微机后台监控 PPT课件

电力系统监控培训 2014 12 1 第一章 监控系统组成 一个完整的监控系统分主控层 网络层 间隔层三部分 主控层设备有监控计算机 打印机 语音报警系统 五防系统 UPS电源 MODEL等与监控系统配套的设备 网络层主要是连接通讯的通讯线 光纤线 通讯服务器 RS485转换器等 间隔层主要是各种要通讯的设备 如综保 电表 PLC 励磁装置等 2 远方调度 UPS 通讯管理器 保护装置 电表 其它装置 打印机 监控机 五防系统 监控系统示意图 变电站层 通讯层 间隔层 3 1 间隔层 在电力系统自动化中 保护一般采用集中组屏 综保称为保护间隔 故称为间隔层 在火电 水电等供电系统中 除了综保外还有励磁装置 PLC 油气水等 这些设备安装在现场 也称为现地层 在监控系统中 与间隔层设备用通讯线连接 要连接装置都带有通讯口 4 1 1 智能设备通讯接口 间隔层的智能设备 下位机 的通讯接口有两种 一种是串行接口 一种是网络接口 串口总线一般采用端子 DB9 或网络接口形式 其中RS485为二线制 RS232为三线制 RS422为四线制 CAN总线采用双绞线时为四线制 网络接口时只使用4根线 5 1 2 串口通讯 串口通讯一般分位RS232 RS485 RS422三种通讯方式 常用的是RS232 RS485两种 RS232通讯时使用Rx Tx GND三根线 通讯距离一般只有15m左右 全双工通讯 RS485通讯时使用Rx Tx 两根线 通讯距离1200m左右 半双工通讯 RS422通讯时使用Rx Rx Tx Tx 四根线 通讯距离和RS485一样 全双工通讯 6 1 3 CAN通讯 CAN通讯是德国一家公司提出的应用于汽车厂生产的内部通讯 由于其具有高性 高可靠性 其应用领域向工业控制领域发展 现国内很多电力系统厂家已经采用CAN通讯 CAN通讯采用以太网接口或双绞线 传输距离最远为6 7KM 通讯速度最快为1M 通讯协议功能强大 协议通讯效率高 7 2 网络层 网络层主要在监控系统中作为通讯连接 中转作用 典型接线模式是间隔层各智能装置通讯接到通讯服务器 通讯服务器再通过以太网接到后台机 通讯服务器自带操作系统 支持与各种通讯协议的连接 然后采用通讯协议 如CDT 91远动规约 103协议等 与后台机连接 8 2 1 通讯服务器 通讯服务器主要做通讯采集和中转作用 通讯服务器根据下位机通讯协议 设置其对应的通讯协议和下位机通讯 然后将所用下位机数据采集后通过处理 转发到后台电脑 通讯服务器还兼有和远方调度通讯 GPS对时等其它功能 要实现上述功能 单靠单片机硬件和编程很难实现功能多样化 易调整的目的 故通讯服务器一般都采用嵌入式操作系统 9 国内做的通讯服务器通常使用的硬件平台是单板电脑 最常用的是PC104单板机 高档一点的通讯服务器选用GX或SOCKET370 478单板电脑 通讯服务器为其运行安全性和稳定性 一般采用嵌入式的Unix或Linux操作系统 极少有厂家采用windows操作系统 10 2 2 串口联网服务器 串口联网服务器其功能是将串口数据接收后 通过以太网口和后台电脑连接 后台电脑采用虚拟的串口方式 串口联网服务器主要作用是将串口接线的方式网络化 数据的接受和处理还是通过后台电脑进行 串口联网服务器可以实现服务器和多台电脑连接 也大大减少可通讯线布置数量 11 2 3 通讯口接线 RS232通讯可以直接接线 其连线如图 图1 DB9各针脚功能 图2 RS232连线方式 12 RS485只能与支持RS485接口的设备直接连接 否则需要使用RS232 RS485转换器 接线方法按照转换器的说明将RS485A和RS485B接到转换器485接口的对应端子上 232的一端和电脑或通讯服务器直接相连 手工焊线时232接线为2 2 3 3 CAN通讯采用RJ45网线接口 或采用双绞通讯线 接线方式 13 2 4 通讯布线 RS232 RS422通讯时采用点对点通讯方式 一个下位机只能对应一个串口 RS232通讯距离只有15m左右 如与后台电脑距离远 可以通过转换头将RS232转换成RS485后到后台机后再转成RS232 或直接采用RS232延长器 RS485通讯最远可达1200m 最多可允许32台下位机并联使用 14 3 主控层 主控层核心设备为后台监控电脑 后台监控电脑的配置按照监控对象的多少可配置为单后台 双后台或更多 后台电脑通过安装多串口卡可以直接和间隔层的综保等智能设备直接连接通讯 也可以通过以太网和网络层的通讯服务器连接 15 3 1 监控软件基本功能 后台整个监控的通讯连接和监控通过后台监控软件来实现 监控软件需要具有以下一些功能 数据的采集和处理将下位机的采集后处理我们可以直接识别的数据 人机接口软件能够实现操作员对数据的输入输出等操作设定 16 报警 记录 打印等功能能够对数据设定 实现报警功能 采集数据能够自动记录和调阅打印等 控制与调节设定的流程和参数 软件能够自动执行并输出控制或调节信号 数据库管理软件将采集的数据记录下来 形成可供用户调用的实时数据库管理和历史数据库 17 时钟同步软件系统可以实现与调度系统或GPS对时 并可对下位机进行对时 多机切换在双机或多机实现热备用时 主控机有故障可以自动切换到备用机工作 通讯功能监控软件要求有良好的扩展性 对未连接过的设备 通过写入通讯协议后能够和此设备连接 18 3 2 监控软件性能 监控系统除要求具有基本功能外 还要求具有实时性 可靠性 可维护性 可用率 安全性 可扩性 可变性的要求 实时性一般情况下 数据的更新要求小于2S 系统响应能力不超过1S 可靠性监控系统要求有很高的可靠性 通讯正确要求超过99 遥控必须100 可靠 19 安全性电脑硬件故障 电脑死机或监控软件运行故障 监控软件在线修改等不影响电脑正常运行 禁止输出任何故障给现场设备 扩展性监控系统要求尽量少占用CPU及内存 能适用于低配置电脑 监控系统还要留有足够余量 可供监控系统扩展或更改使用 20 第二章 通讯的实现 监控系统的硬件搭建好了后 具体是如何来进行数据的采集和处理的呢 本章就针对WZB系列综保的通讯来进行讲解 后台通讯中常用的是串行通讯方式 还有一种通讯方式为并行通讯方式 两者的区别是并行通讯适用于30米以内距离通讯 数据各位同时发送 传输数据有多少位通讯线有多少根 21 串行通讯的距离可以从几米到几千米 数据是一位一位顺序传送 最少只需一根传输线即可完成 根据信息的传送方向 串行通讯可以进一步分为单工 半双工和全双工三种 两种通信方式的连接如下图 22 1 串行通讯介绍 1 1 异步通讯在异步通讯中 数据是一帧一帧传送的 在帧格式中 一个字符由4部分组成 起始位 数据位 奇偶校验位和停止位 首先是一个起始位 o 然后是5 8位数据 规定低位在前 高位在后 接下来是奇偶校验位 可省略 最后是停止位 1 起始位 o 信号只占用1位 用来通知接收设备一个待接收的字符开始到来 线路上在不传送字符时应保持为 1 接收端不断检测线路的状态 若连续为 1 以后又检测到一个 o 就知道发来一个新字符 应马上准备接收 23 以综保通讯为例 通讯方式9600 m 8 1 波特率 9600b s 通讯协议所规定的上位机和下位机传送速度 如果一致增能够确保设备同步 传输不会出错 常用设置有300b s 600b s 1200b s 2400b s 4800b s 9600b s 19200b s 38400b s 校验方式 mark 标志位校验 D8 校验位始终为 1 其它的有奇校验 odd 1 个数为奇数 偶校验 even 1 个数为偶数 空校验 space 校验位始终为 0 无校验 none 无校验位 24 数据位 8 即每帧数据为8位 D0 D7 数据为可以为5 6 7 8位 停止位 1 停止位表示一帧数据的结束 停止时间为1 9600S 停止位可以为1 5 2 每帧数据长度为11位 一位起始位 8位数据位 一位校验位 一位停止位 通讯方式由所使用的通讯协议决定 特别注意的是通讯方式的设置上位机和下位机要保持一致 否则通讯不通或出现误码 26 1 2 同步通讯 同步通讯中 数据开始传送前用同步字符开指示 并有时钟来实现发送端和接受端同步 当监测到同步字符后 接连续按照顺序接受数据 知道通讯告一段落 如CDT91循环远动传送规约 采用同步传送方式 同步头为EB90EB90EB90 后面紧跟同步数据块 27 1 3 通讯协议 确定了通讯协议后 异步通讯或同步通讯由上位机监控软件和下位机程序内部实现 可以不必过多的了解 但是一个装置采用什么通讯协议 如何检验其通讯功能 如何分析数据则需要认真学习 通讯协议约定了相互通讯的必要设置 这样双方才能正确交换数据和信息 常用的通讯协议有很多 标准的通讯协议经过更改后可变成非标协议 28 1 4 通讯协议讲解 综保通讯协议采用MODBUS协议 要了解综保的通讯 首先要熟悉MODBUS协议 然后再看综保的通讯协议 如综保遥测量 主机要下发的代码为 29 01 04 2A 00 55 00 2F 00 12 13 88 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 01 00 01 00 00 00 00 00 02 00 02 C1 61 其中0 x01为回传装置单元号 0 x04为回传功能码 0 x2A为回传数据长度 42个 2字节一个数据 共21个数据 0 x55表示有SOE 0 x12表示模拟量数据为18个 0055 002F 0012 1388 0002分别依次为1 21的数据大小 其格式为16进制 如1388变十进制为5000 按照协议对照为频率 C1 61为校验位 具体数据分析对照WZB通讯协议 30 校验码是检查上传下发的数据是否正确 校验码有很多种类型 如CRC16校验 累加校验 DL451校验等 我们可以根据串口调试软件计算校验码 如下图 下发01 04 00 00 00 15 检验码C531 低位在前高位在后则为31C5 31 1 5通讯的软件处理流程 后台监控电脑和综保通讯时 后台软件需要对发送和接受的数据有一套处理流程 这样才能保证通讯的可靠 后台电脑和综保通讯时 软件首先要打开串口连接 通过串口保证数据的交换 综保通讯协议共有5中查询命令 其中的遥信 遥测 电度量等实时性要求高的命令要求循环发送 其它一些命令如上传定值 录 32 波数据 遥控命令等需要操作者执行操作后才会下发命令 大致的操作流程如下 1 遥信 遥测 电度量的循环查询 2 下发遥信 遥测 电度命令 3 接受数据的校验核查 正确接受 错误省略继续下一数据 4 接受的数据处理 33 5 转移到数据库的数据显示处理 在遇到遥控 上传定值 录波时 采用插值处理 即在正常情况下循环发送和接受收据 接受操作命令时 停止正常的数据下发和接受 先完成操作命令 完成后再继续中断的数据的接受和发送 34 1 6 监控软件应用介绍 我公司监控系统采用面安装模式 点击主运行程序后 自动链接其它文件 组成一个监控系统 一个监控系统不可缺少的文件如下图显示 Cams exe文件为主程序 通讯协议的处理 35 数据的发送接受 图形界面 数据库的显示编辑 所有功能模块都集成在里面 Pcomm dll 串口驱动链接模块 通过串口的交换数据的识别和处理 Symbol dll 图形库链接模块 在主监控界面编辑时所有的图形块都由其提供 如下图 36 Index cas 图形界面文件 监控界面在此文件中编辑 如下图 37 Init ini std1def ini std2def ini等 软件配置文件 其中Init ini配置了一个系统所需要的串口地址 通讯协议类型 通讯方式 通讯地址 站点个数等各种参数 软件通过读取Init ini文件的参数运行整个系统 stdxdef ini为具体的x站点的参数配置 如综保配置 遥测点 遥测点名1 f遥测点名2 Uab遥测点名3 Ubc 38 遥测点名16 Ia遥测点名17 Ib遥测点名18 Ic 遥信点 遥信点名1 10千伏一段进线断路器分位遥信点名2 10千伏一段进线断路器遥信点名3 10千伏一段进线弹簧未储能 遥信点名240 10千伏一段出线装置自检出错 39 电度点 电度点名1 1号电能表电度点名2 2号电能表