周進(jìn), 劉偉， 侯先棟

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引 言

在變電站調(diào)試和運(yùn)行過程中，打印功能不可或缺[1]。在調(diào)試階段，站內(nèi)通信系統(tǒng)未完全就緒的情況下，需要打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者波形；在投運(yùn)階段，需要打印定值單進(jìn)行定值核對；在運(yùn)行階段，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，需要打印出故障波形進(jìn)行事故分析。

目前變電站內(nèi)二次設(shè)備所配置的打印機(jī)大多為針式打印機(jī)，打印速度比較慢，并且每個(gè)屏柜至少需要配置一臺打印機(jī)，整個(gè)變電站內(nèi)配置的打印機(jī)數(shù)量較多，所需總價(jià)較高[2]。

本文針對變電站二次設(shè)備傳統(tǒng)串口打印方式速度慢、造價(jià)高的缺點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用需求，提出了一種基于以太網(wǎng)打印協(xié)議(Internet Printing Protocol，以下簡稱IPP協(xié)議)的網(wǎng)絡(luò)打印方法[3]，通過使用標(biāo)準(zhǔn)打印協(xié)議實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)打印技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

1 現(xiàn)狀分析

目前變電站內(nèi)二次設(shè)備打印基本采用串口打印的方式。其中最常見的是屏柜內(nèi)配置針式打印機(jī)，二次設(shè)備通過串口將需要打印的數(shù)據(jù)按照指定格式發(fā)送至本屏柜針式打印機(jī)，針式打印機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后逐行進(jìn)行打印。在數(shù)字化變電站中，由于裝置及屏柜的集成化程度比較高，一般不在屏柜內(nèi)配置針式打印機(jī)。部分?jǐn)?shù)字化變電站會(huì)配置一臺移動(dòng)打印小車，當(dāng)某個(gè)裝置需要打印信息時(shí)，將移動(dòng)打印小車中的針式打印機(jī)連接到裝置進(jìn)行打印[4]。對于串口打印方式，優(yōu)點(diǎn)是能正確展示裝置內(nèi)部的原始信息，接口較簡單，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是：(1)每個(gè)屏柜或者每臺裝置都需要配置一臺針式打印機(jī)，以500 kV的變電站為例，至少需要數(shù)十臺針式打印機(jī)，整體造價(jià)較高，而且每個(gè)屏柜都要預(yù)留一定位置放置針式打印機(jī)，不符合當(dāng)前變電站智能化、集成化的趨勢；(2)針式打印機(jī)由于串口通信速率限制以及自身逐行打印特性，打印速度較慢，當(dāng)裝置需要輸出大量密集數(shù)據(jù)內(nèi)容尤其是圖形信息時(shí)，通常需要較長時(shí)間才能完成全部打印任務(wù)。(3)二次設(shè)備廠家所用的打印機(jī)型號以及接口并不完全一致，不利于變電站內(nèi)打印機(jī)設(shè)備的統(tǒng)一管理。

隨著IEC61850技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變電站的各個(gè)場景[5]。目前大多數(shù)數(shù)字化變電站并不配置間隔層針式打印機(jī)，站控層監(jiān)控后臺通過站內(nèi)的IEC61850通信規(guī)約獲取需要打印的信息，將信息整理后在監(jiān)控后臺所連接的打印機(jī)上打印(以下簡稱后臺打印)。后臺打印的優(yōu)點(diǎn)有：(1)不需要配置間隔層打印機(jī)，節(jié)省開銷；(2) 監(jiān)控后臺可對從裝置處獲得的信息進(jìn)行進(jìn)一步整理，方便展示出更加豐富的內(nèi)容，比如與變電站高級應(yīng)用的智能告警、故障簡報(bào)相結(jié)合。然而這種打印方式的缺點(diǎn)也是顯而易見：(1)過多的依賴于通信協(xié)議，如果出現(xiàn)通信中斷情況則打印功能也就無法使用。(2)監(jiān)控后臺可能需要考慮兼容各廠家的裝置，并能夠保證能從各廠家裝置里獲取足夠需要的信息，由于智能站普遍采用IEC61850通訊規(guī)約，所以具體還取決于監(jiān)控后臺軟件與各廠家裝置的互通能力[6]。綜上所述，這種做法可以作為通信規(guī)約的擴(kuò)展或者高級應(yīng)用，但并不能完全取代變電站內(nèi)二次設(shè)備的打印操作。

2 方案介紹及應(yīng)用

2.1 方案介紹

為了解決串口打印的打印速度慢、造價(jià)高的問題，本方案采用網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)替代針式打印機(jī)。網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的使用可以大幅度的減少變電站內(nèi)的打印機(jī)數(shù)量，降低變電站建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用；二次設(shè)備通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)相連，數(shù)據(jù)傳輸速度較快；并且網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)采用整頁打印方式，打印一頁數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間也優(yōu)于針式打印機(jī)。

由于各品牌網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序并不完全相同，而變電站二次設(shè)備大多采用VxWorks、Linux等嵌入式系統(tǒng)[7]，如果需要針對每個(gè)品牌的每個(gè)型號打印機(jī)開發(fā)適用于本嵌入式系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。變電站打印需求相對較簡單，僅需要打印出定值、報(bào)告、故障波形等內(nèi)容，并不需要雙面打印等高級打印功能，所以可以考慮采用一種較為通用的網(wǎng)絡(luò)打印協(xié)議來實(shí)現(xiàn)打印操作，避免不同二次設(shè)備平臺、不同打印機(jī)品牌對于打印效果的影響[8]。

為了解決打印機(jī)驅(qū)動(dòng)的問題，本方案采用了IPP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)打印功能。IPP協(xié)議是在以太網(wǎng)上打印的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它允許用戶可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行打印及管理打印工作等工作。用戶可以通過相關(guān)界面來控制打印所使用的紙張種類、分辨率等各種參數(shù)。它提高了遠(yuǎn)程打印的高效性和實(shí)用性, 并且提供遠(yuǎn)程管理打印機(jī)的能力。如今主流打印機(jī)廠家都已經(jīng)支持通過IPP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)打印數(shù)據(jù)[9]。

IPP協(xié)議采用超文本傳輸協(xié)議(HTTP)作為傳輸協(xié)議，所有的IPP請求都通過HTTP請求發(fā)送給服務(wù)器，在接收HTTP請求后，IPP請求和要被打印的文檔被發(fā)送給服務(wù)器，而后者以IPP相應(yīng)消息進(jìn)行回應(yīng)。典型的IPP會(huì)話如圖1所示。

圖1 典型IPP會(huì)話過程

圖2 網(wǎng)絡(luò)打印流程

根據(jù)上述典型IPP會(huì)話過程，變電站二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)打印流程如圖2所示,當(dāng)二次設(shè)備接收到打印命令時(shí)，首先通過IPP協(xié)議獲取打印機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)，如果打印機(jī)處于空閑狀態(tài)，則收集并整理需要輸出的數(shù)據(jù)內(nèi)容，將數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為文件后通過IPP協(xié)議發(fā)送至打印機(jī)進(jìn)行打??；若打印機(jī)處于忙或者缺紙、故障等狀態(tài)而無法接收數(shù)據(jù)，二次設(shè)備會(huì)在內(nèi)存中形成一個(gè)等待隊(duì)列，并根據(jù)人機(jī)操作或既定策略決定即時(shí)終止打印任務(wù)或延時(shí)后再次執(zhí)行打印操作。

二次設(shè)備也可以定時(shí)通過IPP協(xié)議查詢打印機(jī)的工作狀態(tài)，將打印機(jī)狀態(tài)變化通過站內(nèi)通訊規(guī)約上送至站控層監(jiān)控后臺，便于變電站運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌控站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 應(yīng)用介紹

圖3 裝置與后臺共網(wǎng)

圖4 裝置通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置接入站控層網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的具體放置位置由站內(nèi)通信拓?fù)錄Q定，如果二次設(shè)備與變電站站控層后臺共網(wǎng)，則網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)可以放在站控層網(wǎng)絡(luò)任意位置供全站二次設(shè)備使用，具體拓?fù)淙鐖D3所示[10]；如果二次設(shè)備通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置或者通訊管理機(jī)接入站控層網(wǎng)絡(luò)，則需要將網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)和二次設(shè)備共網(wǎng)放置，具體拓?fù)淙鐖D4所示。

對于現(xiàn)有已投運(yùn)變電站需要改造以支持網(wǎng)絡(luò)打印或者是增加一臺支持網(wǎng)絡(luò)打印的裝置的情況，只需要單獨(dú)升級或者加入該裝置，不需要站控層通信網(wǎng)絡(luò)、站控層后臺或者站內(nèi)其它裝置的配合，也不會(huì)影響到變電站已投運(yùn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3 對比分析

以南京南瑞繼保電氣有限公司的PCS-978高壓保護(hù)裝置為例，針式打印機(jī)選用變電站內(nèi)廣泛使用的愛普生LQ300+,網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)選用惠普 M706n激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，在PCS-978裝置中通過通信參數(shù)選擇串口打印模式或者網(wǎng)絡(luò)打印模式。

在打印介質(zhì)、通信可靠性、打印波形時(shí)間以及打印內(nèi)容及格式等方面將串口打印、網(wǎng)絡(luò)打印以及后臺打印進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)打印、串口打印、后臺打印對比結(jié)果

由對比結(jié)果可知，網(wǎng)絡(luò)打印的打印內(nèi)容及格式可以保持和串口打印相一致，打印速度相比串口打印方式有了較大的提高，可靠性并沒有明顯變化。而后臺打印需要額外依賴于變電站內(nèi)通訊規(guī)約的建立，可靠性不如串口打印以及網(wǎng)絡(luò)打印高。

3 結(jié)束語

隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)打印技術(shù)已經(jīng)越來越普及，本文提出的變電站二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)打印方案在保持打印輸出內(nèi)容及格式不變的前提下有著打印速度快、節(jié)省變電站建設(shè)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。該方案不依賴于變電站內(nèi)通信規(guī)約，并且可以靈活適應(yīng)變電站內(nèi)各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，對于替代變電站?nèi)原有串口打印方案以及統(tǒng)一變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)打印接口有著較大的參考意義。

[1] 張向群, 魏勇, 張喬賓, 等. 智能變電站集中式網(wǎng)絡(luò)打印的研究與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)工程, 2012,38(13): 234-236.

[2] 張清枝, 魏勇, 趙成功. 變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009,37(8):47-52.

[3] HASTINGS T, MANROS C. Internet Printing Protocol/1.0: Implementer’s Guide[R]. 1999.

[4] 李孟超, 王允平, 李獻(xiàn)偉, 等. 智能變電站及技術(shù)特點(diǎn)分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010,38(18):59-62.

[5] 李寶偉, 倪傳坤, 李寶潭, 等. 新一代智能變電站繼電保護(hù)故障可視化分析方案[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(5):73-77.

[6] 賀春, 張冉. IEC 61850 國際互操作試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012,36(2):6-10.

[7] 徐騫. 基于 VxWorks 系統(tǒng)的 USB 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 測控技術(shù), 2015,34(10):119-121.

[8f] 梁亞雄, 魏維, 韓天明. 打印監(jiān)控中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, 2012,29(10):314-317.

[9] 萬波, 王義峰, 劉剛, 等. 一種基于 CUPS 的打印控制和管理方法[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用,2015,5(9):313.

[10] 倪益民, 楊宇, 樊陳, 等. 智能變電站二次設(shè)備集成方案討論[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(3):194-199.