第2章 牵引供电微机监控系统功能及组成原理.ppt

第二章微机监控系统功能及组成原理 2 1微机监控系统概述2 2微机监控中心组成原理及功能2 3远方控制终端的功能及组成原理 本章学习目标 l微机监控系统的结构及组成l微机监控中心的构成及配置l微机监控中心的功能l远方控制终端的构成及配置l远方控制终端实现的功能 返回本章首页 2 1微机监控系统概述 电气化铁道微机监控系统基本结构 系统主要由三大部分组成 监控中心 又称调度中心 远方终端 简称RTU 信息传输通道系统配置示意图如图所示 图2 1微机监控系统结构示意图 2 1微机监控系统概述 微机监控系统包括 1 监控中心微机监控中心是微机监控系统的调度指挥中心 实施对全线牵引变电所 分区亭 开闭所供电设备的监视控制和数据采集以及对接触网电动开关设备运行状态的监视控制 完成变电所事故分析和维护维修调度管理等等 微机监控中心设备应采用经验成熟 性能先进 质量稳定的产品 系统的硬件和软件设计应充分考虑可靠性 可维修性和可扩性 具备故障诊断 在线修改功能 2 1微机监控系统概述 2 远动终端RTU远动终端RTU安装于各变电所 分区亭 开闭所内 具体实现与现场设备的连接 操作输出接口 信号采集接口 电量数据采集接口 3 传输信道微机监控系统中的信息传输通道主要是传输和交换监控中心与远方终端RTU间的操作命令及遥测量 遥信量等信息 因此要求数据通信具有较强的实时性 较高的可靠性 可用性及可维护性 2 2微机监控中心的组成原理及功能 2 2 1微机监控中心的结构及组成2 2 2微机监控中心的配置2 2 3微机监控中心的功能 图2 2微机监控中心结构框图 2 2 1微机监控中心的结构及组成 2 2 1微机监控中心的结构及组成 微机监控中心以主机为核心 通过网络与操作工作站 数据工作站 前置通信机等设备进行数据交换 并对各设备工作状态进行监视管理 主机 数据工作站 操作工作站 前置通信机配以相应的操作系统和监控应用软件 充分利用外设及数据资源 实现遥控 遥信 遥测 遥调等功能及数据报表统计 记录事故分析等调度自动化管理功能 2 2 2微机监控中心的配置 2 2 2 1主机系统2 2 2 2通讯前置机2 2 2 3操作工作站2 2 2 4维护工作站2 2 2 5模拟盘 大屏幕投影仪2 2 2 6其它外围设备 2 2 2微机监控中心的配置 微机监控中心主要由冗余配置的双主机服务器 调度员操作工作站 通信前置处理机 数据维护工作站 维护工程师终端 大屏幕模拟屏 流水打印机 报表打印机 电源系统及配电盘等等构成 系统采用开放的全分布式网络结构和面向对象的设计思想 系统的各项功能可分布到不同的计算机上完成 系统多采用双网 双前置 双服务器和多台工作站系统方案 前置机 服务器和网络均采用热备工作方式 同时调度工作站的全部功能也能热备份 随着用户发展需要 系统应具有扩展性 图2 3微机监控中心设备配置图 2 2 2微机监控中心的配置 冗余配置的目的是提高系统的可靠性 冗余配置的设备可有冷备用和热备用两种备用方式 冷备用是指备用设备处于待机状态 热备用是指设备处于热机状态 一旦检测到主用设备故障 则立即切换 投入系统使用 2 2 2 1主机系统采用双重配置 冗余结构 互为热备用状态 两套系统服务器通过网络适配器同时接收或发送网上数据 具有相同功能 但仅在线机具备数据流控制及管理功能 主 备后台处理机支持数据校验以保证完整一致的数据库 同时提供对双机工作状态的在线检测 主机系统 也称为主服务器系统 主要用于数据和网络服务及定时任务管理 进行数据后台处理 管理实时数据和部分数据 负责网上节点的资源的分配 管理和网络信息交换 进行网络信息汇总 组织和派发 为维护工作站 操作工作站提供数据 2 2 2 2通讯前置机的功能采用工业控制计算机 双重配置 冗余结构 互为热备用 通过以太网络适配卡与网络交换机相连 两套通信处理机采用主 备工作方式 实时监视主 备工作状态 同时具备自动 手动切换功能 具有很强的抗干扰能力和一定的容错能力 通讯前置机是连接监控中心与远方控制终端的信息纽带 通信前置机负责对远方控制终端的数据进行采集 2 2 2 3操作工作站操作工作站是实施调度作业的人机界面 并集中反映调度意图和效果 监视牵引供电设备运营状态 调度员工作站用于调度员的控制操作及对牵引供电系统的实时监视 并完成对所辖的牵引供电系统调度管理 各调度员工作站采用双重设置 调度员工作站具备系统维护功能 主要用于完成整个系统数据库的建立及修改 画面建立及修改 报表生成 以标准数据库格式完成历史数据库的管理 系统运行参数的定义 修改及系统程序的维护和开发等 此外 还具有对系统运行状态 包括信道 控制站及被控站设备工作情况 的实时监视 对重要工况参数进行实时打印 以及可以查看系统的各类历史记录数据 查看安全视频监控系统的内容等等 2 2 2 4维护工作站系统维护工作站用于生成 修改和管理系统实时数据库 历史数据库及用户画面 定义 修改系统运行参数和维护 开发系统程序等 同时 该工作站完成对系统运行状态的监视 并对重要工况参数进行实时打印以及可以查看系统的各类历史记录数据等 系统对数据库及用户画面 系统运行参数的修改 定义 可在线随时进行 修改时不会影响系统的正常运行 系统数据库 历史库及画面的修改均采用无需编程的人机对话方式 另外 系统维护工作站还具备模拟仿真和模拟培训功能 系统维护工作站与调度员工作站的软硬件配置及功能定义基本相同 系统维护工作站可与任意调度员工作站互换 成为调度员工作站设备的备用设备 以解决某些特殊情况 2 2 2 5模拟盘 大屏幕投影仪模拟屏用于对远方控制终端设备状态的同步显示并有音响报警 闪光报警 接触网带电显示 时钟及安全天数显示等 大屏幕投影仪采用背投方式 由投影体 专用图象处理器 相应投影墙应用管理系统组成 投影设备直接与各调度台的两台计算机相连 屏幕显示内容与其中一台计算机相对应 两台计算机可通过遥控器或手动进行切换 2 2 2 6其它外围设备调度台配备一台实时数据打印机 实时数据打印机主要用于调度员操作记录 故障报警 事件顺序记录 遥测量越限记录及故障点参数等 调度台配备一台报表打印机 报表打印机则主要用于对数据管理的报表打印等 监控中心系统提供复示数据转发接口设备 实现控制中心向供电段复示终端的实时数据转发 接口设备满足数据传输的安全性 可靠性 简洁性和高效性的要求 数据传输规约对用户完全开放 接口的物理特性及电气特性满足国际通用性及标准化的要求 为保证计算机系统的长期稳定运行 不受来自电源的所有干扰及停电影响 避免出现数据处理错误 文件丢失 部件损坏及停机等危险 并提供一定时间的事故照明 监控中心的供电方式采用了两路进线 具有主备电源自动切换功能 各输入 输出回路具有过负荷自动跳闸功能 当一路电源失压时 另一路可自动切换顶上 当两路交流输入电源同时发生故障时 UPS自动投入供电 2 2 3 1操作控制功能2 2 3 2信息处理 显示功能2 2 3 3供电系统运行情况的数据归档和统计报表功能2 2 3 4用户画面2 2 3 5信息打印功能2 2 3 6其它功能 2 2 3微机监控中心的功能 2 2 3 1操作控制功能单控分两步进行 第一步 首先调出被控站的主接线图 选择控制对象 若选择成功 所选对象闪烁 若选择失败 亦在显示器上给出提示 只有当选择成功后 方可进行后续操作 第二步 在被选中对象后 发出执行命令 若遥控成功 显示器上开关状态刷新 并有打印记录 若执行失败 则显示器上开关恢复原状态显示 并有打印记录 程控 程序控制就其执行过程而言与单控相似 它是若干单控的组合形式 显示打印类似单控 程控执行步骤分为两步进行 第一步 选择程控对象 被选择中的程控项符号闪烁 同时在显示器上显示确认信息 第二步 在发出执行命令后 显示器给出程控细目内容 同时显示被控对象的选择 执行结果 并打印结果 如果此时被控站发生故障或程控中某个控制失败 程控应被自动中止 并给出提示信息 程控内容具有逻辑判断功能 当预先设置的条件不满足要求时 程控应停止执行 并给出提示信息 控制闭锁 系统具有控制闭锁功能 具体要是 当现场供电设备故障时 引起相应开关跳闸 则此开关控制命令的操作被自动闭锁 遥控试验 在显示器上设置遥控试验对象 各被控站控制信号盘内设置模拟试验开关 遥控试验操作过程与单控操作过程相同 2 2 3 2信息处理 显示功能正常运行状态各被控站主控单元将各种信息实时地传递到控制中心 实现控制中心通过显示器和模拟屏对各远方控制终端供电设备运行状态的监视 模拟开关状态的显示颜色 合闸为红色 分闸为绿色 报警信息处理当被控站发生事故和预告警时 系统应发出音响报警 且两者音响具有不同频率 此外还有灯光显示和打印记录 事故 1 当事故发生时 在显示器显示故障站名 自动调出故障所在的变电所主接线画面 相应的自动变位模拟开关闪烁 同时在故障细目画面显示事故内容 内容包括 故障发生地点 对象 性质 时间等 2 模拟盘上相应的站名灯 故障信号灯及变位模拟开关指示灯闪烁 3 当控制中心接收到事故信号 发出音响报警 预告 1 当某站发出预告信号时 在显示器上显示详细预告内容 包括站名 对象 性质 发生时间等 2 模拟盘的站名灯 预告信号灯也闪烁 3 当控制中心接收到预告信号 发出音响报警警报处理提示当警报发生后 操作员可调出警报类型画面 判断警报情况 然后调出警报处理一般原则内容画面 对操作员进行警报处理指导 此提示内容可通过软件进行增改 2 2 3 3供电系统运行情况的数据归档和统计报表功能分类保存操作信息 报警 事故 预告 信息的历史记录 以便进行查询和故障分析 实现测量数据的日报 月报的统计报表 可进行定时和随时打印 数据处理主要内容 各种开关操作记录 各种故障记录 统计报表记录 遥测量超限监视 当日最大负荷 最高 最低电压 电流出现时间的统计 电流电压 电度量等曲线的显示可以根据不同的时间要求进行时间分隔显示 以便观察电流 电压 电度量在不同时间的变化情况 开关动作次数统计 主变电站谐波检测 感性无功和容性无功测量 2 2 3 4用户画面监控中心配置动态显示的供电系统图 监控系统图 变电所主接线 记录 报警 接触网供电分段示意图 程控画面 遥测曲线画面 包括电流 电压 有功功率 无功功率的趋势曲线 电度量直方图等用户画面 用户画面种类 供电系统示意图 供电设施分布示意图 微机监控系统构成示意图 包括监控中心设备 远方终端设备 通道等在内的监控系统配置情况及各设备运行状态等信息 各变电所主接线和接触网线路图等等 根据要求主接线图上应包含电流 电压 功率等显示内容 画面中包括 日报报表 月报报表 年报报表 分别用表格的形式显示一天 月 年 内的有功电度量和无功电度量及依此计算出的功率因数 报表以表格形式 显示出运行各电量数据当日 月 年 出现的最大值和最小值 电压值 及出现的时间 及过负荷情况 越 复限统计报表 以表格形式 显示出各模拟量当天越 复限出现的起始时间 结束时间及峰值 谷值 操作记录报表 以表格形式显示出操作员所进行的操作时间 结果 警报细目画面 用于事件发生后 操作员对事件进行处理 警报细目画面应包括各被控站内警报细目和全系统警报细目 并可分别按时间 对象 性质进行检索 2 2 3 5信息打印功能所有操作 警报 报表信息均可根据需要在打印机上打印出来 当不需要打印 打印机关机或故障时 各种信息应自动保存在硬盘的指定目录内 2 2 3 6其它功能系统具有在线对应用软件维护修改功能 当数据库或用户画面由于某些原因发生数据变化或显示有误 维护人员可以调出数据库定义程序或画面编辑程序 对有关内容进行在线修改调整 当系统需增扩一些对象时 维护操作人员可根据数据库及画面编辑原则 对系统进行在线扩容 2 3远方控制终端功能及组成原理 2 3 1远方控制终端的组成原理2 3 2远方控制终端的功能 2 3 1远方控制终端的组成原理 远方控制终端RTU系统采用分散 分层 分布式系统结构 完成对变电所控制 监视 测量 所内自动化管理及远程通信等功能 RTU主要接收控制中心的命令 完成变电所遥控 遥信 遥测等功能 RTU机柜内配置总控单元 实现命令组装 转发 控制 采集单元实现控制出口和信号采集 图2 4远方控制终端RTU结构框图 远方控制终端RTU的结构由三部分组成 总控单元 输入 输出接口单元 现场局域网 输入 输出接口单元 又称间隔层设备 完成控制 数据采集功能 总控单元通过现场局域网完成对所内间隔层设备的综合管理 主监控单元配置主监控单元是远方控制终端的通信枢纽 它是整个变电所的信息综合点 它连接着不同的智能设备 控制中心 协调这些设备间数据 命令交换 主监控单元收集来自现场不同类型的实时数据 以不同的通信规约通过不同的通信媒介向控制中心 同时 它也接收来自控制中心的命令 转发至相应的智能设备 一旦主监控单元出现故障 整个微机监控系统将失去联系 为保证系统的可靠性 主监控单元可以采用不同的配置方案 系统网络采用单网结构 每个间隔层设备通过一个串口或网口上网 实现与主监控单元通信 所有数据传输及时钟对时等功能由同一个网络完成 考虑到通信可靠性 该网络可以采用灵活的组网结构 按功能或单元种类分群 将星形与总线形结合起来 达到可靠性 实时性及简化网络结构的最佳效果 智能控制单元的配置智能控制单元设备 又称输入 输出接口单元 包括控制输出 遥信采集输入 遥测采集输入等单元 实现信号采集 电量测量和开关控制等功能 并能发送测量和采集信息 接收控制命令 是整个系统与一 二次设备接口的主要设备 远方控制终端RTU的设计原则 远方控制终端RTU采用面向对象的设计思想 采用分散 分层 分布式结构设计原则 具有组屏灵活 扩展方便等优点 各单元可集中组屏 也可分散设置 适用于各等级变电所的控制与数据采集 远方控制终端RTU采用多处理器分散式原则设计 具有较强的扩展性和灵活性 使得各CPU负载均衡合理 既充分发挥每个CPU的处理能力 又不使负载过重 充分满足系统实时性和可靠性的要求 系统级设计 单元级设计 模板级设计都贯穿高可靠性的设计要求 采用具有高可靠性的进口接插件 彻底消除接触不良的隐患 系统软件是基于标准化思想专门设计的 采用实时多任务操作系统 软件结构更加合理 便于用户理解 系统软件的通用性很强 用户可方便地对其数据库进行修改 现场局域网适应现场通信不同的接口要求 支持RS 232 RS 485 CANBUS LONWORK 以太等接口 提供多个串行接口 提供与微机控制中心的通信和现场供电设备的通信 RTU的通信网 与监控中心连接的通信网 冗余配