高 磊 ，刘 玙 ，袁宇波 ，王晓坤

（1.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏 南京 211103；2.南京智网信息技术有限公司，江苏 南京 211009）

0 引言

智能变电站与常规变电站相比具有信号数字化、传输网络化的技术优势，采用光信号进行数据传输，光纤替代了80%以上的电缆。常规变电站一般通过电缆号牌来标定回路号和端子号，通过纸质图纸表达回路原理和接线，用于施工调试和运维作业。智能变电站二次回路原理的设计改为光缆联系图和变电站配置描述 SCD（Substation Configuration Description）文件表达，二次回路的原理设计实现了数字化［1-5］。采样值、保护控制信号均采用数字编码、光纤传输，物理介质与信号存在“一对多”的关系，1根纤芯中同时传输几十个不同的信息，而光纤光缆沿用了电缆号牌或采用常规标签，仅描述了光缆的起点、终点位置和光缆编号，所能描述的信息较单一。调试和运维人员在检修校验或排查故障时，往往需要交替查阅SCD文件和光缆联系图；施工人员在打印标签时也要翻阅光缆联系图逐条输入，工作繁琐，没有充分发挥二次回路原理设计数字化的优势。

本文针对上述问题提出了基于二维码［6-10］的智能变电站光缆标签设计方案，制定了光缆标签的格式，阐述了二维码光缆标签的生成和解析模块的实现方法。标签生成系统模块（下文简称生成模块）将设计的二次回路物理信息和逻辑信息存入数据库，生成标签文件，打印二维码标签；手持终端解析模块（下文简称解析模块）以二维码为入口，通过手持终端以现场扫描方式，快速展示光缆连接信息和光缆中传输的虚回路信息，将信号查找时间由原来的几分钟缩减为几秒钟，实现“即扫即看”。该方案充分利用了智能变电站二次回路设计数字化的优势，能够有效解决智能变电站现场工作无法直观获取二次回路原理信息的问题，极大提高了施工、调试、运维的效率及正确性，准确实现过程层物理回路与逻辑回路的“虚实对应”。

1 系统总体设计

1.1 系统应用流程

基于二维码的智能变电站光缆标签系统分为生成模块软件和解析模块软件2个部分：设计单位使用生成模块软件设计变电站二次系统接线，生成全站设计图纸（光缆联系图、虚端子图、SCD文件等）、手持终端数据库和标签文件，提供给施工调试单位；施工单位使用标签文件打印光缆标签；调试单位将数据库下载到手持终端中，既可查阅整站的物理和虚回路连接信息，也可通过二维码标签扫描获取指定的物理和虚回路连接信息。

1.2 系统模块设计

根据应用流程的要求，光缆标签系统分为生成模块和解析模块开发，软件的总体架构如图1所示。

生成模块运行在PC机侧，包含二次系统设计功能、标签数据生成功能和标签打印功能，分别用于配置生成完整的变电站二次系统连接信息，生成手持终端数据库和光缆标签文件。

设计单位使用智能变电站二次系统设计功能完成变电站物理接线和虚回路设计工作，并生成全站设计图纸资料（包括光缆联系图、虚端子表、全站SCD文件等），生成的设计资料均存储在数据库中。使用标签数据生成功能从数据库中获取变电站物理配置信息和虚回路配置信息，整理成后期打印标签和解析标签所需的数据格式，生成标签文件，包括光缆、尾缆标签，纤芯标签和光配口标签3个文件；另一方面把数据库文件转换成手持终端便于加载和识别的标签数据库文件，在库中存储光缆物理连接信息和虚回路信息。

图1 光缆标签系统总体架构图Fig.1 Overall architecture of optical cable label system

光缆标签文件格式为Excel表格方式，标签打印功能使用第三方的标签打印机自带软件实现，标签打印机软件能够链接Excel格式的光缆标签文件，编辑标签格式模板后，直接打印出光缆标签。

标签数据解析功能和标签扫描功能运行于iPad上，主要用于图形化展示变电站配置、二次系统连接信息以及二维码标签扫描。展示内容包括小室布置、屏柜配置、光缆联系、纤芯连接、虚端子信息。使用标签扫描功能，扫描光缆标签上的二维码，二维码中的标记字符类型若属于光缆二维码则展示光缆中的纤芯信息，若属于纤芯二维码则展示该纤芯中的虚端子信息，并支持各级信息导航浏览。

1.3 系统数据库设计

根据二维码光缆标签系统所需实现的功能，将智能变电站站内的二次系统信息分解为如表1所示的数据库表，由设计单位在生成模块中使用二次系统设计功能完成数据库的构建，并存储在PC机上，使用标签数据生成功能将数据库转换成iPad手持终端易于解析的sqlite数据库文件，同时导出Excel格式的标签文件。

2 光缆标签格式设计

2.1 光缆标签

光缆标签用于标示屏柜间的光缆信息。标签上的文字信息主要描述光缆的起点屏柜、终点屏柜、光缆编号、光缆规格等基本信息；标签上的二维码是光缆的数据库入口，可以通过二维码标签扫描，快速展现该光缆内的纤芯信息。光缆的标签样式如图2所示，图中S表示起点，E表示终点，后同。

2.2 光纤标签

装置端口光纤标签用于标示装置端口处所连接的纤芯信息。标签上的文字信息主要描述光纤的起点端口、终点端口、所属光缆编号、光纤序号等基本信息；标签上的二维码是光纤的数据库入口，可以通过二维码标签扫描，搜索光纤回路和虚回路的关系，快速展现该光纤中传输的具体虚回路信息，并且可以进一步了解纤芯连接端口所属装置的全部虚端子信息。光纤的标签样式如图3所示。

表1 系统数据库表Table 1 System databases

图2 光缆标签样式Fig.2 Format of optical cable label

图3 光纤标签样式Fig.3 Format of optical fiber label

2.3 光纤配线架标签

光纤配线架（ODF）标签用于标示光配端口所熔接的纤芯信息。光纤配线架标签与光纤标签格式类似，由于受到粘贴面积限制，对标签上的文字信息进行了简化，省略了屏柜信息，缩短了标签长度，便于粘贴在光纤配线架专用的标签卡内。光纤配线架的标签样式如图4所示。

图4 光纤配线架标签样式Fig.4 Format of ODF label

3 光缆标签生成系统的实现

3.1 二次系统设计

系统提供设计单位使用的变电站二次系统设计功能：首先构建变电站二次系统物理位置、装置型号、装置配置、组屏方案的信息模型；然后构建变电站二次系统回路原理，包括装置、交换机间的端口连接关系及所传输的信息类型，软件根据回路原理建模的信息，识别出屏柜连接关系及屏柜间所需的纤芯数，按照同一小室内使用尾缆、不同小室和户外场地内使用光缆的原则选择光缆或尾缆，按照软件设定的工程光缆、尾缆规格分配光缆和尾缆的最终纤芯数；最后构建变电站的逻辑回路虚端子连接信息。软件将工程中所有的装置与智能电子设备（IED）能力描述ICD（IED Capability Description）文件关联，解析出通用面向对象的变电站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）以及采样值 SV（Sampled Values）虚端子，然后根据回路原理建模时的关联关系，识别出有信息交互的装置及其连接端口，由设计软件依次选择输入和输出虚端子，完成逻辑回路建模。

3.2 标签数据文件生成

与光缆标签格式设计对应，标签数据文件分为光缆标签文件、光纤标签文件和光纤配线架标签文件3种类型。

光缆标签文件按屏柜输出屏柜间光缆连接信息。软件从数据库中遍历屏柜的光缆信息，包括起点屏柜名称、终点屏柜名称、光缆编号和规格，二维码标签中的内容是光缆标记字符、起点屏柜索引和光缆名称索引。

光纤标签文件按光缆所连接跳纤或尾缆纤芯，输出装置端口连接信息。软件从数据库中遍历每个光缆的纤芯信息，包括起点和终点的屏柜、装置，端口名称和端口间所连接的纤芯所属光缆编号、纤芯序号。二维码标签中的内容是纤芯标记字符、起点端口索引。光纤标签文件如表2所示，纤芯二维码一列即所生成的二维码字符串信息。

光纤配线架标签文件与光纤标签文件的生成方法类似，只是在最终打印标签时使用光纤配线架标签模板打印。

表2 光纤标签文件Table 2 File of optical fiber labels

3.3 二维码标签生成

二维码标签由标签打印机的编辑软件生成：首先使用标签打印机提供的打印软件按照光缆标签格式编辑标签模板；然后使用打印软件的数据库连接功能将模板中的数据与标签文件的列数据关联；最后选择需要打印的标签文件数据，完成标签打印。标签中二维码由打印机编辑软件将标签数据文件中的二维码标签字段编码生成，打印出的标签见图5。

图5 打印标签示例Fig.5 A printed label

4 光缆标签解析系统的实现

4.1 手持终端数据解析功能

系统提供调试单位使用的手持终端数据解析功能。手持终端为ipad，数据库采用sqlite文件数据库，采用IOS7以上系统，开发环境采用XCODE 6.1。

解析功能的实现如图6所示，通过软件设置功能加载工程数据库，支持物理信息解析、光缆信息解析、纤芯信息解析和虚端子信息解析。

图6 解析功能模块Fig.6 Analysis module

界面采用IOS系统提供的UIKit框架实现：使用视图控制器作为基础容器，界面之间的切换使用导航控制器作为子容器实现，界面中的图形采用可缩放矢量图形（SVG）格式生成，图形中的数据通过数据库接口，从sqlite数据库中获取，图形的展示、超链接导航使用Web视图控件加载浏览器实现。

4.2 虚实对应数据搜索的实现

解析功能的核心是装置端口与虚端子的虚实对应功能，并将数据最终显示在用户界面中，其搜索方法如图7所示。通过纤芯端口在数据库信息逻辑表中获取整个回路原理的路径，通过虚端子连接表获取回路原理中两侧设备的虚端子关联记录，根据回路原理类型、网络类型最终确定纤芯中传输的虚端子信息。

4.3 二维码标签扫描功能

二维码扫描功能使用IOS系统的AV视频框架实现，打开手持终端的摄像头，获取二维码标签上的二维码图像，之后使用ZBar二维码解析库解析该二维码图像获取编码字符，根据字符中的光缆标记字符和纤芯标记字符，分别进入光缆纤芯解析界面和纤芯虚端子解析界面，完成二维码标签扫描功能。

图7 虚实对应搜索方法Fig.7 Flowchart of virtual-physical terminal matching

5 结语

本文针对目前智能变电站二次系统过程层光缆标签只能表达装置物理连接关系，无法直观地表达二次系统虚回路信息的问题，提出了基于二维码的光缆标签系统设计方案，方案包括生成系统实现方法和解析系统实现方法。

针对生成系统开发了二次系统设计功能和二维码标签生成功能软件，与目前常用的标签打印机接口，完成现场标签的打印工作。针对解析系统开发了手持终端数据解析功能和二维码标签扫描功能，直接将手持终端数据库通过图形化的界面展示给调试人员，界面中能够实现虚实数据的对应，通过扫描现场的二维码光缆标签，直接获取调试人员关心的信息，提高了调试和运维的效率。