RCS-9000综自系统培训讲义.ppt

0 综合自动化系统培训教程 1 综合自动化系统的构成原理2 综合自动化系统中的通讯技术 1 1 综合自动化系统的构成原理 本课程将介绍和探讨RCS 9000系列综合自动化系统的结构 功能和工作原理 帮助学员从总体上把握和理解综合自动化系统的构成原理和实现方法 2 1 1变电站监控系统的作用 监控系统的作用大致包含4个方面 为运行人员提供反映变电站运行状态的实时信息 为调度人员提供反映变电站运行状态的远动信息 为保护人员提供反映事故过程的历史信息 为维护人员提供反映自动化设备运行状态的状态信息 3 1 2早期的变电站监控系统 4 1 3现代的变电站综合自动化系统 综合自动化系统就是借助于通讯技术 将变电站内以微机保护为主体的一系列智能装置所提供的信息综合起来所构成的保护监控一体化系统 综合自动化系统的概念是在微机保护在变电站得到广泛应用的背景下提出来的 由于微机保护装置除了具备强大的保护功能外 还具备强大的数据采集功能和通讯功能 因此 如果能够将微机保护的数据采集功能充分利用起来 不但有助于降低监控系统的造价 而且还有助于提高变电站运行的自动化水平 5 综合自动化站与传统变电站的差别 系统构架不同传统变电站 保护与监控完全分开 两者界面清晰 仅通过硬节点发生联系 综合自动化站 保护与监控相互交融 没有明显的界面 信号的输入 输出途径不同传统变电站 监控系统配备专门的输入 输出通道 信号的输入 输出完全由自己掌控 综合自动化站 监控系统没有专门的输入 输出通道 信号的输入 输出通道配置在保护装置和测控装置上 监控系统要取得信息或对外操作必须借道上述装置 通讯成了构成系统的重要纽带 6 综合自动化系统的关键技术 综合自动化系统涉及两项关键技术 通讯技术 以太网通讯技术 现场总线通讯技术 通用通讯接口技术 RS232 RS485 远动通讯技术 载波通讯 光纤通讯 网路通讯 通讯规约 后台监控技术 窗口式操作系统 Windows Unix 分布式数据库管理软件 后台监控系统功能维护软件 后台监控系统实时监控软件 7 综合自动化系统的发展过程 变电站综合自动化系统的发展经历了两个阶段第一阶段 上世纪90年代中期 主要是以110KV及以下电压等级的变电站为对象开发出了星型结构的综合自动化系统 第二阶段 本世纪初 主要是以220KV及以上电压等级的变电站为对象开发出了总线结构的综合自动化系统 8 星型结构综自系统 9 总线结构综自系统 10 二次设备的配置及其在综自系统中所承担的功能 11 1 4RCS 9600综合自动化系统 RCS 9600综合自动化系统是以RCS 9698总控单元为核心构成的星型结构的综合自动化系统 是我公司的第一代产品 主要应用对象为110KV及以下电压等级的中小规模变电站 12 1 4 1RCS 9600综自系统结构 13 1 4 2RCS9600系统中的时钟同步问题 RCS 9600综自系统中时钟同步的作用 解决由分散的智能装置采集的遥信变位信号时标的一致性问题 为事故分析提供准确的信号动作顺序信息 BWYX 不带时标的遥信变位信息 用于实时监控 SOE 带时标的遥信变位信息 用于事故分析 时钟同步的目标 各装置的时钟误差 3mS时钟同步方案 以通讯报文对时法实现年 月 日 时 分 秒的对时 以秒脉冲对时法实现装置毫秒的同步 14 秒脉冲对时原理 15 1 4 3RCS 9698总控单元 RCS 9698总控单元是RCS 9600综合自动化系统的核心部件 它由9698A 9698B两个型号构成 9698A为单机配置方案 9698B为双机配置方案 16 RCS9698总控单元的功能 与间隔层设备通讯 收集实时信息 建立整站数据库 对信号进行合成处理 向后台监控系统转发实时信息 向调度转发远动信息 实现VQC功能 实现小电流接地选线功能 实现对时和系统时钟同步功能 17 RCS9698A总控单元装置与插件 18 RCS9698A总控单元的硬件结构 19 RCS9698B总控单元装置与插件 20 RCS9698B总控单元的硬件结构 21 1 4 4RCS 9600综自系统的工程配置 RCS9698A B总控单元的组态与配置 组态工具包软件使用介绍演示 RCS9600后台监控系统的组态与配置 后台监控系统的系统工具使用介绍演示 22 1 5RCS 9700综合自动化系统 RCS 9700综合自动化系统是以以太网为核心构架构成的总线结构的综合自动化系统 是我公司的新一代产品 主要应用对象为220KV及以上电压等级的大规模变电站 同时又推广到110KV及以下电压等级的中 小规模变电站和发电厂网控系统 NCS 发电厂电气监控 ECS 系统 23 1 5 1220KV以上变电站的RCS9700系统 方案1 24 220KV以上变电站的RCS9700系统 方案2 25 1 5 2110KV变电站的RCS9700系统 方案1 26 110KV变电站的RCS9700系统 方案2 27 1 5 3用于发电厂电气监控的RCS9700系统 发电厂电气监控系统实际上是RCS9700系统在发电厂的推广和应用 根据监控对象的不同 分别有RCS 9700NCS系统和RCS 9700ECS系统两种类型的系统 NCS系统的监控对象为发电厂高压电气网络 ECS系统的监控对象为发电厂低压电气设备 RCS 9700NCS系统相当于在RCS9700变电站综自系统功能基础上增加AGC和AVC功能 RCS 9700ECS系统相当于在RCS9700变电站综自系统功能基础上增加到DCS系统的通讯接口 根据各用户系统的要求 该通讯接口有多种实现方案 下文将给出三种方案的系统结构图 28 RCS 9700NCS系统结构图 29 RCS 9700NCS系统的AGC功能 30 RCS 9700NCS系统的AVC功能 31 RCS 9700ECS系统结构图1 32 RCS 9700ECS系统结构图2 33 RCS 9700ECS系统结构图3 34 1 5 4RCS9700系统中的时钟同步问题 RCS 9700综自系统中时钟同步的作用 解决由分散的智能装置采集的遥信变位信号时标的一致性问题 为事故分析提供准确的信号动作顺序信息 BWYX 不带时标的遥信变位信息 用于实时监控 SOE 带时标的遥信变位信息 用于事故分析 时钟同步的目标 各装置的时钟误差 3mS两种时钟同步方案 基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案基于IRIG B码对时的时钟同步方案 35 基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案 通讯报文对时法是比较常见的一种对时方法 但由于对时报文传输的延时和装置响应对时报文的不同步 造成对时精度只能做到秒级 毫秒级的对时必须通过秒脉冲对时法来解决 秒脉冲对时也叫硬件对时 它借助于GPS装置在每个整秒时刻发出的秒脉冲信号的上升沿去中断各装置的CPU进行毫秒计数器同步 36 秒脉冲对时原理 37 基于IRIG B码对时的时钟同步方案 GPS装置与卫星对上时以后 通过RS232 RS485或RS422通讯口向外发送一种叫做 B码 的对时信息 分散的智能装置通过接受和解读 B码 对时信息中所携带的 时钟信息 和 秒起始信息 来实现时钟同步 38 IRIG B码对时的原理 GPS将1秒时宽等分100份 每份时宽为10ms称作一个码元 将日 时 分 秒及秒起始信息通过这100个码元传到需要对时的装置上 每秒钟传送一次 装置通过解读这些码元所衔带的时钟信息 达到时钟同步的目的 每个码元携带一个脉冲 通过脉冲宽度表示不同的信息 2ms宽度代表二进制数 0 5ms宽度代表二进制数 1 8ms宽度代表 位置识别标志 每10个码元包含1个 位置识别标志 连续出现2个 位置识别标志 代表1个整秒的开始 随后的码元分别表示秒 分 时 日的数值 其中秒7位 分7位 时6位 日10位 之后是控制码 B码对时信息可通过多种通讯接口进行传送 RS232 RS485 RS422等等 39 IRIG B对时码实例 40 1 5 5RCS9700系统中的信息交换原理 RCS9700系统的网络连接图以太网系统中各设备之间的信息交换模型不同通信网络之间的信息转换原理以太网系统中的客户机 服务器信息交换方式后台监控系统中各设备之间的信息交换 41 RCS9700系统的网络连接图 42 以太网系统中各设备之间的信息交换模型 43 不同通信网络之间的信息转换原理 44 以太网系统中的客户机 服务器信息交换方式 45 后台监控系统中各设备之间的信息交换 46 RCS9700系统中各装置的地址 1 网络103规约报文寻址报文寻址 站点IP地址 装置网络地址2 IP地址地址掩码为 255 255 0 0同一网段 第1第2段相同 第3第4段的变化范围为0 655353 RCS9700C型装置装置地址范围 1 65534装置网络地址 装置地址站点IP地址第3段 装置地址 256 站点IP地址第4段 装置地址 IP地址第3段 2564 RCS9700B型装置装置地址范围 1 65534装置网络地址 装置地址站点IP地址 网关IP地址5 RCS9600A型装置 RS485 232接口装置装置地址范围 1 254管理机地址 0 255装置网络地址 管理机地址 256 装置地址站点IP地址 管理机IP地址 47 RCS9782智能网关IP地址设置 RCS9782网关一般成对出现 每个网关占2个IP地址 同一网关的两个IP地址分别为 198 120 0 X1198 121 0 X0X1 X0由拨码开关的位置决定 开关1 2 3 4分别对应二进制的D0 D1 D2 D3 ON 1 OFF 0 X1 X0 1 X1为主网关的第4段IP地址 X0为备网关的第4段IP地址 48 1 5 6RCS9700系统中的规约转换器 RCS9794的应用连接图RCS9794装置与插件RCS9794的组态与配置 49 RCS9794的应用连接图 50 RCS9794装置与插件 51 RCS9794的组态与配置 RCS9794装置出厂时是一台标准配置的通讯装置 为了使它变成一台能满足具体变电站要求的规约转换器 必须对它进行组态与配置 下面通过一个具体实例介绍RCS9794规约转换器的配置过程和配置方法 RCS9793组态工具软件使用介绍演示 52 1 5 7RCS9700系统中的远动工作站 远动工作站的功能远动工作站的设备型号工控机型远动工作站RCS 9698C的装置与插件RCS 9698C的硬件结构RCS 9698D的装置与插件RCS 9698D的硬件结构RCS 9698C D的组态与配置RCS9698E F综合通讯装置 53 远动工作站的功能 与站内智能设备通讯搜集实时信息 根据需要对信号进行合成处理 按给定的通讯规约与调度通讯 54 远动工作站的设备型号 工控机型远动工作站 由工控型PC机加RCS9789通道切换装置构成 装置型远动工作站 有RCS9698C和RCS9698D两种型号 RCS9698C为单机配置远动工作站 RCS9698D为双机配置远动工作站 55 工控机型远动工作站 56 RCS 9698C的装置与插件 57 RCS 9698C的硬件结构 58 RCS 9698D的装置与插件 59 RCS 9698D的硬件结构 60 RCS9698C D的组态与配置 RCS9698C D装置出厂时是一台标准配置的通讯装置 为了使它变成一台能满足具体变电站要求的远动工作站 必须对它进行组态与配置 下面通过一个具体实例介绍RCS9698C D远动工作站的配置过程和配置方法 RCS9698C D组态工具软件使用介绍演示 61 RCS9698E F综合通讯装置 RCS9698E F综合通讯装置是针对110KV以下电压等级的变电站自动化系统小规模 低成本的需要开发的一种综合性的通讯装置 RCS9698E F通讯装置综合了RCS9700系统中由RCS9698C D RCS9794 RCS9781等多台装置共同完成的功能 简化了系统结构 降低了系统造价 62 RCS 9698E的装置与插件 63 RCS 9698F的装置与插件 64 RCS 9698F的双CPU结构 65 1 5 8RCS 9700综自系统的间隔层联锁功能 RCS9700测控装置具有独立的逻辑闭锁模块 既可以控制遥控命令的执行 也可以控制独立的硬件闭锁模件上的闭锁继电器的输出 从而控制连接到继电器上的操作是否被允许 条件变量可以是本地的 也可以是远方的 测控装置运行后 联锁逻辑中的远方变量通过网络进行注册 当远方变量发生变化时 该变量的拥有者根据其注册表中的信息在通信网上发布信息 保证各测控装置的远方变量得到实时刷新 变量的拥有者还定时发送该远方变量 保证输入变量状态的正确性 测控装置根据当地变量和远方变量 计算出逻辑结果进行控制 66 1 5 9RCS 9700综自系统的顺序控制功能 顺序控制就是通过一个操作命令完成一张操作票所涉及的多步操作 如出线开关由冷备用态转热备用态 进线开关由运行态转冷备用态等等 顺序控制有单间隔顺控和跨间隔顺控 单间隔顺控由测控装置独立完成 可将某间隔的所有操作票做成一个配置文件驻留在测控装置中 让每一张操作票都与一个虚遥控通道号相对应 通过向装置发不同的虚遥控命令来执行不同的操作票 跨间隔顺控由远动机 后台机和测控装置共同完成 测控装置完成单间隔顺控 远动机 后台机负责跨间隔顺控操作票的分解 67 1 5 10RCS 9700综自系统的后台监控功能 RCS9700综自系统的后台监控系统有WINDOWS和UNIX两个版本 相应的硬件平台为高性能的PC机和工作站 后台监控系统的功能 系统建立与维护功能 实时监控功能 与保护相关的功能 系统建立与维护功能 画面编辑与维护 数据库编辑与维护 实时报表编辑与维护 操作权限设置 实时监控功能 实时数据的采集 处理 统计 计算 过程监视与报警 远方操作 与保护相关的功能 保护定值的设置与修改 保护信息的处理与统计 故障波形的分析功能 68 过程监视画面 69 保护装置的定值 查询保护定值 70 波形记录和分析 71 2 综合自动化系统中的通讯技术 通讯技术是综合自动化系统的关键技术 在综合自动化系统的安装 调试和运行维护过程中 通讯问题解决得好坏 关系到系统运行的稳定性和可靠性 下面先介绍一下通讯系统的构成 然后对综合自动化系统中常用的几种通讯接口标准的工作原理 技术特点 使用方法等进行介绍和探讨 72 2 1通讯系统的构成 73 通讯规约模型 74 电力系统常用通讯规约 按规约来源分 国际标准规约 国内标准规约 企业标准规约 按规约用途分 远动规约 保护规约 电度表规约 智能设备互连规约 远动规约 101规约 104规约 CDT规约 SCI1801规约 4F规约 保护规约 103规约 61850规约 LFP规约 电度表规约 IEC102规约 部颁电度表规约 威盛电度表规约 智能设备互连规约 MODBUS规约 保护规约 远动规约 企业自定义规约 75 2 2综自系统常用的通讯接口标准 综自系统常用的通讯接口标准主要有 通用串行通讯接口 现场总线 以太网 通用串行通讯接口 RS232 RS485 RS422 现场总线 WorldFip CanBus LonWork以太网 双绞线以太网 光纤以太网 同轴电缆以太网 76 2 2 1RS232通讯接口标准 77 RS232接口在使用中存在的不足及改进措施 78 2 2 2RS485通讯接口标准 79 RS485通讯接口使用情况分析 80 RS485接口在使用中存在的不足及改进措施 81 2 2 3WorldFIP现场总线技术 WorldFIP现场总线技术产生的背景WorldFIP现场总线的特点WorldFIP现场总线的工作原理WorldFIP现场总线的接线方法 82 WorldFIP现场总线技术产生的背景 WorldFIP现场总线起源于法国 符合欧洲现场总线标准 是专门为工业现场仪表的数据传送所设计的一种高速通讯网络 它在能源 交通 运输 自动化等工业领域中得到了广泛的应用 我国的广东岭澳核电站 上海地铁 军粮城电厂等大型引进项目中都使用了这种现场总线 欧洲核子研究中心耗资数十亿美元的世界上能量最高的大型强子对撞机也选定WorldFip作为工程标准总线之一 83 WorldFIP现场总线的特点 1 通信速率高 距离长WorldFIP现场总线以工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质 双绞线方式有31 25kbps 1Mbps及2 5Mbps三种标准速率 相对应的最大通信距离分别为5km 1km和500m 通过网络中继器 总线可分别扩展到20km 5km 2km 2 通信效率高 实时性强一般来说单帧报文长度越长 通讯的传输效率就越高 WorldFIP现场总线支持的最大报文长度可达128字节变和256字节 其通信效率最大可以达到88 99 为了提高通讯的实时性 WorldFIP现场总线采用令牌方式调度各子站对传输介质的访问 各子站的数据可以在预先确定的时间内在网络上传输 由于不存在介质访问冲突问题 非常适合于对于传输时间具有严格要求的场合 如各种分散式控制系统 分散式数据采集系统等 84 WorldFIP现场总线的特点 3 通讯可靠性高报文自带CRC校验功能 由通信控制器直接实现数据校验功能 报文不可检错概率小 据统计采用1Mbps速率 其误码在20年中不会超过一帧 通信控制器直接支持介质冗余 连接两路独立的传输介质 在双介质运行时 两路介质相互热备用 当某一介质发生断线 短路等故障而造成通信中断时 通信控制器会自动将通信数据无缝切换到另一条无故障介质上 并能保证数据的完整性及正确性 不需要应用程序的干预 极大地增强了通信可靠性 4 通讯接口不易损坏WorldFIP现场总线采用变压器隔离技术 具有良好的抗电磁干扰能力 在强干扰下通讯接口不易损坏 85 WorldFIP现场总线的工作原理 86 WorldFIP现场总线的工作原理 3 提高通讯实时性的措施将信息分为 变量 和 消息 两类 变量采用周期性方式传送 保证实时性 传送周期可根据需要设置 消息采用非周期性的请求方式 利用周期性传送结束以后的空余时间进行传送 4 RCS 9700系统的应用原则将四遥数据 遥测 遥信 遥控 遥调 SOE 联锁数据等对时效性要求高的信息采用变量机制传送 将网络诊断信息 配置信息等对时效性要求不高的信息采用消息机制传送 87 WorldFIP现场总线的接线方法 88 2 2 4以太网通讯技术 局域网 以太网和Internet网早期的以太网现代快速以太网以太网通讯协议与OSI体系协议以太网协议的实现过程100M高速以太网网线标准双绞线以太网网线的制作 89 局域网 以太网和Internet网 90 早期的以太网 91 现代快速以太网 92 网络交换器的工作原理 93 以太网通讯协议与OSI体系协议 94 以太网协议的实现过程 95 100M高速以太网网线标准 100Base TX物理介质采用5类以上双绞线网段长度最多100米100Base FX物理介质采用单模光纤 网段长度可达10公里物理介质采用多模光纤 网段长度最多2000米 96 双绞线以太网网线的制作 直连网线交叉网线 Side1 Side2 Side1 12345678 12345678 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 Side2 Side1 Side2 Side1 12345678 12345678 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 1 白 橙2 橙3 白 绿4 蓝5 白 蓝6 绿7 白 棕8 棕 1 白 绿2 绿3 白 橙4 蓝5 白 蓝6 橙7 白 棕8 棕 97 2 3IEC60870 5 103通讯规约简介 IEC60870 5 103规约通讯报文举例IEC60870 5 103规约的通讯模型IEC60870 5 103规约的物理层IEC60870 5 103规约的链路层IEC60870 5 103规约的应用层 98 IEC60870 5 103规约通讯报文举例 99 IEC60870 5 103规约的通讯模型 100 IEC60870 5 103规约的物理层 通讯接口 光纤 RS 485通讯方式 异步通讯通讯字符定义 一位起动位 八位信息位 一位偶校验位 一位停止位 最高通讯速率 19200bit s 101 IEC60870 5 103规约的链路层 102 IEC60870 5 103规约的应用层 IEC60870 5 103规约的应用服务数据单元 ASDU 遥测 遥信量的表示方法用于遥测 遥信量的ASDU通用分类服务的信息表示方法通用分类服务的信息访问功能 103 IEC60870 5 103规约的应用服务数据单元 ASDU 104 IEC61850中的信息标识 信息标识的三项内容 A