональных блоков

На рис. 12 представлена структура программного обеспечения, предназначенного для генерации и работы с ЧМИ ЦПС.

Центральное место в ней занимает автоматический транслятор, преобразующий исходное 8СБ-описание ЦПС в систему ФБ, представляющую ЧМИ (обведен штриховым контуром). Основные модули этого транслятора реализуют шаги предложенной выше методики. Сгенерированный ЧМИ может отображаться и интерпретироваться в ~Нх№ийю - инструментальной системе проектирования распределенных систем управления на основе стандарта МЭК 61499. Для работы в рамках реальной ЦПС необходимо использовать среду выполнения пх1ЯТ61499Р. Кроме того, в этом случае в виде систем ФБ должна быть представлена управляющая логика, например реализующая алгоритмы защиты ЦПС.

Заключение

В работе была предложена методика генерации ФБ стандарта МЭК 61499, реализующих ЧМИ для автоматизации ЦПС МЭК 61850, а также разработана программная поддержка этой методики. Ограничением методики является учет устройств, имеющих не более трех соединений.

и

л о S

а

о

8 т о

и

о И

4 о X о

5

(D «

О И о О

л и

и и

л «

о а s а

(D

И

(D U О

W ©

л S

(D Н О

S О

о S Рч

Ml\te5tinq) *** DEMO;

Рис. 11. ЧМИ в виде интерактивной схемы электрической сети ЦПС

Оператор

Рис. 12. Структура программного обеспечения для генерации и работы с ЧМИ ЦПС

Направлением дальнейших исследований является доработка методики для работы со всеми видами 8СЬ-описаний и различных структур ЦПС, а также функционально-блочная реализация управляющей логики ЦПС.

Библиографический список

1. Christensen, J. H. IEC 61499 Architecture, Engineering Methodologies and Software Tools / J. H. Christensen, V. Marik, L. M. Camarinha-Matos, H. Afsarmanesh // Knowledge and Technology Integration in Production and Services: Balancing Knowledge and Technology in Product and Service Life Cycle, Eds. - Boston, MA : Springer US, 2002. - P. 221-228.

2. Ipakchi, A. Grid of the future / A. Ipakchi, F. Albuyeh // IEEE Power and Energy Magazine. - 2009. - Vol. 7, № 2. - P. 52-62.

3. IEC Standard IEC 61850 - Communication networks and systems for power utility automation, Part 6: Configuration language for communication in electrical substations related to IEDs. - Ed 2, 2009. - URL: https://www.sisconet.com

4. IEC Standard IEC 61499-1: Function Blocks. - Part 1: Architecture, November 2012. -URL: https://webstore.iec.ch/publication/5506

5. Higgins, N. Distributed Power System Automation With IEC 61850, IEC 61499, and Intelligent Control / N. Higgins, V. Vyatkin, N.-K. C. Nair, K. Schwarz // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews. -2011. - Vol. 41, № 1. - P. 81-92.

6. Yang, C.-W. Towards implementation of Plug-and-Play and distributed HMI for the FREEDM system with IEC 61499 / C.-W. Yang, J. Yan, V. Vyatkin // IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2013) : 39th Annual Conference. - Vienna, Austria, 2013. - P. 5347-5353.

7. Бойченко, О. В. Построение информационной модели цифровой подстанции на основе стандарта МЭК 61850 / О. В. Бойченко, В. С. Дячук // Международный научно-исследовательский журнал. - 2016. - № 4, ч. 2. - С. 39-42.

8. Горелик, Т. Г. Цифровая подстанция. Стратегия реализации / Т. Г. Горелик, Т. В. Дроздова // Релейная защита и автоматизация. - 2012. - № 2. - С. 64-65.

9. Орлов, Л. Л. Инжиниринг систем автоматизации в соответствии со стандартом МЭК 61850 / Л. Л. Орлов, К. А. Сергеев // Релейная защита и автоматизация. -2013. - № 1. - С. 64-67.

10. Дроздова, Т. Н. «Цифровая подстанция»: Практический опыт. Первое в России внедрение технологии на действующем объекте генерации / Т. Н. Дроздова, Н. Е. Елов, А. П. Морозов // Энергия единой сети. - 2016. - № 3. - С. 54-61.

11. Норенков, И. П. Основы теории и проектирования САПР / И. П. Норенков, В. Б. Маничев. - М. : Высш. шк., 1990. - 335 с.

12. Сайт nxtStudio (nxtControl). - URL: http://www.nxtcontrol.com/

13. Сайт VisualSCL. - URL: http://ase-visual-scl.software.informer.com/L0/.

14. Харари, Ф. Теория графов / Ф. Харари. - Изд. 2-е. - М. : Едиториал УРСС, 2003. - 296 с.

15. Lee, C. Y. An Algorithm for Path Connections and Its Applications / C. Y. Lee // IRE Transactions on Electronic Computers. - 1961. - Vol. EC-10, № 3. - P. 346-365.

16. Sait, S. M. VLSI Physical design automation: Theory and Practice / S. M. Sait, H. Youssef // World Scientific Publishing Company. - 1999. - Vol. 6. - P. 244-245.

References

1. Christensen J. H., Marik V., Camarinha-Matos L. M., Afsarmanesh H. Knowledge and Technology Integration in Production and Services: Balancing Knowledge and Technology in Product and Service Life Cycle, Eds. Boston, MA: Springer US, 2002, pp. 221-228.

2. Ipakchi A., Albuyeh F. IEEE Power and Energy Magazine. 2009, vol. 7, no. 2, pp. 52-62.

3. IEC Standard IEC 61850 - Communication networks and systems for power utility automation, Part 6: Configuration language for communication in electrical substations related to IEDs. Ed. 2, 2009. Available at: https://www.sisconet.com

4. IEC Standard IEC 61499-1: Function Blocks. Part 1: Architecture, November 2012. Available at: https://webstore.iec.ch/publication/5506

5. Higgins N., Vyatkin V., Nair N.-K. C., Schwarz K. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews. 2011, vol. 41, no. 1, pp. 81-92.

6. Yang C.-W., Yan J., Vyatkin V. IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2013): 39th Annual Conference. Vienna, Austria, 2013, pp. 5347-5353.

7. Boychenko O. V., Dyachuk V. S. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal [International scientific and research journal]. 2016, no. 4, part 2, pp. 39-42.

8. Gorelik T. G., Drozdova T. V. Releynaya zashchita i avtomatizatsiya [Relay protection and automation]. 2012, no. 2, pp. 64-65.

9. Orlov L. L., Sergeev K. A. Releynaya zashchita i avtomatizatsiya [Relay protection and automation]. 2013, no. 1, pp. 64-67.

10. Drozdova T. N., Elov N. E., Morozov A. P. Energiya edinoy seti [Energy of the uniform network]. 2016, no. 3, pp. 54-61.

11. Norenkov I. P., Manichev V. B. Osnovy teorii i proektirovaniya SAPR [Foundations of CAD theory and designing]. Moscow: Vyssh. shk., 1990, 335 p.

12. Sayt nxtStudio (nxtControl). Available at: http://www.nxtcontrol.com/

13. Sayt VisualSCL. Available at: http://ase-visual-scl.software.informer.com/L0/.

14. Kharari F. Teoriya grafov [Graph theory]. 2nd ed. Moscow: Editorial URSS, 2003, 296 p.

15. Lee C. Y. IRE Transactions on Electronic Computers. 1961, vol. EC-10, no. 3, pp. 346-365.

16. Sait S. M., Youssef H. World Scientific Publishing Company. 1999, vol. 6, pp. 244-

245.

Войнов Артем Сергеевич магистрант, кафедра вычислительной техники, Пензенский государственный университет

E-mail: voj49@yandex.ru

Voinov Artem Sergeevich Master's degree student, sub-department of computer engineering, Penza State University

Дубинин Виктор Николаевич

доктор технических наук, профессор, кафедра вычислительной техники, Пензенский государственный университет

E-mail: dubinin.victor@gmail.com

Dubinin Victor Nikolaevich Doctor of engineering sciences, professor, sub-department of computer engineering, Penza State University

Вяткин Валерий Владимирович

доктор технических наук, профессор, кафедра ответственных коммуникаций и вычислений, Технический университет Лулео

Vyatkin Valeriy Vladimirovich Doctor of engineering sciences, professor, sub-department of dependable communications and computations, Lulea University of Technology

E-mail: valeriy.vyatkin@ltu.se

Янг Чен-Вэй

аспирант, Технический университет Лулео

Yang Chen-Wei

Postgraduate student, Lulea University of Technology

E-mail: chen-wei.yang@ltu.se

УДК 004.514 : 621.3.06 Войнов, А. С.

Методика автоматической генерации систем функциональных блоков, реализующих человеко-машинный интерфейс для автоматизации цифровых подстанций МЭК 61850 / А. С. Войнов, В. Н. Дубинин, В. В. Вяткин, Ч.-В. Янг // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2018. - № 1 (45). - С. 76-91. - Б01 10.21685/2072-3059-2018-1-7.