2014远动监控技术实验

远动监控技术 实验指导书 服 务 器 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 4 以太网交换机 1 # 调 度 员 工 作 站 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 1 1 通 讯 前 置 机 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 1 0 2 # 调 度 员 工 作 站 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 2 1 3 # 调 度 员 工 作 站 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 2 1 4 # 调 度 员 工 作 站 I P : 1 0 0 . 0 . 0 . 2 2 1 # R T U 柜 薛 店 变 电 所 2 # R T U 柜 瓷 窑 湾 变 电 所 3 # R T U 柜 吉 首 变 电 所 串 口 环 型 通 道 通 讯 单 元 实验一、调度员工作站的功能及实验操作 一、 实验目的 熟悉工业监控模拟系统调度中心的结构。了解调度系统软件体系，学习使 用用户界面并动手操作。探索各种功能并分析原因。 二、实验原理 1、 GM-2000 DAS 分布式管理自动化系统 结构可以分为： 1、 调度中心 2、 信道 3、 被控端子系统 远动系统的网络 IP 地采用：100.0.0.XX 和 101.0.0.XX 定义两个网络 的地址。 2、 GM-2000 DAS 分布式管理自动化系统软件体系 2、 1 客户 /服务器结构 指网络中服务的提供方式，请求服务的一方叫客户方，提供服务的一方叫 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 3 页 共 19 页 服务器方。客户、服务器服务既可在一台机器上完成，也可分布在网络上的不 同机器上。 客户机服务器（C/S）体系结构是在单一体系结构、宿主式体系结构和局域网 广义网体系结构的基础上发展起来的，它既保留了宿主式体系结构中的数据集 中管理、安全可靠和数据一致性的优点，又保留了文件服务器方式的多用户共 享主机系统的数据资源和外设资源，降低了系统成本。 2、 2 操作系统简介 1、 WINDOWS 操作系统 基于 INTEL 或相应平台，窗口界面，图形操作系统，用于个人计算机或 PC 服务器。其特点为：操作直观、简便但安全性欠缺； 2 、UNIX 操作系统 字符界面，多用于基于 RISC 的小型机或服务器。UNIX 操作系统可靠性高、 安全性强、网络功能强大，但操作不直观 2、 3 数据库管理系统 1、常用的关系数据库管理系统有：Microsoft SQL SERVER、SYBASE、Oracle、Informix 等。 2、关系数据库管理系统提供海量数据的存储、更新及查询、检索； 3、关系数据库管理系统支持 SQL（Structure query languange）查询语言。 4、关系数据库管理系统支持 ODBC（open database connection，开放数据 库连接）接口标准，无论采用何种数据库管理系统，应用软件均可以采用相同 的接口访问数据库系统。 5、WINDOWS 操作系统可通过控制面板中管理工具之 ODBC 界面设置。 3、 用户界面 系统提供了方便灵活易用的 Windows 的界面，采用多文档、多视图的界面 形式，可以同时打开多个监视和控制画面，随意的定制各种界面元素的显示和 隐藏，并提供了“全屏”和“正常”两种界面模式。用户可通过菜单或者快捷 键 Ctrl+F 在两种状态中切换。 登录、注销和更改密码 调度员工作站通过用户登录的方式验证用户身份，根据用户的不同权限决 定用户可以进行的操作，没有登录系统的使用者只能查看当前供电情况和进行 数据的召唤操作，不能进行任何种类的控制操作。 系统启动后在默认状态下没有登录，用户可以通过登录窗口进行身份验证 后登录系统，系统根据添加用户所设定的用户身份后自动确定用户的权限，系 统采用一次登录，连续有效的方式管理登录信息，即用户在登录系统之后，自 动管理用户的登录信息，并在需要验证身份的时候自动验证，直到用户选择注 销身份。 用户在不需要进行控制操作的时候尽量不要登录系统，需要操作时才登录 系统，以免误操作的发生，操作完毕应尽快注销登录，使系统回到不可控状态， 以免造成安全事故，用户离开操作台和换班时请务必注销身份。 典型的主接线界面布局如下图所示： 工 具 栏 主 画 面 报 文 窗 口 细 目 窗 口 分 页 窗 口 菜 单 栏 状 态 栏 调度员工作站主界面 三、实验设备 1、工业监控模拟系统调度员工作站； 2、工业监控模拟系统数据库服务器； 3、工业监控模拟系统通信处理机； 4、SCADA 软件包。 四、实验报告 细目窗口 分页窗口 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 5 页 共 19 页 操作开关编号 执行的操作 操作结果 211 合闸 1.单位结果已上送，为成功 2.单控已被确认，但无变位上送， 执行超时 221 分闸 选择失败 212 分闸 1.单控结果已上送，为成功 2.执行超时 2041 合闸 该对象已变位，单控成功 2031 合闸 1.选择成功 2.已变位，单控成功 五、实验分析 1、理解分析各部分网络构成,了解最新铁路供电调度系统的组成及扩展方法 答: 网络分别由调度中心，信道，被控端子系统组成。西南交大 RTU 实验台系 统从总体上划分两大部分，调度系统和被控站；调度系统又包括三大部分：通 讯前置机、调度员工作站、后台服务器；被控站包含四个变电所：薛店变电所、 瓷窑湾变电所、吉首变电所、临颍变电所。 依据系统设备所在地理位置,综合调度系统可分为两部分,一是综合调度中 心系统和设备,另一部分是分散在铁路沿线的车站 综合信息系统 和设备。车站 综合信息系统也是一个局域网,可选用小型服务器和 100M 以太网实现与调度中 心的信息交换。依照系统功能,综合调度系统亦分为管理部分、行调部分和维护 部分。依结构划分, 综合调度中心系统又分为直接为用户服务的客户机系统, 储存、处理信息的服务器系统, 以及传输信息的网络设备。每个用户系统就是 一个客户机系统, 客户机系统由工作站和多个显示器组成; 服务器系统采用具 有共享磁盘阵列的双机热备用系统, 由数据库服务器、行车调度与控制服务器、 通信管理服务 器组成; 网络 系统由交换机、路由器、专用通道组成, 构建网 络时, 必须考虑信息安全问题。 以下方式可用于扩展供电调度系统： （1）采用光纤介质实现广域网传输, 保证信道有足够的带宽和快速的传输, 也为将来扩网留有空间; （2）采用标准的接口设备和信息交换协议, 便于系统的开发和升级; （3） 选用先进可靠成熟的操作系统、数据库和软件开发平台, 支持多任务、 多进程, 具有灵活性和开放性特性; （4） 尽量引进国外先进的商用硬件设备和系统软件, 根据我国高速铁路的 要求来组成我们的应用系统; 2、学生了解牵引变电所的设计规范，学会分析不同的牵引变电所设计图。 答:1. 牵引变电所电源侧主接线应结合外部电源条件确定，宜采用线路变压 器组接线或分支接线；馈线侧接线宜采用上下行断路器互为备用的接线型式， 并符合上、下行分别供电和并联供电的运行方式要求。 2分区所主接线应按同一供电臂的上、下行并联供电及非正常供电运行 的越区供电设计。上、下行并联供电应采用断路器接线方式，越区供电应采用 隔离开关接线方式。 3. 自耦变压器所主接线应按上、下行并联供电设计，并应采用断路器接线 方式。 4牵引变压器应采用无载调压方式，无载调压开关应纳入远程监控。 5. 220kV 配电装置一般采用户外单体式布置，在地形困难或重污秽的地区 及重要城市，可采用 GIS 组合电器。 时速 300 公里及以上高速铁路的 27.5kV 配电装置宜采用 GIS 开关柜。 6. 220kV GIS 组合电器宜采用屋内布置，各元件间的布置应根据安装、检 修、试验和运行维护等的需要确定，其室外带电部分的最小安全净距应符合现 行铁道行业标准铁路电力牵引供电设计规范TB10009 的有关规定。 3、分析牵引变电所主要控制开关，利用仿真实验系统进行操作。分析遥控、遥 信的实现。 答：牵引变电所的开关分为自动开关和手动开关，自动开关可以通过系统 遥控。控制方式有两种，方式一：遥控过程严格按“选择-返校-执行”的原则 操作执行，确保控制操作准确可靠，同一时间只允许一个调度员工作站对其控 制。方式二：一步操作（直控方式） ，复归控制采用直控方式。开关处于“合” 位，需要进行分闸控制，当发出执行命令后，CRT 画面上的该开关“红灯闪烁” ， 直到分闸位置信号返回变“绿灯”为止。同样的开关处于“分”位，需要进行 合闸控制，当发出之星命令后，CRT 画面上的该开关“绿灯闪烁” ，直到合闸位 置信号返回变“红灯”为止。 遥信可以进行解锁闭锁的功能。当被控站设备或通道故障时，为实时掌握 现场开关的实际状态，可以通过鼠标点击闭锁按钮，闭锁电动开关的遥信，使 之成为不可信对象。并在 CRT 画面上利用开关模拟置位操作功能对开关手动置 位，当点击解锁按钮时，画面上所有处于闭锁状态的电动开关立即解锁，使之 成为可信对象。同时遥信可以进行系统状态监视。包括开关分合、当地远 方、闭锁，重合闸的投/撤，手车的推入/拉出等状态均可在 CRT 上以不同颜色 或图符进行实时显示。显示器上开关符号的颜色：合闸为红色；分闸为绿色。 开关符号的省缺设置为合闸为实心，分闸为空心。 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 7 页 共 19 页 实验二、远动执行端(RTU)系统实验 一、实验目的 熟悉远动执行端（RTU）的系统配置，了解变电站 RTU 的模块结构。利用 调度系统操作 RTU，实现遥控、遥信功能，记录开关指示。进行遥控、遥信实 现原理分析，实验结果分析。 二、实验原理 1、执行端（RTU）的组成 实验系统中一共使用了三个远动盘，这三个远动盘分别为薛店变电所、瓷窑 湾变电所、吉首变电所这三个变电所使用。这三个远动盘里分别装有 GM-2000 型 RTU 系统，而 GM-2000 型 RTU 系统主要由总控单元，控制、采集单元， 交流采样单元等三个主要部分构成。 控制单元包括 GM-R011 主处理模板、GM-R060 调制解调器模板、GM- R082/083 电源板以及遥测板 GM-R020；控制、采集单元包括 GM-R051 主处理 模板、遥控出口板 GM-R032A、遥信出口板 GMR042A。 2、GM-2000 型 RTU 系统工作原理 GM-2000 型 RTU 系统通过调制解调器 GM-R060 模板与控制中心通信， GM-R011 板是 RTU 的管理中心,其内常驻的管理软件不仅承担了对遥控、遥信、 遥测、电度召唤等各种事件及信号的控制与管理，而且还要与控制中心主机进 行数据交换，接受控制中心的控制和命令，完成远动控制的目的。 三、实验设备 1、工业监控模拟系统调度员工作站； 2、工业监控模拟系统数据库服务器； 3、工业监控模拟系统通信处理机； 4、通讯模块（环型） ； 5、GM-2000 型 RTU 装置。 四、实验报告 五、实验分析 1、理解分析 RTU 系统的网络组成及扩展方法。 2、学生了解牵引变电所的开关数量与控制、采集单元包括 GM-R051 主处理模 图 1.4 RTU内 部 电 源 、 局 域 网 结 构 图 GM R082 电 源 模 板 GM-R011 主 处 理 模 板 GM-R060调 制 解 调 器 GM-R070 GPS 模 板 GM R083 电 源 模 板 GM-R051 控 制 采 集 板 GM R032 控 制 出 口 板 天 线 电 源 48V去 C端 子 B端 子 开 关 量 输 入 线 A端 子 控 制 输 出 线 现 场 局 域 网 RS 485 电 源 24V AC 220V DC 220V 10V C端 子 A端 子 控 制 输 出 线 B端 子 开 关 量 输 入 线 48V GND 48V GND A端 子 电 量 输 入 线 GM R082 电 源 模 板 GM-R051 控 制 采 集 板 GM R042 采 集 输 入 板 GM R042 采 集 输 入 板 GM R032 控 制 出 口 板 GM R020 电 量 测 量 板 GM R020 电 量 测 量 板 A端 子 电 量 输 入 线 电 源 24V 电 源 24V I/O总 线 I/O总 线 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 9 页 共 19 页 板、遥控出口板 GM-R032A、遥信出口板 GMR042A 的关系。 3、分析遥控出口板 GM-R032A、遥信出口板 GMR042A 的接线，远动实现遥控、 遥信功能的扩展。 实验三、调度系统的组成原理 一、实验目的 熟悉工业监控模拟系统调度中心的结构及系统配置。能够使用调度系统软 件，学习使用数据库工具并动手操作调整系统配置。探索各种功能并分析原因。 二、实验原理 1、远动系统调度端组成 系统标配：后台处理机、操作员工作站、通信处理机、等主要网络节点设备。 调度中心又称主站系统。主站系统就是接收和转发信息并进行监视控制的 系统。主站系统中的通信控制器从各个远动终端取得信息后，主计算机进行数 据处理， 检测一些参数是不是有越限现象发生，断路器有没有变位等，并将结 果通过显示器或模拟屏向调度员报告。调度员向计算机输入控制命令，向各远 动终端发送断路器操作命令或调整发电机出力等控制命令。主站还要将经过处 理的信息向上层调度中心转发，通常这是通过数据通信网进行的。主站的上述 功能就称为 SCADA（supervisory control and data acquisition）即监控与 数据采集功能。 调度中心局域网设备 IP 地址表 设备名称 网络地址 1 网络地址 2 网络地址 3 后台服务器 100.0.0.2 101.0.0.2 通讯前置机 1 100.0.0.10 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 11 页 共 19 页 打印服务器 1 100.0.0.91 调度员工作站 11 100.0.0.11 101.0.0.11 调度员工作站 12 100.0.0.12 101.0.0.12 2、系统启动与参数配置 2.1 系统文件说明 如图 2.1.1 所示, 运行目录下包含六个文件夹、三个可执行文件、一个配 置文件、若干个动态连接库和若干个声音文件。其中 dock6.exe 为主程序，运 行它可启动调度员工作站，HisChart.exe 为历史曲线程序，可直接运行，也可 通过调度员工作站启动；“报表统计”文件夹中为报表系统运行目录，可通过 调度员工作站启动报表系统；“OGW-Config.XML”为配置文件，它保存了调度 员工作站启动时所需的配置信息；其它文件夹和文件为系统运行所需。 图 2.1.1 调度员工作站系统文件说明 2.2 系统安装 1、运行环境要求: 操作系统为 Microsoft Windows 2000 professional + SP4, 并安装 MSXML SP4. 注：如果操作系统没有升级到 SP4, 调度员工作站也可以运行，但有可能 会出现错误而退出。安装 MSXML SP4 是读取配置文件所需的操作系统组件，该 安装软件位于图 2.1 中的 install 目录中。 2、系统的安装说明: 无需安装，直接将包含调度员工作站的文件夹拷贝到安装有 Windows 操作 系统的计算机的任何地方即可。 2.3 数据库连接 系统采用 SYBASE 的数据库管理系统进行数据管理， SYBASE 服务器软件安 装于数据库服务器，需要连接数据库的设备安装 SYBASE 客户端，客户端需设置 与服务器端的连接，设置方法见附录。 2.4 数据源的配置 调度员工作站、维护工作站、数据转发工作站、设备管理工作站和通讯前 置机均需配置数据源，数据源名称为当前站数据库 ID，具体参见下表。 应用软件 数据源名 称 连接的服务器 名 连接的数据库 名 连接用的用户 名 密码 调度员工作站 scada 通讯前置机 scada 维护工作站 scada 数据转发工作 站 scada 设备管理工作 站 scada 本机设置的与 SYBASE 服务 器端连接的名称 (SERVER) 当前使用的数 据库名 (SCADA) scada sqlsql 数据源在系统调试阶段已设置完毕，如果没有出现特殊情况，用户不要随 意修改，以免影响系统的正常运行，数据源配置方法见附录。 三、实验设备 1、工业监控模拟系统调度员工作站； 2、工业监控模拟系统数据库服务器； 3、工业监控模拟系统通信处理机； 4、SCADA 软件包。 四、实验报告 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 13 页 共 19 页 实验四、通信系统的组成原理及各种方式 一、实验目的 熟悉工业监控模拟系统调度中心的结构及系统配置。能够使用调度系统软 件，学习使用数据库工具并动手操作调整系统配置。探索各种功能并分析原因。 二、实验原理 1、远动系统通道结构 下图中显示了几种目前较为常见的 SCADA 系统的通信网络拓扑结构方式。 a 图的点对点方式中，调度端与每个被控站之间有一个独立的信道进行通 信，这种方式实现起来较为简单，通信可靠性高，但是会占用较多的通信信道， 一般用于通信信道较为充足的情况。 b 图中的环形方式是从调度端引出的两条全双工通道与各个被控段之间通 过环形连接起来。调度端将数据发往就近的两个被控端，然后通过被控端依次 向相邻的两端传送数据，直到目的站。这种结构的优点是节省通道，并且在通 道上某一点发生故障时，不会影响到整个系统的通信。 c 图中的双 T 型结构又叫作双总线型结构，是总线结构与环形结构相结合 的拓扑方式。他从调度端引出两条总线，各个被控端通过节点开关挂接在总线 上。这种方式不仅节省通道数，而且双总线又保证了通道的可靠性。 d 图中的网状结构方式作为以后的一个发展方向，在目前还没有广泛的应 用。在网状结构中，除了调度端与各个被控端之间相连外，各个被控端之间也 都有通道进行连接。这使得通信信道的可靠性大大增强，但同时也增大了系统 的复杂程度。 在实际工程中，以上几种网络结构往往同时存在于一个监控系统中。在本 课题中，拟实现通信前置机对点对点、环形和双总线型等多种网络拓扑结构类 型的处理。 1 调度端与被控站通讯轨约 硬件接口： RS232 通信方式：串行异步通信方式，1200bps 通信规约：系统采用 IEC-870-5-101 标准规约 2 调度端局域网与模拟盘通讯 硬件接口： RS232 通信方式：串行异步通信方式，9600bps 或 19200bps 通信规约：模拟屏厂家自定义规约 3被控站与直流屏等其它智能设备通讯 调度端 被控站 被控站 被控站 调度端 被控站 被控站 被控站 调度端 被控站 被控站 被控站 调度端 被控站 被控站 被控站 被控站 a ) 点对点结构 b ) 环型结构 c ) 双 T 型结构 d ) 网状结构 图 1 - 3 通 信 前 置 机 的 几 种 网 络 结 构 远动系统环形通道如下图，各 RTU 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 15 页 共 19 页 与控制中心主机进行数据交换的通 信网 RTU 端的接线如图 1.5 所示， 上行通道收发线是 RTU 与控制中心通信连接的通道接线，下行通道收发 线是 RTU 与下一站通信连接的通道接线，GM-R061、GM-R063 用于连接通道 隔离变压器，并具有通道防雷保护和掉电直通功能。 三、实验设备 1、工业监控模拟系统调度员工作站； 2、工业监控模拟系统数据库服务器； 3、工业监控模拟系统通信处理机； 4、SCADA 软件包。 四、实验报告 图 1.5 RTU 机 柜 通 信 原 理 接 线 示 意 图 J2 GM-R061 1# GM-R061 2# J2 GM- R060 通 信 板 J1-4 J1-3 J1-1 J1-2 J1-3 J1-4 J1-2 J1-1 J1-6 J1-5 J1-7 J1-8 上 行 通 道 收 JA1 JA-4 JA-8 JA-7 JA-3 JA-5 JA-6 JA-2 1# GM-R063 J3 D6 J1-6 J1-5 J1-7 J1-8 J3 GM-R063 2# 上 行 通 道 发 下 行 通 道 发 下 行 通 道 收 D5 D7 D8 D4 D3 D2 D1 3 1 2 4 3 1 2 4 实验五、工业现场控制基本原理及实验 一、实验目的 通过遥控、遥信、遥测的接线了解 RTU 的组成原理及各种工作方式和信息 采集原理。 二、实验原理 GM-2000 型 RTU 系统主要完成遥控、遥信、遥测等远动功能，主要由总 控单元，控制、采集单元，交流采样单元等三个主要部分构成。系统采用多处 理器分散式原则，内部采用现场局域网连接各单元。 实验对象原理图: 三、实验步骤 1.按照下表定义连接遥控线。 端子布置 定义 端子内侧接线 端子外侧接线 备注 固定端子 标号端子 A 遥控 隔片端子 A1 YK1-D 3U-R092-J1-1 A2 YK1-H 3U-R092-J1-2 A3 YK1-F 3U-R092-J1-3 1#遥控试验板 A22 YK8-D 3U-R092-J2-10 A23 YK8-H 3U-R092-J2-11 A24 YK8-F 3U-R092-J2-12 8#遥控试验板 2用加量设备按照下表的定义与相应端子进行连接。 标号端子 E 遥测（电流） 远动监控技术模拟系统实验 电气工程学院 第 17 页 共 19 页 隔片端子 E1 1 号进线电流 A 2U-1#R020A-JB-1 E2 1 号进线电流 B 2U-1#R020A-JB-5 E3 1 号进线电流 C 2U-1#R020A-JB-3 E4 1 号进线电流 CN 2U-1#R020A-JB-2 E5 1 号进线电流 CN 2U-1#R020A-JB-6 E6 1 号进线电流 CN 2U-1#R020A-JB-4 E7 E8 1 号馈线电流（入） 2U-1#R020A-JB-7 E9 1 号馈线电流 2U-1#R020A-JB-8 标号端子 E 遥测（电压） 隔片端子 E10 1 号进线电压 A 2U-1#R020A-JA-6 E11 1 号进线电压 A 2U-1#R020A-JA-1 E12 1 号进线电压 B 2U-1#R020A-JA-2 E13 1 号进线电压 B 2U-1#R020A-JA-3 E14 1 号进线电压 C 2U-1#R020A-JA-4 E15 1 号进线电压 C 2U-1#R020A-JA-5 E16 E17 1 号馈线电压 2U-1#R020A-JA-7 E18 1 号馈线电压 2U-1#R020A-JA-8 3按照下表定义连接遥信。 端子布置 定义 端子内侧接线 端子外