统一建模（共5篇）
统一建模 篇1
0 引言
智能电网调度控制系统在“大运行”体系建设中发挥了重要的作用,为各级调控中心之间的系统协同及调控中心内部全业务的一体化运作提供了很好的技术支撑[1,2,3,4]。基于智能电网调控系统基础平台,采用基于电网通用模型描述规范(CIM/E)的模型拼接技术,实现了各级调控中心之间的模型、图形源端维护和全局共享,在调控中心内部,也基本实现了在线业务之间的模型、图形共享。但智能电网调度控制系统的模型运维在实际运行中也发现了如下一些不足。
1)智能电网调度控制系统的模型主要满足调度生产运行的需要,调控中心其他应用的模型,如保护整定模型、运行方式模型等,并没有真正融合进来,造成各应用系统的重复建模及不一致。
2)智能电网调度控制系统的实时态、规划态、测试态等是逻辑上的态,基于规划态和测试态进行系统维护时,经常会影响到实时运行系统,造成系统运行不稳定。
3)模型数据的管理体系还不健全。调控机构还没有建立贯穿电网规划设计、工程建设、新设备调试到投产运行的全过程模型数据维护管理体系,需要完善未来到当前、在线与离线协调运作的模型维护流程。
4)智能电网调度控制系统的前置验证(子站与调度主站的传动试验)经常因为误操作而干扰实时系统的正常运行(子站与调度主站的传动试验)。
总之,大电网协调控制对各级调控机构和各专业在业务协同和数据共享方面提出了更高的需求,智能电网调度控制系统在完善在线应用的基础上,还需要进一步融合系统运行专业的离线方式计算和继电保护专业的整定计算等离线类应用,进一步完善模型数据“源端维护、全网共享”机制,提升调控业务协同运作能力。
文献[1,3]重点介绍了基于CIM/E的模型信息一体化管理,提出了应用多模型、在线和离线模型、上下级调度系统之间公共模型的一体化管理,对本文有非常重要的借鉴作用。文献[4-5]侧重调控中心之间一体化建模的具体方案和关键技术。本文基于智能电网调度控制系统,提出了基于时间维度的调控全业务统一建模方案,包括时间维度的调控全业务模型维护、时间断面的业务模型抽取、模型/图形/通信数据索引表等信息的协同验证、基于基建任务的模型在线同步等关键技术的解决方案。该方案能够解决智能电网调度控制系统在实际运行中的不足,实现多时态、多应用模型/图形的统一维护和管理,为调控中心内部各专业系统一体化协同提供了统一的模型支撑。
1 总体方案
基于智能电网调度控制系统基础平台,搭建如图1所示独立的时间维度的调控全业务统一建模系统(简称建模系统),避免了系统维护和测试对在线运行系统的干扰。建模系统的主要功能包括时间维度的调控全业务模型维护、时间断面的业务模型抽取、模型协同验证、基于基建任务的模型在线同步、离线业务模型的发布及多维度模型信息版本管理等功能。
建立时间标签的电网公共模型和业务模型一体的数据结构体系[1,2],在此基础上开发时间维度的调控全业务模型/图形统一维护工具,形成不同时间断面的全业务模型和图形(各业务的历史、实时和未来模型)。所有的模型统一存储在模型数据库中,历史模型版本以CIM/E文件存储。
各业务系统根据需要从模型数据库中抽取任一时间断面的电网模型。时间断面的业务模型抽取除了根据时间标签和业务标签进行抽取外,还可以同时定制个性化的业务模型信息,如抽取的模型中不包含刀闸和地刀等。对于在线系统的业务模型,时间断面的模型和通信索引表抽取后,装载到实时数据库,进行模型/图形/通信索引表的协同验证,验证通过后,根据基建任务的具体要求,形成同步任务包,同步到在线运行系统。对于离线系统,时间断面模型抽取并通过验证后,以CIM/E文件的方式发布给各业务系统。多维度模型信息版本管理在模型发布或同步后,自动以CIM/E文件、电网图形描述规范(CIM/G)文件的方式按时间标签和业务标签生成模型版本信息。
时间维度的调控全业务模型/图形编辑工具完成模型/图形等信息的基本维护工作,形成时间维度的调控全业务模型数据库,各应用根据需要抽取电网模型并且生成对应的图形和通信索引表。不同应用对模型的具体需求不同,对模型验证的方式也不同,如数据采集与监控(SCADA)系统,需要进行模型/图形/通信索引表的协同验证,对于状态估计等应用而言,还需要进行模型的拓扑、参数等验证,对于保护定值的整定计算,除了上述验证外,还需要进行二次设备模型的完整性等信息验证。为了模型验证的需要,建模系统需要部署数据采集服务、SCADA及状态估计等应用。模型/图形的在线同步是基于同步任务,模型/图形发布的模型是基于CIM/E文件[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。
时间维度的调控全业务模型维护、时间断面的业务模型抽取、模型协同验证、基于基建任务的模型在线同步、多维度模型信息版本管理及离线业务模型发布等是本方案的核心技术,其中,多维度模型信息版本管理和离线业务模型发布在其他文献中多有论述,本文不再详细论述,重点对时间维度的调控全业务模型维护、时间断面的业务模型抽取、模型协同验证及基于基建任务的模型在线同步4个环节进行论述。
2 关键技术
2.1 时间维度的调控全业务模型维护
电网公共模型是实时监控、数据采集等各类电网调度业务中通用的模型,是各调控业务所需要的电网模型的公共部分,该模型既包含电网设备模型(电气设备类及其基本参数属性),也包含拓扑结构模型(设备进一步抽象为节点、支路和电气岛),业务模型则包括电网公共模型和业务特有模型[1]。从调控中心各业务的电网模型中抽取出公共模型,建立电网公共模型与业务特有模型的关联关系,如图2所示,在业务特有模型的所有表中都包含字段“PID”,该字段指向公共模型中的设备标识(ID)。这种关联主要用于实现多应用模型的统一维护和管理。
扩展公共模型中的设备属性,即每个设备类扩展计划投运时间、计划退运时间、实际投运时间和实际退运时间4个属性,配合基于CIM/E文件的模型版本管理,实现多时态模型的统一维护和管理。从而形成了时间维度的调控全业务统一模型基础架构。
图3是模型/图形统一维护示意图,在电网模型架构中描述了电网公共模型、业务特有模型及它们的关联关系。
业务特有模型维护配置信息中明确了公共模型中的每一类设备需要同时生成的业务特有模型信息,因此,在维护公共模型的时候,利用业务特有模型维护配置信息自动生成业务特有模型的基本信息。业务特有模型配置信息主要包括应用名,与公共模型设备对应的业务特有模型中的类名、命名规则、关联关系,以及其他需要自动生成的属性及属性值生成规则等。监控业务的模型信息主要由传统的SCADA模型和保护装置模型及其保护信号组成。
在进行公共模型维护的时候,根据配置信息只生成对应的保护装置,如创建一条母线(BusbarSection)时,根据配置信息会生成2条母差保护装置信息。在厂站具备调试条件后,保护装置以下的模型信息(包括保护信号),从变电站侧通过召唤的方式收集过来,利用名字匹配等技术手段,完成保护信息建模,从而形成了完整的监控业务模型。对于业务的业务特有模型和公共模型没有关联的部分,无法通过配置文件生成,建模系统提供可视化的维护工具由专业人员维护。
维护公共模型时,必须依据规划或基建任务维护设备的计划投运时间和计划退运时间。计划投运时间和计划退运时间主要用于管理未来模型,在未来时间断面模型抽取时也会使用。当设备真正投运后,计划投运时间和计划退运时间自动失效,设备的实际投运时间和退运时间开始生效。
图形编辑器是调度自动化系统常用的电网模型/图形统一维护工具,上述电网模型的维护方法通常是在图形编辑器上进行。模型的拓扑关系依靠图形编辑器自动生成。图形编辑器虽然解决了时间维度调控全业务模型的统一维护问题,但图形编辑器只负责基本的建模(模型的拓扑、设备命名等),因此,对于公共模型和业务特有模型的参数维护问题,还需要建立一个单独的参数维护流程。
模型的4个时间属性解决了涉及电网设备投运或退运的模型变化管理,而对于不涉及电网设备投退运的模型变化管理(如设备属性修改、拓扑的变化等),则需要通过CIM/E模型版本管理的方式解决。设备属性的修改分为已投运设备属性的修改和未投运设备属性的修改。
对于已投运设备属性和拓扑连接关系的修改,建模系统基于实时模型每天生成一个模型版本,包括CIM/E的全模型文件以及模型修改信息,其中,模型修改信息是通过当天的模型文件和前一天的模型文件进行差异比较而自动生成。当设备的属性被修改时,模型版本的差异比较能够发现其改变,从而记录属性修改前后的信息。当模型没有投退运设备,只是拓扑连接关系发生了变化时,模型版本的差异比较通过设备的拓扑连接点号的变化判断其拓扑连接是否发生了改变,从而记录设备的拓扑连接的变化。模型的修改信息以记录的形式存放在表中,如果模型的修改信息为0,当天的版本则不保存。保存的全模型文件用于历史断面模型的管理,模型修改信息则是为将来查询模型的历史变化提供方便。
对于未投运设备的修改,由于设备本身存在计划投运时间和计划退运时间,而设备的一些信息确实还存在变数(在调试当中),因此对设备属性或拓扑的修改不做专门的管理。
系统提供基于CIM/E文件的模型编辑工具。如果某些应用(如动态安全稳定分析、检修计划等)为了测试、验证或其他目的,需要对设备的属性、拓扑或运行方式等做人为的修改,则按照如下方式进行:(1)基于某个时间断面从模型库中抽取一个时间断面模型(CIM/E文件);(2)利用模型编辑工具对模型进行修改;(3)修改后的模型形成自己的版本,系统提供应用模型版本管理工具。通过4个时间标签和基于CIM/E文件的模型版本管理和编辑工具,能够实现多时态模型统一管理。
计划投运时间和计划退运时间只对公共模型的设备,其他业务模型的计划投运时间和计划退运时间依赖于与其关联的公用模型。图4是时间断面模型示意图。假设T1<T2<T3,T1大于当前时间Tc,设备的计划退运时间都远大于T3,任意选择一个时间Ti。当Tc≤Ti<T1时,对应的是图4中最右侧的实时模型;当T1≤Ti<T2时,对应的是图4中时间T1的断面模型;当T2≤Ti<T3时,对应的是图4中时间T2的断面模型;当T3≤Ti时,对应的是图4中时间T3的断面模型。
2.2 时间断面的业务模型抽取
时间断面的业务模型是在某一指定时间(包括历史时间和未来时间)内实时模型和计划投运模型的集合。假设Ts为指定的某一时间,设备的计划投运时间用Ty表示,设备的计划退运时间用Tt表示,设备的实际退运时间用Ty′表示。则Ts时刻的断面模型抽取步骤如下。
步骤1:判断Ts与当前时间的大小。
步骤2:如果Ts大于当前时间(未来模型),则时间断面的业务模型等同于业务的实时模型(Ts<Tt′)加上业务的未来模型(Tt<Ts≤Ty),即业务的实时模型加上计划投运时间和计划退运时间满足条件Tt<Ts≤Ty的未来模型。从模型数据库中,根据时间标签和业务标签抽取出实时模型和符合条件的未来模型。
步骤3:如果Ts等于当前时间(实时模型),则时间断面的业务模型等同于业务的实时模型(Ts<Tt′),根据业务标签从模型数据库中抽取出实时模型。
步骤4:如果Ts小于当前时间,则根据时间搜索对应的CIM/E模型文件,如果没有与该时间相匹配的模型文件,则往后面匹配时间最近的模型文件。
步骤5:在步骤4的基础上,根据业务模型的配置信息,进一步生成个性化的模型。
步骤6:获取对应的图形文件(CIM/G文件),根据模型的抽取规则,过滤出图形中的设备及其关联的图元,自动生成拓扑关系,生成时间断面的图形。
时间维度的调控全业务模型维护及时间断面的业务模型抽取解决了调控全业务(如综合稳定分析模型、运行方式模型等)模型统一维护和共享问题,避免了各业务的重复建模和参数维护不一致的问题;同时,为建立贯穿电网规划设计、工程建设、新设备调试到投产运行的全过程模型数据维护管理体系奠定了基础,完善了未来到当前、在线与离线协调运作的模型维护机制。
2.3 模型协同验证
模型协同验证包括模型验证、模型/图形/通信索引表协同验证及业务模型的特殊验证,本文主要研究模型/图形/通信索引表的协同验证,其他验证可以参见文献[12]。模型协同验证包括两部分:从前置到SCADA的验证;从厂站端到主站的验证(传动试验)。本文主要研究从前置到SCADA的验证。
从待验证的通信索引表中选择量测点,模拟前置通过消息总线发送模拟数据,SCADA服务接收模拟数据处理后写入实时模型库,图形浏览器通过服务总线从实时数据库中获取模拟数据进行浏览检查。在整个过程中,如果通信索引表、模型和图形中任何一个环节不一致,都会导致数据显示错误。为了便于验证,前置模拟验证除了手工操作验证外,还可以设置一些验证策略,如前置模拟程序发送遥测量的点号,系统自动检查通信索引表中的点号和设备关键字的对应关系,从而验证模型、图形和通信索引表的一致性。
模型的协同验证主要是为确保模型/图形/通信索引表的一致性提供了技术手段,能够避免模型维护时一些人为的错误。
2.4 模型在线同步
本文的模型在线同步是基于基建任务的模型/图形/通信索引表等信息的在线同步(简称基于任务的在线同步)。基于任务的在线同步分为两个大的过程:同步任务的创建和维护;任务的同步和回退。
对于同步任务的创建和维护,根据基建任务创建同步任务,选择一个时间断面的模型、图形及通信索引表添加到同步任务,利用图形编辑器和模型维护工具对同步任务中的模型/图形等信息进行维护,所有维护的信息自动标记为待同步的内容,也可以选择一个时间断面的模型,选择全部或部分模型标记为待同步。同步任务根据选定的模型,自动匹配出对应的图形和通信索引表等信息,添加到同步任务。选择的模型中如果涉及厂站的出线,则对端的厂站部分设备也会自动加入到同步任务。同步任务的内容选取一般是通过图形浏览器选定某一时间的断面图形,在浏览器上选定要同步的模型信息,可以是整个厂站,也可以是站内的某个电压等级,也可以是某个间隔中的设备。
根据具体的业务要求,手动选择一个同步任务,同步到在线系统。如果需要回退,则选定已经完成的同步任务,可以回退到上一版本。同步任务完成后,完成同步的设备属性“实际投运状态”修改为当前时间,同步任务的状态修改为已同步。把当前在线系统的模型生成一个版本保存。
同步任务自动记录该任务的描述信息,包括任务创建人、任务创建时间、需要同步的模型信息描述、同步任务的修改信息等。同步任务本身可以浏览和统计,同步任务中的模型/图形等信息可以通过同步任务进行浏览、修改和校验。
基于任务的在线同步,能够实现维护和投运的任务化,为模型的回退、追溯及模型维护的量化统计等提供了技术手段。
3 工程实例
国网福建电力调度控制中心基于智能电网调度控制系统,2013年3月开始建设时间维度的调控全业务统一建模系统,于2014年1月正式实施,取得了较好的效果。下面简单介绍系统实施方案。
该建模系统对调度、监控、新能源(水调、风调)、保护、计划、方式等各专业的应用模型做了彻底的整合,实现了时间维度的调控全业务模型的统一维护和管理。系统部署如图5所示。
在建模系统平台上,主要部署3组服务器。模型维护服务器:模型/图形统一维护工具在此部署,包括模型维护、模型验证、模型在线同步、发布及版本管理。应用服务器:主要部署SCADA、状态估计、潮流计算等应用系统,用于模型/图形/通信索引的协同验证。数据采集服务:接收在线系统的实时数据,用于模型/图形/通信索引的协同验证和主站与子站的传动试验。因为涉及安全的考虑,遥控不在该系统上验证。
该方案通过系统维护和在线运行系统完全隔离,解决了因系统维护造成运行系统不稳定的问题;通过多时态多应用模型统一建模机制,解决了调控中心内部业务模型统一维护的问题,建立了贯穿电网规划设计、工程建设、新设备调试到投产运行的全过程模型数据维护管理体系;通过维护系统的模型协同验证,解决了智能电网调度控制系统的前置验证经常因为误操作而干扰在线运行系统的问题;提高了调控中心内部各专业之间一体化协同的效率,避免了各专业之间信息不一致的问题,提高了事故处理效率。
4 结语
基于智能电网调度控制系统,通过研究时间维度的调控全业务模型维护、时间断面的业务模型抽取、模型/图形/通信数据索引表等信息的协同验证、基于基建任务的模型在线同步、离线业务模型发布、多维度模型信息版本管理等技术,研发了时间维度的调控全业务统一建模系统。实践证明,该建模系统很好地解决了智能电网调度控制系统在模型维护方面存在的不足,实现了多时态、多应用模型/图形的统一维护和管理,为调控中心内部各专业系统一体化协同提供了统一的模型数据支撑。该系统实现了智能电网调度控制系统运行和维护彻底分离,增强了在线系统的稳定性和可靠性。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
统一建模 篇2
关键词：人体穴位,UML,学习系统,经络
1 引言
面向对象的软件开发方法的出现为现代软件系统开发带来了曙光。统一建模语言(unified modeling language,UML)是一种面向对象的建模语言[1],它的主要作用是帮助用户对软件系统进行面向对象的描述和建模(建模是通过将用户的业务需求映射为代码,保证代码满足这些需求,并能方便地追溯需求的过程),它可以描述这个软件开发过程从需求分析直至实现和测试的全过程。UML通过建立各种联系,如类与类之间的关系、类/对象怎样相互配合实现系统的行为状态等,来组建整个结构模型。UML提供了各种图形,比如用例图、时序图、类图、协作图和状态图等,来把这些模型元素及其他关系可视化,让人们可以清楚容易地理解模型,并从多个视角来考察模型,从而更加全面地了解模型,这样同一个模型元素可能会出现在多个UML图中,不过都保持相同意义和符号[2]。UML融合了众多面向对象的建模语言的长处,并通过修改解决在实际应用中发现的问题,在系统的分析和设计中对项目开发、团队的交流起到非常重要的作用[3]。
据粗略统计,人体重要的穴位就有365个,无论多么专业的人都无法全部熟记这么多穴位的名称,同学们学习起来更是感到非常困难。在我们传统的教学中,老师只是在课堂上机械地讲述、示范或者观看模型等,学生只是被动地接受,无法积极主动地进行学习演练,因此,教学效果难以保证[4]。鉴于此,设计一种结构简单、价格低廉、经济实用、易于普及推广的人体穴位学习系统软件就显得非常重要了。
2 系统分析
本文将UML建模方法贯穿系统需求分析和设计的全过程,开发了一种人体穴位学习系统软件,该系统能有效地调动学生学习的积极性和主动性。
该系统在人体穴位教学中具有学习模式和练习模式等2种模式:学习模式可以利用人体穴位学习系统准确标示300多个常见针灸推拿穴位,使用者只需要通过鼠标控制,点击其上的穴位点,即可方便地了解相应穴位的定位、局部解剖、主治和操作,使腧穴学习更直观形象,使抽象问题形象化、简单化;练习模式可以使学生在虚拟的环境中扮演一个角色,全身心地投入到学习环境中去,可以做各种操作训练。由于虚拟的训练系统无任何危险,学生可以不厌其烦地训练直至掌握技能为止。
2.1 人体穴位学习系统用例图
用例图(use case diagram)展示了各类外部行为者与系统所提供的用例之间的连接[5]。一个用例是系统所提供的一个功能(或者系统提供的某一特定方法)的描述,行为者是指那些可能使用这些用例的人或外部系统,行为者与用例的连接表示该行为者使用了哪个用例[6]。人体穴位学习系统的用例图如图1所示。从绘制的用例图中可以明晰系统中概念性的类及它们之间的相互关系。
2.2 人体穴位学习系统主要时序图
时序图用来说明几个对象之间的动态协作关系,用来显示对象之间发送信息的顺序、对象之间的交互。时序图能很好而准确地描述系统执行的某一特定时间点所发生的事[7],为以后的系统实现打下良好的基础。
人体穴位学习系统中经络学习时序图描述的工作过程:首先用户浏览经络目录树,选择一个经络节点,系统监听用户请求,然后显示相应的经络图与经络说明。经络学习时序图如图2所示。
人体穴位学习系统中学习模式时序图描述的工作过程:首先用户浏览经络目录树,选择一个局部经络节点,系统监听用户请求,显示相应的经络图与提示点击穴位信息,然后用户点击图上的穴位点,系统监听用户请求并验证穴位是否命中,然后显示该穴位的介绍说明。学习模式时序图如图3所示。
人体穴位学习系统中练习模式时序图描述的工作过程:首先用户浏览经络目录树,选择一个局部经络节点,系统监听用户请求,显示相应的经络图与提示点击图像开始练习信息,用户点击图像,系统监听用户请求并随机显示图上一个穴位说明,用户点击图上穴位,系统监听用户请求并验证该穴位是否与说明相符,最后显示结果。练习模式时序图如图4所示。
3 系统设计
3.1 经络穴位分类结构图
人体五脏六腑的“正经”经络有12条,加上身体正面中央的“任脉”、背面中央的“督脉”各有1条特殊经络。这14条经络[8]上所排列着的人体穴位,称为“正穴”,全部共有365处[9]。本系统设计就是基于这14条经络,并把每条经络分成不同部位,然后再对每个部位的穴位一一介绍。系统经络穴位分类结构图如图5所示。
3.2 类图
类图是利用图示和文字注释描述类以及类和类之间相互关系的方法,用于建立类、类的内部结构(类的属性和方法)以及类与类之间的各种关系模型,它是一种对静态结构的描述[10]。人体穴位学习系统类图如图6所示。
4 系统实现
系统测试依据的系统应用工作流如下:
(1)经络学习
在目录树中显示经络名称,点击经络名称,在图像组件和文本框中会详细显示经络图与经络介绍说明。
(2)穴位学习
在目录树中显示经络的局部部位名称,点击该名称,在图像组件中会显示经络的局部图,在文本框中会提示:用鼠标点击图上穴位以学习对应的穴位介绍。
(3)穴位练习
点击菜单栏上的模式按钮,选中练习模式,点击目录树中显示的经络局部图,在图像组件中会显示经络的局部图,文本框中会提示:用鼠标点击图像开始练习。用鼠标点击图像,文本框中显示图中的一个穴位介绍。用鼠标点击与介绍对应的穴位,系统会判断该操作是否正确。
测试用例一:鼠标点击目录树的足阳明胃经经穴,测试结果会显示足阳明胃经经穴图与经络说明,测试结果如图7所示。限于篇幅,其余用例不再赘述。
5 结束语
本文对基于UML的人体穴位学习系统进行了详细系统分析,设计了各个环节的用例图、时序图等。所开发的人体穴位学习系统为学生、医务工作者及相关爱好者提供便利而且有效的人体穴位学习工具。用户可以进行弹性化的穴位学习,即可以选择自己想要学习的经络穴位来学习;可以进行交互式的穴位学习,能增强用户穴位学习的“投入”感和积极性;可以进行反馈式的穴位学习,使用户不再拘泥于单纯的“死记硬背”式学习;系统结构简单,功能实用,易于普及与推广。该系统能充分体现我国传统中医药的国际化发展趋势,为人类医学和健康的发展贡献一份力量,具有重要的实际应用价值。
参考文献
[1]O’Docherty Mike.面向对象与设计(UML2.0版)[M].北京:清华大学出版社,2006.
[2]邱仲潘.UML with Rational Rose从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,2000.
[3]刘俊莉,颜俊松.基于UML的在线考试系统的分析与设计[J].计算机与现代化,2009(7):113-116.
[4]宋小芳,赵满旭.针灸教学中虚拟现实的应用[J].实用医技杂志,2007,14(14):1944-1945.
[5]陈平,褚华.软件设计师教材[M].北京:清华大学出版社,2006.
[6]Davies J,Crichton C.Concurrency and Refinement in the Unified Modeling Language[J].Formal Aspects of Computing,2003,15:2-3.
[7]朱三元,钱乐秋,宿为民.软件工程技术概论[M].北京:科学出版社,2002.
[8]梁繁荣.针灸学[M].北京:中国中医药出版社,2005.
[9]查炜.实用穴位疗法全书[M].南京:江苏科学技术出版社,2004.
统一建模 篇3
随着市场经济的发展, 中国的油泵油嘴行业随之面临着越来越大的竞争压力。市场要求企业在更短的时间内提供更好质量、更低成本的产品, 能否满足这种要求已经成为企业生存发展的关键所在。与此同时, 企业产品数据爆炸性的增长方式使企业在产品数据的有效管理上面临着较大的考验。在这样一个大环境下, 建立一个强大的数字化产品开发协作环境和可重用企业知识库就很有必要。通过有效的产品开发过程管理和产品信息管理, 缩短产品设计周期, 提高设计质量, 提高新产品开发过程中企业各部门之间和各个开发基地、制造基地之间协作的效率, 提高公司各部门之间和各成员单位之间信息传递的准确性和真实性, 提高产品系列化、零部件通用化和标准化, 降低产品成本, 保证产品开发的效率、质量, 为销售提供可配置的产品数据, 为生产提供准确的技术依据, 并建设好能适合长期企业发展的动态的技术管理平台。
1 系统结构特点与设计理念
1.1 SIPM/PLM总体结构特点
1.1.1 PLM的概念
PLM (PRODUCT LIFECYCLE MANAGEMENT, 产品生命周期管理) [1]是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部, 以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的, 支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案, 它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。
1.1.2 SIPM/PLM的系统结构
SIPM/PLM系统基于如图1所示的框架进行开发。该框架采用5层框架体系, 底层的数据库层、框架层、引擎层为上层的工具层、应用层提供基础, 上层通过调用下层来实现自己的功能。框架完全采用分布式架构, 支持远程、异地、分布式多数据库和多服务器的情况, 并充分考虑到产品开发的各个阶段对产品数据的集成, 以及在业务伙伴、远程分公司、供应商和客户之间进行产品开发协同的需要, 是一个可以随着业务需求变化而变化的、能够满足公司目前应用需求和未来应用扩展的开放式体系结构, 对企业可以起到完整的技术支撑作用。
1.2 设计理念
SIPM/PLM系统建立在J2EE基础应用架构之上, 提供面向整个产品生命周期的企业级对象管理框架、构件化的系统集成管理框架、统一的产品协同开发平台、矩阵式项目管理平台、企业产品开发过程引擎、基于构件和XML的二次开发语言和二次开发工具环境, 能够全面实现以整个生命周期产品数据对象框架为基础、以集成使能服务为纽带、以业务逻辑的泛构件化为核心、基于XML使能技术和J2EE分布式架构的构件化多层系统体系结构, 支持面向整个生命周期管理产品数据和产品开发过程, 并能将管理范畴扩展到企业所有业务对象, 将领域应用服务、专用支撑工具、集成使能服务、共享数据服务融为一体。SIM/PLM的数据处理过程如图2所示。
2 基于MDA个性驱动的多模型统一建模的系统实现
2.1 系统实施方案
实现产品生命周期数据的对象化、层次化、开放性和分布性管理, 为产品生命周期管理系统提供最底层的对象框架支持, 系统支持产品开发过程中的需求模型、概念模型、结构模型、设计模型、工艺模型、加工模型、质量模型、过程模型、环境模型、行为模型等一系列模型的对象化建模与相互关系维护, 为企业产品生命周期中的所有数据和过程提供一个统一的面向对象的建模环境和管理环境。
系统全面支持软件模块、软件系统、部门、企业 (企业主体、远程分公司、业务伙伴、供应商、客户) 等业务逻辑载体的构件化, 支持建构从面向中小企业到大型供需链需要在内的、规模高度可伸缩的、分布式的构件型产品集成管理和协同服务, 支持从产品概念设计到产品售后维护等在内的产品全生命周期中的所有业务过程, 乃至整个供需链的集成。
基于XML使能技术, 实现业务逻辑的高度可配置和业务模型的无限可扩展, 以及产品设计、制造和管理所需产品数据、知识、资源信息的开放式集成支持, 提供基于构件和XML使能的二次开发工具环境。
个人可以拥有属于自己的私人工作空间, 在其中可以获取各种设计/签审工具, 完成各种设计/签审工作, 或者查看与处理一切属于自己的私人数据。
基于底层的工作流引擎和消息引擎驱动与产品数据有关的一切设计与变更活动, 在一个统一的可扩展的协同工作环境中实现产品生命周期中的所有业务过程。
系统内置三大数据管理引擎:分类引擎、视图引擎和项目引擎, 涵盖企业任何需要管理的数据对象。通过分类引擎可以实现企业中一切数据的分类维护及其关联数据关系的管理;通过视图引擎可以实现企业中一切数据的自定义多视图管理, 如BOM数据的设计视图、装配视图、工艺视图、生产视图、采购视图、装箱视图的多视图管理, 零部件的设计视图、工艺视图、生产视图的多视图管理等;通过项目引擎可以实现项目的计划、控制以及以项目为中心的数据组织、演变和管理。
系统的建模过程采用了整个系统的多模型统一建模方法[2]。在设计时, 主要考虑设计它的class diagram (类图) 和component diagram (组件图) , 用这两类模型图来体现UML的用例驱动和系统组件结构的特性。由于在系统的开发中采用了模块化的设计方法, 因此在构划模型图时, 采用了先整体后局部的思路, 首先考虑整个系统的案例图, 再对子模块进行分析和设计, 在每个子模块数据流的入口和出口设置模型图间数据交互的接口。
2.2 模型驱动和开发平台
2.2.1 MDA驱动个性化PLM
MDA (Model Driven Architecture) [3]是模型驱动架构, 它是一个软件开发框架。它是一种基于UML以及其他工业标准的框架, 支持软件设计和模型的可视化、存储和交换。和UML相比, MDA能够创建出机器可读和高度抽象的模型, 这些模型独立于实现技术, 以标准化的方式储存。MDA把建模语言用作一种编程语言而不仅仅是设计语言。MDA的关键之处是模型在软件开发中扮演了非常重要的角色。SIPM/PLM的MDA技术原理如图3所示。
首先理清纳入到PDM的被管理对象与技术管理和PDM管理的关系, 然后建立模型, 通过引擎往后自动生成数据库的结构, 往前生成用户界面和功能。
被管理对象和他们之间的关系全部建好之后, 再进行一个框架的建模, 就可以形成一个个性化的, 符合客户管理的PLM系统。
系统的建模过程采用了整个系统的多模型统一建模方法[2]。在设计时, 主要考虑设计它的class diagram (类图) 和component diagram (组件图) , 用这两类模型图来体现UML的用例驱动和系统组件结构的特性。由于在系统的开发中采用了模块化的设计方法, 因此在构划模型图时, 采用了先整体后局部的思路, 首先考虑整个系统的案例图, 再对子模块进行分析和设计, 在每个子模块数据流的入口和出口设置模型图间数据交互的接口。
2.2.2 基于J2EE的基础应用架构
J2EE[4,5]是一套全然不同于传统应用开发的技术架构, 包含许多组件, 主要是可简化且规范应用系统的开发与部署, 提高了可移植性、安全与再用价值。
J2EE平台支持简化的、基于组件开发模型, 支持异构环境。由于组件技术的使用, 可以按照开发人员的技能对应用程序开发进行分工, 并行开发, 以提高整体开发效率, 基于组件的设计简化了应用程序的维护。此外, J2EE的可伸缩性比较好, 易于维护, 因此其应用范围比较广。
基于J2EE的基础应用架构[6], 顺应制造业集团化、分布式发展的趋势建立在J2EE基础应用架构之上的产品协同开发管理平台软件, 提供了面向产品生命周期的企业级对象管理框架、构件化的系统集成管理框架, 这些框架具有系统容错管理、支持分布式事务管理的特点, 保证了系统的稳定运行。
2.2.3 系统的调试及运行
整个PLM系统的核心设备为一个IBM的4CPU (CPU主频为3.0) , 8G内存的服务器。系统利用SQLSERVER2005企业版作为系统数据库。系统能够做到对多个文件的批量授权和对单个文件的个别授权, 还可以做到根据关键字对文件进行选择性授权, 大大降低了管理人员的工作量, 另外系统还提供了自定义规则的授权方式, 从而能够完成复杂条件的授权工作。如图4所示, 系统提供了全新的文件浏览方式, 系统集成第三方的服务端浏览软件, 能够直接在服务端生成流文件并传送到客户端页面且不会在客户端产生任何临时文件, 结合安全管理体系和128位SSL加密技术的浏览方式极大地保障了文件的安全性, 避免文件及图纸不受控制的流出。SIPM/PLM系统为机械设计软件AUTOCAD和工艺设计系统CAPP设计了与PLM的接口, 并能通过PLM直接完成图档和工艺文件的在线签审。
3 结束语
SIPM/PLM系统按照上述设计方案进行了设计, 并在无锡威孚公司得到了成功使用, 该系统的成功使用缩短了产品研发周期, 进而降低了产品生产成本;其面向对象的建模方式, 彻底解决了个性化需求与标准软件的矛盾;其分布式浏览和安全机制的严密结合, 确保企业技术数据安全可靠;其应用封装技术提供了对已知和未知应用软件的数据管理的集成方法。
该系统的成功实施, 缩短了威孚公司的产品研发展周期, 并且通过该系统将公司现有的IT资源有机地进行了整合, 提高了工作效率, 减少了人工干预环节, 降低了错误出现几率, 企业信息化得到了完美支撑, 紧密关联了企业信息化的上/下游软件产品, 集成了上游各类2D/3D设计软件与下游ERPSCM软件, 最大限度地利用了企业资源, 为企业的发展提供了源源不断的动力。
摘要：针对油泵油嘴企业生产过程中产品研发、生产管理、部门协作等复杂情况, 提出了一种基于数字化平台的MDA个性驱动的多模型统一建模的PLM系统的设计与实现方案, 该方案依托数字化平台和可重用企业知识库, 通过对产品开发过程和产品信息的有效管理, 缩短产品设计周期、提高设计质量及部门之间的协作效率, 最终提高企业的整体水平与行业优势。
关键词：PLM,J2EE分布式架构,个人工作区,MDA驱动,安全性
参考文献
[1]黄培.PLM, 产品创新的利器——PLM技术应用与发展综述[J].CAD/CAM与制造业信息化, 2005 (5) .
[2]Craig Larman.UML和模式应用[M].2版.机械工业出版社, 2004.
[3]应思红.MDA驱动个性化PLM解决方案[R/OL].http://www.sipm.com.cn.
[4]博德欧夫.J2EE 1.4标准教材[M].2版.电子工业出版社, 2004.
[5]崔华, 胡燕.MDA中的精确建模方法研究[D].武汉理工大学, 2006 (6) .
[6]王永平, 王新勇, 王成良.基于MDA的UML建模语言研究[J].软件导刊, 2007 (19) .
[7]GearyCore D.core Java Server-Faces[M].Addison Wesley, 2004.
统一建模 篇4
UML是一种编制系统蓝图的标准化语言, 可以对大型复杂的系统的各种成分可视化、说明并构造系统模型, 以及建立各种所需的文档。UML通过三类图形建立系统模型:Use Case图、静态结构图 (对象类图、对象图、组件图、配置图) 和动态行为图 (顺序图、协同图、状态图、活动图) , 这些图可以从不同的抽象角度使系统可视化。UML具有以下特点:
1、面向对象。
UML支持面向对象技术的主要概念, 提供了一批基本的模型元素的表示图形和方法, 能简洁明了地表达面向对象的各种概念。
2、可视化, 表示能力强。
通过UML的模型图能清晰地表示系统的逻辑模型和实现模型, 可用于各种复杂系统的建模。
3、独立与过程。
UML是系统建模语言, 独立与开发过程。
4、独立于程序设计语言。
用UML建立的软件系统模型可以用Java、VC++、Smalltalk等任何一种面向对象的程序设计来实现。
5、易于掌握使用。
UML图形结构清晰, 建模简洁明了, 容易掌握使用。
使用UML进行系统的分析和设计, 可以加速开发的进程, 提高代码的质量, 支持动态的业务需求。UML适用于各种规模的系统开发, 能促进软件复用, 方便地集成已有的系统并有效处理开发中的各种风险。
二、运用UML进行面向对象的系统分析设计, 通常经过如下三个步骤
1、需求分析阶段:
首先对项目进行需求调研, 依据项目的业务流程图和数据流程图以及项目中涉及的各级操作人员, 通过分析, 识别出系统中的所有用例和角色;接着分析系统中各角色和用例间的联系, 再使用UML建模工具画出系统的用例图, 同时, 勾画系统的概念层模型, 借助UML建模工具描述概念层类图和活动图。
2、系统分析阶段:
系统分析的任务是找出系统的所有需求并加以描述, 同时建立特定领域模型。建立域模型有助于开发人员考察用例, 从中抽取出类, 并描述类之间的关系。
3、系统设计阶段:
设计阶段由结构设计和详细设计组成。 (1) 结构设计是高层设计, 其任务是定义包 (子系统) , 包括包间的依赖关系和主要通信机制。包有利于描述系统的逻辑组成部分以及各部分之间的依赖关系。 (2) 详细设计就是要细化包的内容, 清晰描述所有的类, 同时使用UML的动态模型描述在特定环境下这些类的实例的行为。
采用UML语言的CASE工具, Rational公司的Rational Rose建模工具进行系统的开发, 可以快速建立系统的架构模型。下面以教务系统的建模为实例, 具体阐述UML在系统开发过程中的应用。
三、基于UML的教务系统的分析及建模
1、系统需求分析
需求分析的目的是对教务系统进行评估, 采集和分析系统的需求, 理解系统要解决的问题, 重点是充分考虑系统的实用性。主要工作是寻找系统的用例, 建立系统需求模型, 主要成果是用例图和系统的参与者。教务系统主要功能包括以下几个方面:
(1) 学生可以在网上英语考试报名、选修课报名。
(2) 学生可以在网上查询自己的信息、考试成绩、查看学校公告通知、查询考试安排。
(3) 老师可以在网上进行查询教学安排、考务安排、教学公告、个人信息
(4) 老师可以维护教学资料、录入学生成绩、查看教学学生信息
(5) 管理员可以在网上进行用户管理和系统设置
可见, 系统的参与者主要有三类:学生、教师、系统管理者。通过分析得到这三类用户参与系统的用例图如图所示。
2、系统设计
(1) 建立静态模型
建立静态模型用面向对象的思想描述方法, 任何建模语言都是以静态建模机制为基础, UML也不例外。静态建模用于对应用领域中的概念以及与系统实现有关的内部概念建模, 它将行为实体描述成离散的模型元素, 但不描述与时间有关的系统行为。UML的静态建模机制包括用例图、类图、对象图和包图等。
在UML规范中, 根据类的职责不同将系统设计类分为边界类、实体类、控制类。其中, 边界类用于建立系统与其参与者之间交互的模型;实体类用于对长期持久的信息建模;控制类代表协调、排序、事物处理以及对其他对象的控制, 还可用来表示复杂的派生与演算, 如业务逻辑等。类图的设计是系统设计核心的部分, 在教务系统中用到的主要类有8个:FormObject界面类、Course课程类、CntrolObject控制对象类、People类、Teacher教师类、student学生类、系统管理员类、Database数据库类。
(2) 建立动态模型
UML提供的动态建模机制包括:状态图、活动图、时序图、协作图。状态图用于对系统中的某些对象, 比如类、用例和系统的行为建模。活动图被设计用于简化描述一个过程或者操作的工作步骤, 即用以描述用例和对象内部的工作过程, 它展现出对象执行某种行为时或在业务过程中所要经历的步骤和判断点。它是状态图的一种扩展形式。在UML中, 用例的实现用交互图来指定和说明。交互图通过显示对象之间的关系和对象之间处理的消息来对系统的动态特性建模。有两种交互图:时序图和协作图。时序图的功能是按时间顺序描述系统元素间的交互, 合作图的功能按照时间和空间顺序描述系统元素间的交互和它们之间的关系。学生登录教务系统的时序图如图所示。
3、系统实现
建立了系统可视化模型后, 就可以利用Rose正向工程生成系统的初步框架代码。编程前选择合适的编程环境、设计语言及数据库等, 如采用.NET语言和SQL数据库。该阶段同时根据系统数据库的类关联图设计所有的数据库表、视图、存储过程。最后完成系统应用程序代码的编写。
四、结论
在建模过程中, 使用UML将系统的分析、设计和实现有机的集成起来, 便于对系统在更抽象层次上进行维护, 提高了系统的可扩展性。UML作为一种建模语言, 应用于各种系统的设计与分析, 改变了传统的软件设计思想, 降低了系统设计的盲目性, 也更有利于系统的扩展与测试。由于UML很好地实现了用户、开发人员、分析人员、测试人员以及管理人员之间的信息传递, 提高了相互间的协作能力, 使软件开发的工程化程度大大提高。基于UML的网络考试系统的分析和建模很好地体现了这一点。随着UML的进一步发展, 软件的开发设计必将更加高质高效。
参考文献
[1]蔡敏:《UML基础与Rose建模教程》, 人民邮电出版社, 2006年。
[2]郭鲜凤:《基于UML的面向对象技术设计三层教务管理系统的研究》, 太原理工学院, 硕士论文, 2003年。
[3]蔡敏、徐慧慧、黄炳强编著:《UML基础与Rose建模教程》, 人民邮电出版社, 2006年。
统一建模 篇5
500 kV桂林变电站位于广西桂林市灵川县城，是国家重点工程项目———龙滩送出工程的重要组成部分，是我国首次在500 kV变电站间隔层、变电站层实现IEC61850标准建模的变电站。
500 kV桂林变电站设计规模为3组750 MV·A主变压器，9回500 k V进出线，12回220 kV进出线。第1期规模为1组750 MV·A主变压器，2回500 kV进出线，5回220 kV出线。该变电工程采用了IEC61850通信规约，先进的变电站自动化监控系统，自动化程度高，科技含量高。
500 kV桂林变电站在保护、测控、远动、后台监控系统、保护故障信息子站系统、故障录波等领域集成了多家公司的20余种型号的自动化产品[1]。国电南京自动化股份有限公司为该工程的系统集成商，为安全可靠起见，工程邀请中国电力科学研究院为第三方检测机构，已通过包括IEC61850规约、变电站自动化系统、调度通信规约等各项测试。500 kV桂林变电站(IEC61850)工程自2007年10月31日投运至今，运行正常[2]。
1 方案说明
500 kV桂林变电站使用了PS 6000+变电站自动化系统，由EyeUnix监控后台和PSX 610远动服务器共同实现IEC61850变电站自动化系统的变电站控制功能;由高压设备继电保护装置、低压设备继电保护装置、测控装置等实现了IEC61850变电站自动化系统的间隔层功能[2,3,4]。
1.1 系统/网络结构图
桂林变电站的IEC61850变电站自动化系统(PS6000+)，由EyeUnix监控、PSX 610远动服务器、保护信息管理子站、测控装置、高压设备继电保护装置、低压设备继电保护装置、协议转换器和其他一些智能装置组成。整个变电站未使用智能化一次设备，互感器及开关控制信号仍然由传统的点对点电缆连接完成。整个变电站自动化系统的结构如图1所示[5,6]。
下面简述桂林变电站PS6000+自动化系统和各部分功能。
EyeUnix监控使用IEC61850通信协议，实现IEC61850变电站自动化系统变电站层对间隔层数据监视和控制的作用[7];实现与用户的人机界面功能;配置成双机双工模式。
PSX 610远动服务器在站内使用IEC61850通信协议，远方通信转换为IEC60870-5-101/104规约，实现IEC61850变电站自动化系统变电站层与远方控制中心的接口功能;双机双工配置，由远方调度进行切换。
保护信息管理子站在站内使用IEC61850通信协议，采集故障录波器及各继电保护设备的动作、告警、定值、压板等信息，可进行就地显示、打印和管理，远方通信转换为南方电网TCP 103协议，接入远方继电保护信息主站[8]。
PSR 660测控装置使用IEC61850通信协议，实现间隔层数据采集和控制功能，集成IEC61850的制造报文规范MMS(Manufacturing Message Specification)服务器模型，并具备通用面向对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)收发功能以实现间隔层联闭锁[9,10,11]。
故障录波装置使用IEC61850通信协议，实现电网扰动时的模拟量和开关量录波功能，使用IEC61850与故障信息子站通信。
线路、主变、母差、电抗器等各类高压设备继电保护装置分别由国电南自、南瑞继保和深圳南瑞等不同厂家提供，实现有关的继电保护功能，使用IEC61850通信协议与监控后台、保护信息子站以及远动服务器通信[10]。
低压设备保护测控装置有线路、电容器、站用变压器等多种设备保护测控装置，实现完整的间隔控制器功能，直接通过IEC61850 MMS服务和站控层设备通信。
其他智能设备通过IEC61850代理网关，实现直流屏、电度表等其他智能设备接入IEC61850系统。
1.2 IEC61850标准服务模型
500 k V桂林变电站自动化系统使用了不同的IEC61850标准服务，实现了变电站自动化系统的数据信息交互、遥控操作、定值操作等功能[12,13,14]。
该系统支持的IEC61850标准的模型有服务器模型、应用连接模型、逻辑装置模型、逻辑节点模型、数据类、数据集模型、定值控制块模型、报告控制块模型(带缓冲报告控制块和不带缓冲控制块)、控制类模型(带值选择执行SBOw(Select Before Oper With value)模型)、简单网络对时协议SNTP(Simple Network Time Protocol)时间同步模型。
1.3 工程化管理
桂林变电站IEC61850变电站自动化系统使用不同的服务模型实现了变电站自动化系统的工程化管理[14]，下面介绍具体的工程化管理。
a.数据集模型。将大量相关的间隔层数据组合成一个数据集。客户可以通过读取服务，直接读取整个数据集的全部内容。
b.报告控制块模型。缓冲报告控制块BRCB(Buffered Report Control Block);间隔层设备的大部分状态信息、时间顺序记录SOE(Sequence Of Events)信息、告警、事件等数据大量使用了BRCB控制块模型，实现与监控系统和远动服务器的通信。BRCB控制块实现了缓冲功能，增强了数据传输的可靠性。
非缓冲报告控制块URCB(Un-buffered Repor Control Block)：间隔层设备的测量数据使用URCB控制块模型，实现与监控系统和远动服务器的通信，实现了测量数据的主动上送。
c.定值组控制块模型。监控系统、远动服务器、保护信息管理子站和间隔层设备使用了定值组控制块模型，实现对装置定值组与定值的处理;实现了获取当前工作定值组，编辑定值区与定值组切换的功能。
d.SBOw控制模型。监控系统和远动服务器使用了SBOw控制模型，实现了对间隔层设备的遥控操作。间隔层设备的软压板也由SBOw控制模型实现。
e.SNTP模型。作为IRIG-B硬件对时信号的备用，监控系统、远动服务器和间隔层设备使用了SNTP模型，实现全站系统的网络对时[15]。
f.直接读取服务。直接读取服务作为整个IEC61850变电站自动化系统工程化管理的一个补充。对于在间隔层设备中没有定义到数据集中的数据，监控系统、远动服务器可以通过直接读取服务获得间隔层设备当前数据信息[16]。
2 桂林变电站IEC61850创新
2.1 互操作性验证
500 kV桂林变电站IEC61850工程分别使用了多个厂家的间隔层和站控层设备，除了直流屏等少数不具备网络通信能力的简单智能设备以外，整个系统取消了规约转换器，各设备间完全用IEC61850通信规约实现了互操作，充分证明IEC61850规约能实现传统变电站自动化系统的各种功能。
值得一提的是，桂林变电站充分实践了IEC61850规约保留厂商实现自由的重要思想，在接口方面仅规定了很少的实现一致性要求，依靠标准本身的通用性以及后台适应装置的实现思想，充分验证了IEC61850是可扩展性和互操作性的良好统一[13]。
2.2 双网冗余处理
IEC61850把通信冗余完全交给通信网络去处理，而没有考虑IED装置直接出背靠背双网冗余的情况[17]。由于桂林变电站是一个500 kV的变电站，可靠性要求较高，且国内220 kV以上变电站已习惯使用双星形以太网模式，因此整个系统按照完全独立双网双IP的模式进行设计。
通过对标准的理解和创新，桂林变电站的后台监控系统使用双网双工模式和各间隔层装置通信，要求各间隔层装置需创建较多的报告控制块实例，监控系统计算机在双网上分别使能各自的报告控制块(在间隔层装置看像是独立2个客户端)，发生事件时通过监控软件过滤掉重复部分，能实现双网之间的无扰动切换。
远动通信服务器的CPU处理能力相对较弱，如果采取和监控系统相同的办法处理重复数据将会导致负担过重，因此远动通信服务器对间隔层IEC61850通信使用了双网热备用模式。即双网同时建立TCP连接，但只在其中的一个网络上使用报告控制块，另一个热备用网络用遵循IEC61850规约的TCP Keepalive监视连接是否正常。一旦发现正常通信的主网络故障，远动装置立即将热备用的网络切换为运行，重新使能报告控制块，利用BRCB的缓冲功能同样可实现网络切换期间重要的信号不丢失。
与双网双工方式相比，远动通信服务器的双网热备用方式在网络故障时会具有10～20 s的切换延时，但在不丢信号的前提下可显著减少间隔层装置和站控层设备的处理负担，利用了IEC61850 BRCB和TCP Keepalive的优点，因此在经过充分讨论后成为我国IEC61850工程实施规范的行业标准做法。
2.3 通过GOOSE实现间隔层联闭锁
间隔层联闭锁是GOOSE通信服务的一种典型应用，主要利用了其一发多收特性可实现各间隔层间水平的数据共享[11]。在500 kV桂林变电站投运之前，国外厂商已经有若干个投运GOOSE联闭锁的自动化厂站，但是国内厂商在高电压等级的实际工程应用尚属空白。桂林变电站使用了PSR 660数字式测控装置，首次实现了国产化设备的GOOSE工程应用，具有较大的示范意义。
与500 kV桂林变电站双网架构相对应，测控装置用于联闭锁的GOOSE信息也实现了双网冗余。所有装置将相同的GOOSE信息在2个网络上同时发送，接收端通过判别状态序号StNum(State Number)及重发序号SqNum(Sequence Number)能够判断出后到的GOOSE信息已经过时而不再解码。这种双网双工模式可以保证网络故障时的无延时切换，具体的软件实现方法对继电保护GOOSE信息处理同样适用，因此也已被吸收进IEC61850工程实施规范的行业标准中。
2.4 保护信息模型
由于中国的继电保护配置有其特殊性，目前IEC61850在国内的推广应用中在继电保护信息管理方面有较大困难，主要表现在：
a.定值分散在各逻辑节点中，未形成统一的定值表;
b.压板功能在标准中没有专门论述，逻辑节点中的模式Mod(Mode)和行为Beh(Behavior)不能替代所有的功能压板和出口压板;
c.不便于生成装置统一故障报告;
d.录波文件没有和保护事件建立直接对应关系;
e.未考虑保护元件动作时的故障参数(测距、差流等瞬时动作值)传送。
其中，a～c主要反映了面向逻辑节点建模和面向装置管理的思路间存在着的固有矛盾，d～e则因为国内需求没能在国际标准的制订中完全体现。
从继电保护的专业而言，IEC61850的通信标准已经在某种程度上影响了继电保护功能元件的定义和管理。IEC TC95(量度继电器和保护设备技术委员会)虽然派人参与了TC57(电力系统管理及其信息交换技术委员会)的IEC61850标准制订工作，但参与深度不够且配套的继电保护专业标准化工作没有跟上，目前意识到在IEC61850之后制订功能继电器的相关标准有点尴尬和被动。
在桂林变电站的工程实施中认识到，现阶段我国继电保护装置的实现和IEC61850或者IEEE规定的标准继电器有较大差异，因而比较合理的方式仍然是面向装置进行定值、压板以及报告和录波信息的管理。为此，桂林变电站建模接口方案规定各厂商应将定值和压板集中建模，并按照规范的时间信息文件名存储COMTRADE录波[8]，通过这些规定，使用最小的代价实现了所期望的继电保护装置和故障信息系统通过IEC61850规约实现通信的管理功能。
2.5 第三方工厂测试FAT(Factory Acceptance Test）机制
桂林变电站自动化系统是首个实施IEC61850标准的工程，基于桂林变电站的重要性，以及对于IEC61850规约工程实现的可靠性要求出发，邀请了中国电力科学院作为权威第三方对该工程的IEC61850规约的准确性进行测试和验收，对运行单位提供了必要的技术培训和指导[13]。
在实际工程中，这种引入第三方进行监督的机制非常成功。通过中国电科院权威检测机构的现场报文分析以及正常和异常(如雪崩、网络故障等)情况下的性能考核，证实500 kV桂林变电站已经成功运用IEC61850技术，并且达到或超过了常规500 kV变电站自动化系统的各种功能和性能指标。目前，我国正处于IEC61850变电站自动化系统的发展初期，这种第三方验收和见证机制，值得其他类似工程借鉴和推广应用。
3 工程优点展望
IEC61850系列标准为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统最新国际标准，全面涵盖了变电站通信网络和系统的总体要求、系统和工程管理、一致性测试等内容。IEC61850系列标准的目的是实现智能电子设备间的互联互操作性[14]。
IEC61850标准在500 kV桂林变电站进行应用，获得了其他变电站自动化系统所不具有的6个优点。
a.互操作性。IEC61850系列标准的目的就是实现智能电子设备的互操作性，IEC61850变电站自动化系统实现了装置的互操作性;增加了用户对变电站智能电子设备的选择范围[13]。
b.技术领先。IEC61850系列标准充分吸收了计算机信息处理中的面向对象模型技术，并通过抽象通信接口等方法进行层次型设计，使得IEC61850变电站自动化系统相对其他变电站自动化系统在技术上更加领先。
c.标准化。在IEC61850标准中使用了变电站描述语言，规范了设备制造商和系统集成商间交换配置文件的标准格式和流程，实现了变电站自动化系统集成的标准化，缩短了变电站自动化系统的建立时间。
d.易扩展。IEC61850规定了严格的扩展方法(自描述体系、名称字典和命名空间)，使得将来设备功能增加时也不会影响设备间的互操作性，保障了用户的利益;同时当变电站有新的设备加入时，只需更改变电站的配置文件，就可轻松实现变电站自动化系统的改造和升级。
e.通用性。IEC61850系列标准的模型化技术和层次型设计结构，能及时容纳不断发展中的通信新技术，保证了标准在较长时间内具有良好的通用性。
f.长期性。IEC61850系列标准致力于实现一个长期适用的电力系统通信标准，在此情况下，可以预见IEC61850变电站自动化系统能在较长时期内存在，保障了用户的利益。
4 结语
IEC61850变电站通信网络和系统标准采用了诸如面向对象建模、抽象通信服务接口、强实时过程层通信等许多全新的技术，为未来变电站自动化系统指引了方向。在这个标准还很年轻的情况下，也不可避免会存在有一些问题需要标准的使用者和制订者共同解决。
传统的变电站自动化系统往往基于厂商各自的通信规约，难以实现不同厂商设备间的互操作。基于客观存在的用户需求，IEC61850的首要目标是解决互操作性问题。在计算机数据通信层面、基于信息表的SCADA语义空间上已经得到很好实现，但在应用中发现了标准模型尚存在有一定的不足和欠缺，必须在实际产品中进行一定的扩充。这些扩充因为有命名空间的规定而不会产生冲突，但导致不同扩充间可能要依赖于自然语言解释而影响了互操作性。
变电站描述语言SCL(Substation Configuration description Language)是IEC61850互操作性的基础，也被用来指导具体的工程化实施过程。基于SCL文件，标准定义了业主、系统集成商和IED制造商这3种角色间的接口流程和标准，这可能会导致现有变电站自动化系统实施模式的改变。此外，标准化可存档的SCL变电站信息具有可继承性，因而能降低变电站改扩建时自动化系统的改造风险和成本。
IEC61850着眼于面向对象的抽象建模，这有利于抛开厂商实现技术的差异而实现信息的标准化，然而标准也表现出对实际装置的映射关注存在不足，这导致在目前信号由控制电缆接入的二次设备中产生建模困难。标准的抽象和灵活往往会和实用性间发生矛盾，比如IEC61850相对缺少功能应用方面的指导，就需要参与者在互操作试验及工程实践中进行逐步磨合。
过程层通信在变电站自动化系统中具有相当的前瞻性。受到传统产业格局以及当前技术水平的制约，使用当前技术实现过程层通信仍然有一定困难，但是IEC61850的标准化工作可为将来的数字化变电站提供互操作依据。实现了智能一次设备和过程层通信也更能反映IEC61850面向对象建模的好处。
在国际上IEC61850刚刚开始商业化应用的背景下，作为全世界每年电力发展规模最大的中国，有必要就IEC61850进行积极的产品化开发和工程应用试点。桂林变电站作为国内首个投运的500 kV多厂商直接支持IEC61850规约的变电站自动化系统，在双网冗余、保护信息处理等方面有所创新，通过实践推动了中国IEC61850标准的应用步伐，为“DL860系列标准工程实施规范”这一行业标准的出台贡献了力量，因此具有非常重要的意义。
摘要：500kV桂林变电站的间隔层、变电站层全部遵循IEC61850标准统一建模。500 kV桂林变电站采用PS6000+变电站自动化系统,通过IEC61850通信协议实现变电站层对间隔层数据的监视和控制。该工程除了直流屏等少数不具备网络通信能力的装置外,整个系统取消了规约转换器,各智能设备间完全采用IEC61850规约通信;远动通信服务器对间隔层IEC61850通信使用双网热备用模式,而后台监控则实现了双网双工;各测控装置的间隔层联闭锁则基于GOOSE组播数据共享而实现。