牵引供电SCADA系统(调度端及通信).ppt

1 第一节概述第二节远动系统调度主站系统2 1远动系统调度端硬件结构2 2远动系统调度端软件结构2 3远动系统监控系统的发展第三节远动系统通道3 1远动系统通信网络概述 2 第一节概述 发电 输电 配电 用电 电力调度中心 控制中心 电力变电所 3 第一节概述 1 1基本概念 1 远动利用远程通信技术进行信息传输 实现对远方设备的监视和控制 2 远动技术监控系统调度端 控制站 与执行端 被控站 之间实现遥控 遥信 遥测 遥调 遥视技术的总称 3 牵引供电远动系统由控制站 调度端 与被控站的远动装置及连接于两者之间的信道设备组成的调度牵引供电设备的远距离监控系统 4 遥控YK Romote Control Telecontrol 从调度端发出命令以实现远方操作和切换 如开关的 分 合 故障信号的复归等 遥信YX Telesignal 将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端 如开关位置信号 报警信号等 遥测YC Telemetering 将被控站的某些运行和环境参数传送给调度端 如有功和无功功率 电度 电压 电流等电气参数 温 湿度 接触网故障点的距离等非电参数 遥调YT Teleadjusting 调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整 如变压器电压等级等 遥视YS Teleseeing RemoteVideoMonitoring 现场重要设备的运行状态 重要场所的环境状态等通过视频图像传送到调度端 安全监视 5 区别与联系 概念辨析 监控系统 SCADA系统 远动系统 调度自动化系统 4 SCADA系统 SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem 能够完成常规 四遥 功能的监视控制和数据采集系统 简称远动监控系统或远动系统 TelecontrolSystem 5 调度自动化系统 DispatchingAutomationSystem SCADA 数据处理和管理功能 在线培训 辅助决策等功能 有时也常简称为远动监控系统或远动系统 6 铁路牵引供电系统 铁路电力供电系统 为提供铁路行车提供电源的铁路牵引供电系统 其供电可靠性影响行车安全 承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务 包括信号系统 通信系统 生产 车站 供水系统以及生活等铁路用电负荷 一般称为铁路电力供电系统其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常安全运行 还关系到很多铁路职能部门的正常工作 7 开闭所 铁路牵引供电 电力供电远动系统结构示意图 铁路牵引供电 铁路电力供电 箱变 区间负荷 箱变 区间负荷 贯通线 贯通线 调度中心局域网 调度中心 通讯设备 通讯设备 接触网 8 1 2远动系统的基本组成 远动系统由调度端 控制中心 主站 控制端 执行端 被控站 远方终端 及信道等组成 调度端 设在控制中心内 完成远动对象的监控 数据统计及管理功能等 执行端 设在牵引变电所 开闭所 分区所 AT所及V停控制站内 执行端完成远动系统的数据采集 预处理 发送 接收及输出执行功能 常规远动系统被控端为远方终端设备 RemoteTerminalUnit 即RTU 信道 远动信息传输的介质 通路 称为信道 可分为有线信道及无线信道 9 1 调度端包括服务器冗余服务器调度员工作站 模拟盘 通信前置机 网络等设备 10 2 通信通道 信道 传输介质包括音频实回线 电话线 光纤 电力载波 无线电等 对大型远动系统 远动信息的通路应分群 以保证响应速度 远动通道示意图 11 3 被控端或远方终端 RTU RemoteTerminalUnit RTU主要配置有 主控单元 电源单元 通信单元 各类I O单元 12 1 3远动系统工作方式远动系统的工作方式有多种 可分为1 1工作方式 1 N工作方式及M N工作方式1 N工作方式 指1个调度端端对应各N个被控站的集中监控方式M N工作方式 指M个调度端对应着N个被控站 一机双调 对位于分界处 如路局 的被控站应分别实现与两个远动系统调度端的数据通信 13 遥测信息 各种运行参数 分为电量和非电量两类 遥信信息 断路器 隔离开关等的状态信号 遥调信息 改变运行设备状态的命令 必须进行返送校核 无误才能发送执行命令 遥控信息 传送改变运行设备参数的命令 必须进行返送校核 无误才能发送执行命令 1 4远动信息内容 上行信息 遥测和遥信信息 事件顺序记录 返送时钟报文和遥控返送校核信息等 下行信息 遥调信息遥控信息 对时功能中设置时钟召唤时钟命令 装置复归 广播命令等 14 循环传输模式CDT CyclicDataTransmission 方式 以被控端为主 被控站的远动信息按规约规定组成帧 再编排帧的顺序 周期性地以循环向调度端传送 信息传送是周期性的 发端不顾及收端的需要 也不需收端给以回答 问答传输模式Polling 查询 方式 调度端必须主动向被控端发送查询报文 被控端按调度端的查询要求发送回答报文 要保证调度端发问后收到正确的回答 必须保证有上下行信道 1 5远动信息的传输模式 15 1 6常用远动信道 专用有线信道 由远动装置产生的远动信号 以直流电的幅值 极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中传送 常作近距离传输 电力线载波信道 载波电话 远动信号占用一个话路 音频段 0 3 3 4kHz 直接利用电力线作信道 无需额外投资 结构坚固 信道 信号传输时经过的通道 远动信道 传输远动信号的通道 16 光纤信道 电光转换 光信号传播 光电转换过程 信道容量大 衰减小 不受外界电磁场干扰 误码率低 无线电信道 由发射机 发射天线 自由空间 接收天线和接收机组成 利用自由空间传输 不需架设通信线路 可节约大量金属材料并减少维护工作量 微波信道 频率300MHz 300GHz的无线电传播信号 直线传播 远距离时设中继站 频带宽 传输稳定 方向性强 保密性好 17 1 7根据TB10117 98铁路电力牵引供电远动系统技术规范 远动系统主要功能包括 1 基本功能遥控 分单控和程控实现对牵引供电系统供电设备运行状态的实时监视和故障报警实现对牵引供电系统中主要参数的遥测 实现故障点参数的传送 计算和故障地点的标定实现汉话屏幕画面显示 模拟屏显示及运行的故障记录信息打印实现电度统计等的日报月报制表打印 实现系统自检功能 以友好的人机界面实现系统维护功能 实现远动信道切换 18 2 选配功能遥测量的图形显示功能各种带条件的自动控制功能实现与其它系统接口和数据转发 实现供电设备运行状态的查询及运行参数的统计模拟培训功能 实现对调度管理人员的操作培训牵引供电系统运行故障的智能处理功能 19 1 8远动系统性能指标一 可靠性1 定义设备在技术要求规定的工作条件下 能保证所规定的技术指标的能力 2 可靠性包括两个方面装置本身可靠性 信息传输的可靠性 3 每个设备可靠性平均无故障时间 MTBF 两次偶然故障的平均间隔时间 20 4 系统可靠性 系统可用率影响系统可用率因素 设备质量 维护检修情况 环境条件 电源供电可靠性及其备用的程度等5 传输可靠性 用信息的差错率表示 21 二 容量 容量 遥控 遥调 遥测和遥信等对象的数量 对电铁牵引远动系统 通常要求 遥控 64路遥测 32路遥信 128路 22 三 实时性 响应时间 从发送端事件发生到接收端正确接收到该信息的时间间隔 23 1 9根据TB10117 98铁路电力牵引供电远动系统技术规范 远动系统主要技术指标遥控命令传输时间 3s遥信命令传送时间 3s遥信分辩率 被控站 10ms遥测综合误差 1 5 双机自动切换到监控功能基本恢复时间 30s画面调用响应时间 3s控制站系统可用率 99 8 24 第二节远动系统调度主站系统2 1远动系统调度端硬件结构2 2远动系统调度端软件结构2 3远动系统监控系统的发展 25 2 1远动系统调度端硬件结构远动 SCADA 系统调度端 能完成远方操作及监视 能正确和及时地掌握每时每刻都在变化着的牵引供电系统设备运行情况 处理影响整个牵引供电系统正常运行的事故和异常情况 对所有数据进行分析 处理 存储及打印 以友好人机界面向调度员显示 转发其它系统共享 调度端是SCADA系统的指挥中心 是远动系统的重要组成部分之一 26 星型通道 远程维护MODEM 切换装置 服务器 GPS 以太网交换机 系统维护工作站 执行端RTU 供电段复示终端 UPS 大屏幕投影 服务器 磁带机 磁盘阵列 系统维护打印机 通信前置机 通信前置机 Web服务器 实时打印机 报表打印机 画面拷贝机 调度端 执行端 信道 复示终端 27 28 分布式配置特点 把各项功能进一步分散到多台计算机中去 由局域网络 localareanetwork LAN 将各台计算机连接起来计算机之间通过LAN交换数据 备用机也同样连接在局域网络上 并可随时承担同类故障机或预定的其他故障机的任务 信息共享 设备共享 在硬件接口和软件接口中都遵循一定的国际标准或工业标准 使不同厂家的产品容易互连 容易扩充 形成开放系统 opensystem 29 分布式调度端结构图 GPS 供电段复示终端 UPS 远程维护MODEM 切换装置 服务器1 以太网交换机 系统维护工作站 大屏幕投影 服务器2 磁带机 磁盘阵列 系统维护打印机 通信前置机1 通信前置机2 Web服务器 实时打印机 报表打印机 画面拷贝机 复示终端 调度员工作站1 2 调度员工作站1 1 信道 信息处理服务器方 信息输入输出通信处理 人机界面客户方 外设 30 特点 客户 服务器 C S 结构指网络中服务的提供方式 请求服务的一方叫客户方 提供服务的一方叫服务器方 数据集中管理 安全可靠和数据一致性强 多用户共享主机系统的数据资源和外设资源 共享资源能力强 降低了系统成本 31 集成应用能力强 用户需要的各种信息都可在客户机上得到 用户可通过客户机交互工作界面 直接处理从服务器及其它客户机得到的数据 并产生新的有用信息 组网灵活 客户机配置灵活 增减客户机节点非常方便 这些都可通过维护软件设定来完成 可靠性高 当某一客户机节点故障时 并不影响整个系统运行 32 浏览器 服务器 B S 模式将浏览器技术运用于SCADA系统 对扩大实时系统的应用范围 减少维护工作量传统的人机界面将保留 主要供调度员使用 管理部门的复示系统用标准浏览器通过Web访问服务器 实时监视整个系统的运行状态 现代调度端 C S模式与B S模式相结合 33 SCADA系统调度端主要设备 1 计算机设备及计算机网络服务器 WEB服务器 调度员工作站 维护工作站 分析员工作站 计算机网络设备 2 通信处理设备3 人机接口设备模拟屏 大屏幕显示器 4 不停电电源设备UPS 打印机等外设 34 服务器硬件 WINDOW服务器Linux服务器UNIX服务器服务器软件平台 UNIXWindowsServerLinux 35 工作站硬件 WINDOW工作站Linux工作站UNIX工作站工作站软件平台 UNIXWindowsXPLinux 36 通信前置机硬件平台工业控制计算机嵌入式硬件平台通信前置机软件平台实时多任务操作系统 QNX VxWorks Windows操作系统Linux操作系统 37 节约硬件资源 增加主机负担 扩展性差 一主一备 工作的机出现故障时 另一台对其进行接管 分布式方 1 N冗余备用 双机备用一台故障 另一台立即接管 通信前置机与主机 服务器 互联结构 38 服务器及通信前置机 主机房 39 用于生成 维护 修改 管理系统的实时数据库 历史数据库及用户画面 并定义 修改系统运行参数等 数据编辑器 重要工具软件之一 系统开发人员和维护工程师对数据库进行在线创建 增 删 改等 画面编辑器 对画面进行修改等 数据库界面生成管理 对实时运行数据库和历史数据库等进行管理 4 维护工作站 数据工作站 40 流水打印机 按时间顺序打印 报表打印机 定时或随机打印 模拟屏 系统状态同步显示等 不停电电源UPS系统 保证在停电状态下系统能保持运行30分钟 60分钟 GPS系统 保证调度端与执行端及各执行端时钟的一致性 便于故障分析和判断 5 调度端其余设备 41 调度端模拟屏 42 调度端2 2大屏幕显示器 43 2 2远动系统调度端软件结构 远动系统调度软件是指对在调度端系统运行的所有程序总称 一般分为系统软件 应用软件和数据库软件 系统软件 计算机中所使用的操作系统 面向计算机本身 不针对特定用户 具有一般性 支持软件 开发支持环境和数据库管理系统 DBMS 应用软件 在远动监控系统中特指为实现调度自动化功能设计的应用程序 面向用户 具有针对性 实现五遥 数据报表统计 记录事件分析等调度自动化管理各项功能 44 调度端软件结构图如图2 2 1所示 应用软件 数据处理 人机界面 支撑软件 数据库 开发平台 应用接口 系统软件 操作系统 硬件 计算机 网络 通信 接口 调度员 图2 3 1 调度端软件结构图 45 系统软件系统软件 指计算机中所使用的操作系统 操作系统 作为计算机的核心软件其处理管理对象是计算机的各种硬件资源 包括CPU 内存 外存 系统程序和数据文件等 重要性 是最基本的系统软件 是硬件机器的第一级扩充 46 2 调度端常用的操作系统 1 Windows操作系统WindowsNT Windows2000server Windows2003server Windows 2 UNIX操作系统最早的PDP 11机早期VAX机上的openVMS现在流行的硬件平台上SUN SolarisALPHA DEC COMPAQ HP DigitalUnix TRU64UnixIBM AIXHP HP UX 3 实时多任务操作系统 QNX VxVorks 47 3 调度端常用操作系统比较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PC或PC服务器 特点 操作直观 简便 对系统硬件要求低 但安全性欠缺 UNIX操作系统 字符界面 多用于基于RISC的小型机或服务器 特点 系统可靠性高 安全性强 开放性强 数据处理功能强 但操作不直观 对系统硬件要求高 维护较复杂实时多任务操作系统常用于对实时性要求较高的SCADA系统测控装置及通信装置 如RTOS QNX VxWorks等 48 指运行在操作系统之上的开发平台 数据库管理系统平台 是建立数据表格和形式的数据管理程序 可以进行显示 查询 修改和调用数据 支持软件 减少数据冗余度 实现数据资源共享 使数据具有独立性 提高应用程序的生命力 实现数据集中管理 提高安全性和完整性 数据库管理的目标 49 1 数据库管理系统 DBMS 常用的关系数据库管理系统有 MicrosoftSQLSERVER SYBASE Oracle等 关系数据库管理系统提供海量数据的存储 更新及查询 检索负责数据的存储 安全性 完整性 并发性 恢复和访问 关系数据库管理系统支持ODBC opendatabaseconnection 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 50 数据库在远动监控系统中的作用 远动监控系统的各项功能都是建立在数据库的基础上 数据库系统为所有的功能子系统提供数据接口数据库子系统的性能将大大影响远动监控系统的性能 51 2 远动监控系统调度端数据库类型实时数据库 用于实时数据的存储 对实时性要求高 一般保存在内存中 采用专用数据 历史数据管库 用于对历史数据的存储 一般采用商用数据库 52 实时数据库要求实时性 时限短必须保存在内存中高效性 频繁存取的数据关键性 为保证实时性的关键数据 53 实时数据库特性为了满足系统对实时响应时间的要求 实时数据库系统采用优化结构的自定义数据库 数据库访问高效快捷 并由实时数据库校验程序维护自身数据的一致性和正确性 54 实时数据库保存的信息实时数据库保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局数据 并对调度端客户机系统提供数据服务 实时数据库包括有画面显示数据库 系统运行参数库 遥测数据库 遥信数据库 对象库以及各种实时报表 记录库 55 历史数据库远动系统的实时数据可以按周期或按变化保存在历史库中 远动系统中除了保存数据库点的历史数据外 还可以保存外部事件 SOE 短期历史库 保存一段时间内的系统运行记录 因此其它典型应用是趋势曲线显示和过程回放长期历史库 大规模历史数据的长期存储通常基于商用数据库DBMS完成 用于具有统计意义的历史数据 56 应用软件在操作系统及支持软件之上完成SCADA系统特定功能的软件 主要包括服务器软件调度员工作站软件 通信前置机软件 维护工作站软件等 57 1 通信前置机软件 前置机处理程序 主要完成与站端设备或系统的通信 规约处理以及网络数据发送等功能 2 服务器软件 主要完成数据库访问 参数管理 数据计算和处理 内存和资源的分配等功能 并为其他模块提供实时数据访问接口 3 调度员工作站软件 人机界面监控程序 主要完成各种人机交互功能 包括数据 图形 曲线和各种事项 告警信息的显示和检索 以及接受操作人员的各种指令并下发等 58 4 维护工作站软件报表编辑软件 报表管理程序 绘制 编辑 打印和管理调度自动化常用的各种运行报表 如日报表 月报表 年报表等 并完成各种统计 计算功能 画面编辑软件 绘图工具 提供各种常用图元和编辑手段 绘制 编辑 管理各种监控图 接线图 主接线图 曲线 棒图等 并与实时数据直接关联 所见即所得 5 Web服务器软件在Intranet或Internet范围内提供基于实时数据和信息的WEB服务 59 调度端主要功能控制 1 单控单个对象的遥控操作 断路器 隔离开关的合闸 分闸 重合闸的投入 切除 2 程控若干单控操作的有序组合 以卡片的形式预先设定 3 复归 4 安全监控系统摄像头控制 60 监视各开关状态变位及保护出口监视 并形成事件记录 所内设备的非紧急故障信息 预告 及紧急故障信息 事故 的监视 形成事件记录并伴有音响提示 各进线 母线 馈线的电压 电流 功率等测量量各保护信号的监视 并形成事件记录 自检报告 事件报告 防灾报警系统信息的监视调度端通过监视器和模拟盘 大屏幕投影上的模拟开关的颜色来显示其状态 合闸为红色 分闸为绿色 61 当变电所设备或馈线发生故障时 把故障信息迅速地传递到控制中心显示 打印 同时启动音响报警 报警信号包含事故报警和预告报警两种 各种信息按不同颜色分类显示和打印 各种报表统计功能 62 培训该功能可以对操作人员 运行维护人员进行上岗前的模拟操作培训 进入模拟培训状态下 用软件模拟操作过程和操作结果 但不会对设备发送指令 口令级别设置操作员级 可进行遥控操作 调度管理工作 维护员级 可对数据库 画面等应用软件实现在线维护 系统员级 可对系统程序进行编程和修改 63 2 3远动系统监控系统的发展 调度自动化自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关 电力系统自动化发展到今天已经经历了四代 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统 这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统 广泛采用通用工作站 操作系统一般是通用的UNIX操作系统 64 第三代90年代按照开放的原则 基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统称为第三代 第四代系统的基础条件已经具备 新一代系统的主要特征是采用Internet技术 面向对象技术 神经网络技术以及JAVA技术等技术 继续扩大SCADA系统与其它系统的集成 综合安全经济运行以及商业化运营的需要 65 随着计算机技术 通信技术 网络技术的发展 牵引供电SCADA系统新的发展有以下几点 1 SCADA与其它系统的广泛集成SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源 为EMIS系统提供大量的实时数据 SCADA系统与EMIS系统互联为设备检修提供实时信息 有助于事故抢修及指挥 2 变电站综合自动化以RTU 微机保护装置为核心 将变电站的控制 信号 测量 计费等回路纳入计算机系统 取代传统的控制保护屏 能够降低变电站的占地面积和设备投资 提高二次系统的可靠性 66 3 专家系统 模糊决策 神经网络