远动监控技术-远程监控系统的特点与设计指导ppt课件.ppt

远动监控技术,西南交通大学电气工程学院,1,第一章绪论,本章主要回答以下几个问题:1、远动监控系统是什么？有何作用？2、远动监控系统的发展怎样？3、远动监控系统基本概念、基本构成是什么？4、电气化铁道远动监控系统与电力系统的远动监控系统相比，有何特点？,2,1、远动监控系统是什么？实现生产过程的远程数据采集、远程监视以及远程控制的系统，称之为远动监控系统。,电力调度中心（控制中心）电力变电所,人工自动无人值守,发电输电配电用电,3,数据传输,网络功能,测量功能,控制功能,报警功能,指示功能,累加功能,事件顺序功能,监控系统的基本功能:,4,远动监控系统的作用：,提高系统的自动化水平，大大提高生产效率;及时采集系统信息，随时掌握系统运行状态，提高了系统运行的安全性和可靠性;及时发现故障、及时处理故障，有效缩短故障处理时间，减少故障损失；减小了操作人员的劳动强度，保证第一线人员的操作安全;减少不必要的人工浪费，达到减员增效的目的;为变电站无人职守、以及智能电网提供必备的技术手段和装备,电力系统关键设备之一智能电网的基础核心课程,5,重要设备和关键过程的监控发电厂化工厂生产线管理机械人、机件臂系统各种工业锅炉监控保护系统其它各种需要远程实时监控的设备,地理分布或无人值守的监控系统电力系统变电站和配电网铁路系统电力系统调度网无线通讯基站网地铁、轻轨电力调度系统铁路系统道口，信号管理系统交通安全监侧坝体、隧道、桥梁、机场和码头等安全监控网石油和天然气等管道监控管理系统城市供热、供水系统监控和调度环境、天文等无人检测网络的管理,监控系统的应用领域：,6,2、远动监控系统的发展以电气化铁道远动系统为例,广泛使用的电铁远动系统均为微机远动系统,远动技术在20世纪30年代首先用于铁路运输系统,我国在20世纪50年代末才在电力系统中采用,电气化铁道(简称电铁)远动系统在我国60年代开始研制,80年代微机远动的研制成功，才得到了广泛应用,目前：牵引全部采用远动系统，电力逐步采用,7,我校电气化铁道远动技术的成就（最早、领先、院士）,“宝凤段牵引供电远动装置”为国内第一套牵引供电远动装置。1964年获国家工业新产品三等奖,“电气化铁道分区亭远动装置”为国内第一套集成电路电铁分区亭远动装置。1980年获四川省科技成果二等奖,“电气化铁道多微机远动实验装置”被鉴定为国内首创、填补国内空白，并于1987年获四川省科技进步一等奖，1988年获国家科技进步三等奖、打破了日本专家的预言,“川黔线牵引供电微机监控系统”（1989年）为世行贷款、国际中标项目、是我国第一套国际中标的国产远动系统，它的中标标志着国外同类产品对中国市场的垄断局面从此被打破，同时也标志着由钱清泉教授的微机远动系统达到了国际先进水平,8,牵引供电远动系统调度软件。于1991年获四川省优秀软件产品二等奖,“大秦线牵引变电所远动装置”（国家“八五”重大工程项目），该装置投入运行，为大秦线重载列车的牵引供电提供了重要的安全保障。1990年获国家重大技术装备成果三等奖,“DWY牵引供电微机远动系统”，该系统技术先进，功能完善，是牵引供电系统安全运营的重要装备,并于1992年被国家科委列为国家级科技成果重点推广计划项目，1996年获国家教委科技进步一等奖。,“DWY-II型牵引供电微机远动系统”1994年通过铁道部鉴定，同年获部科技进步三等奖。,我校电气化铁道远动技术的成就,9,我校电气化铁道远动技术的成就,广深线电力监控系统。于1998年获铁道部科技进步二等奖,牵引变电所安全监控和综合自动化。于2002年通过铁道部鉴定，2004年获中国铁道学会科技进步二等奖,铁路供电SCADA系统。于2003年通过四川省科技厅鉴定,电力配电自动化系统。于2004年通过四川省科技厅鉴定,“PTS1牵引供电调度仿真与培训装置”属国内首创，1996年获铁道部科技进步三等奖,10,我校电气化铁道远动监控技术发展历程,我校研制的远动系统主要业绩分布图,市场占有率：75%,11,第一代-布线逻辑式（继电器式、晶体管式、集成电路的远动装置）特点：所有功能由硬件电路完成。按预定的要求进行设计、使构成装置的各部分电路按固定的时间顺序工作来完成预定的功能。第二代-软件化的远动装置：功能由计算机硬件和完成指定功能的软件（加工程序）来实现，对程序进行修订，就能够改变系统的功能。第三代-基于PC机和网络技术的远动系统（客户/服务器结构）目前普遍采用,2、远动监控系统的发展分类,12,片级设计：用户根据自己的要求选用不同种类的微处理器片、存储器片、输入输出片等联成各自的系统。模块级设计：直接采用单板机或软硬件结合的多功能集成模块构成用户系统。系统级设计：直接使用具有完整的硬件和软件结构的微型机系统，适当配置一些接口电路，构成系统。,从硬件设计上划分：,13,缺点:1软件之间的耦合程度高，系统难于扩展、维护；2软件依赖于硬件平台，不能实现资源重用；3容错性差，局部故障影响整体；4系统开放性差。,（1）第一/二代SCADA系统,远动系统监控中心的发展分类,14,缺点:1、系统中客户与服务器之间的通信协议（应用层协议）依赖于不同的厂家，不同厂家开发的软件或硬件难于实现集成；2、服务器是整个系统的瓶颈。,（2）第三代SCADA系统,15,目前正在发展的是第四代：第四代-基于信息化的远动系统主要特征是采用Internet技术、Agent技术、自律分布系统技术ADS、面向对象技术、组件技术以及JAVA等技术，实现SCADA系统与其它信息系统的增值集成，实现控制和管理过程的综合化、智能化。具体特征：1、变（配）电所采用综合自动化系统；2、控制中心采用综合调度；3、以上新技术的采用等。本课程以现有的第三代远动系统为例，介绍其功能和工作原理。,（3）第四代SCADA系统,16,3、远动监控系统的基本概念,（1）监控系统凡是基于计算机的生产过程的监视、监测、控制、管理的系统都可称之为监控系统。（2）远动技术监控系统调度端（控制中心）与执行（被控）端之间实现遥控、遥信、遥测、遥调、遥视技术的总称。（3）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。,17,（4）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。（5）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。,（6）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（抽头）等。（7）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。,18,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。遥视,远动信息：,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。,19,“五遥”的区别与联系,？,概念辨析：监控系统、SCADA、远动系统、调度自动化,8.SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem)能够完成常规“四遥”功能的监视控制和数据采集系统。简称远动系统（TelecontrolSystem，或Remote-ControlSystem。9.调度自动化系统(DispatchingAutomationSystem)SCADA数据处理和管理功能与其它系统联网在线培训、辅助决策等功能。有时也常简称为远动系统。,20,几种典型的监控系统：,（1）电力远动系统,21,(2)配电网自动化,MDS:Micro-computerbasedDispatchingSystem,22,楼宇自动化系统示例,监控房屋设施的各项设备事务，如门警、电梯运营、消防系统、照明系统、空调系统、水工、备用电力系统等等的自动化管理。,(3)楼宇自动化,23,(4)石油和天然气等各种管道监控管理系统,24,(5)地铁、轻轨电力系统,列车信息自动采集系统,25,（2）操作指导OG（OperationGuide）,3、监控系统的分类及基本结构,（1）数据采集系统DAS（DataAcquisitionSystem）,26,计算机通过数字输入通道采集被控对象的各参数，经过一定的控制规律运算后得到的结果，再经过数字输出通道，直接作用于被控对象，使各被控参数符合所要求的性能指标。优点:灵活性大。只要改变相应的程序,改变控制规律。,（3）直接数字控制系统DDC(DirectDigitalControl),27,（4）监视控制系统SCC（SupervisoryComputerControl）,监督计算机根据生产过程的参数和数学模型计算参数的最佳给定值，作为模拟或数字调节器的给定值。,28,（5）分级控制系统HC(HierarchyControl),29,（6）集散控制系统DCS(DistributedControlSystem),也称分散控制系统DCS(De-centralizedControlSystem),30,3、监控系统的分类及基本结构,远动系统示意图,31,控制中心,RTU,监视控制控制程序改变数据库参数设置,模拟量数字量累加量诊断结果,通信接口,GPS标准时间信号,通信接口,主站,现场设备,通信系统,（1）远动系统的工作流程,32,（2）远动系统的原理框图,33,（3）远动系统的功能结构框图,34,3、远动系统的基本构成,主站、控制端or调度端，CC包括主机、备用主机、人机接口、模拟盘、通讯装置、网络等设备。,（1）控制中心,35,传输介质包括音频实回线（电话线）、光纤、电力载波、无线电等。,远动通道示意图,（2）通信通道,36,RTU主要配置有CPU、I/O（输入/输出）模板、通信接口单元，以及通讯机、GPS天线、电源、机箱等辅助设备。,（3）被控端或远方终端单元,（RTU,RemoteTerminalUnit),37,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。遥视,一、远动信息,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。,38,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，周期性地以循环方式向调度端传送。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：调度端与被控端采用一问一答的方式进行通讯。调度端需要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。,二、远动信息的传输模式,39,三、常用的远动信道,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（通道）：信号传输时经过的通道。远动通道：传输远动信号的通道。,40,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300MHz300GHz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。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。,41,第一章绪论,第一节概论第二节监控系统的结构、分类及发展第三节远动信息与远动信道第四节远动监控系统的基本功能第五节电气化铁道远动系统的特点第六节远动系统的性能指标,42,对远动系统，通常要求具有如下基本功能：1、遥控单控（单个对象的控制）：断路器、隔离开关的合闸/分闸，重合闸的投入/切除开关的程控信号复归测控、保护单元复归测控/保护单元定值整定、修改及查询。定值整定及修改时，必须输入密码后方可执行开关的操作闭锁、遥信闭锁控制当地监控与远方监控系统间控制权的获取控制安全监控系统摄像头控制,43,（2）程控程控操作是若干个单控过程的组合，其操作过程与单控相似，由若干步单控过程的组合完成。（3）复归控制这是无遥信状态返回的遥控对象类，用于二次回路信号继电器、信号灯的复归控制。,44,2遥信功能对开关的位置信号、主要设备故障信号、保护装置及自动装置动作信号等进行实时采集并分类归入数据库中，并在监视器上显示，打印机上记录上述事件结果，同时对故障信息提供声光报警。遥信信号内容包括：变电所电动开关位置信号变电所内事故信号、预告信号变电所内交、直流电源系统故障信号系统设备自检信息控制中心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。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。,45,3遥测功能遥测内容：变（配）电所三相进线电流、电压，母线电压（三相），主要馈线电流、电压（三相），进线有功功率、有/无功电度，馈线有功电度、瞬时功率因数、平均功率因数，开关站线路电流及电压（三相）等。遥测显示：（1）显示器显示：在主接线画面上，实时显示电流、电压、有/无功功率、有/无功电度量、瞬时功率因数计算值。（2）制表显示：打印日/月报报表，进行有/无功电度量累加和平均功率因数计算值。,46,4遥调功能遥调实现对主变电所内有载调压变压器进行调节，遥调结果在监视器主接线画面上显示。5调度事务管理功能控制中心根据从变电所采集的设备运行信息，保护、开关动作等信息，设备正常信息，分析设备的动作次数、累计运行时间、异常或故障发生情况，为调度决策提供依据，以便及时通知运营维护部门进行不安全状态下的检修及事故状态下的抢修。并可根据维修部门的要求，结合供电系统运行情况和行车组织计划，制定合理的变电设备、馈线或接触网设备检修维护计划，并下达到供电车间执行。,47,6运行数据归档及统计报表功能分类保存操作信息、事件和报警信息的历史记录，以便进行查询和故障分析；实现模拟量测量数据及开关跳闸次数等的日报、月报、年报等统计报表。系统可根据调度人员的要求建立各种档案报表，采用自动或手动方式录入数据，并可进行定时和随时打印。电度报表包括“日报表”、“月报表”和“年报表”。日报表显示内容主要有：每小时的电度量。当日最大电流及出现时间，最高最低电压及出现时间等参数。月报显示内容主要有：每天的电度量。当月最大电流及出现时间，最高最低电压及出现时间等参数。年报显示内容主要有：每月的电度量。当年最大电流及出现时间，最高最低电压及出现时间等参数。为电度量参数提供手动置数功能。电度量报表可手动修改，修改后的合计、功率因数等量自动进行统计。负荷报表包括“日报表”、“月报表”和“年报表”。记录牵引及变配电所的电流负荷。遥测极值统计表包括“遥测极值统计日报表”、“遥测极值统计月报表”，“遥测极值统计年报表”。后台管理系统提供还有：遥测越限报表、操作（事件）记录表、开关动作统计表、故测记录表、断路器跳闸记录表。,48,7用户画面显示功能系统主要用户画面包括：供电系统示意图动态显示带电状态接触网线路、电力线路示意图变电所主接线示意图监控系统构成图，可动态监视系统设备运行状况各种记录、警报、程控等用户画面各种报表、曲线显示画面,49,8数据打印及画面拷贝功能系统可以对实时运行数据打印及定时报表打印，同时对所有监视器画面均可实现随机拷贝。9大屏幕投影显示功能提供对系统宏观整体运行状况显示，并动态显示变电所开关位置及接触网等馈线带电状态。可以灵活定义显示内容及显示窗口，支持多屏幕拼接显示方式。同时提供视频信号输入端子，用于视频信号的输入显示。,50,10模拟培训功能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。11口令级别设置功能对不同工作性质的工作人员设置不同的安全操作口令，以确保系统的安全运行。工作人员在岗位交接班时用口令替换形式完成。口令级可分为操作员级、应用软件级（包括数据库）、系统软件级等。不同等级的运行管理人员具有不同的口令级别。操作员级：可进行遥控操作、调度管理工作。应用软件级：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。,51,12报警功能系统能够实现以下报警：越限报警：当测量值越限时，显示和打印报警信息。报警信息包括越限发生和恢复时间（时、分、秒）、报警条文及报警参数等，报警限值可进行修改；预告报警：当设备或线路异常时，显示和打印报警信息。报警信息包括报警发生和恢复时间（时、分、秒）及设备异常状态；事故报警：当保护动作时，显示和打印报警信息。报警信息包括报警发生和恢复时间（时、分、秒）及保护动作说明。13系统维护、修改、扩展功能对各种用户画面、数据库、系统参数等实现人机交互式在线维护、修改、编辑、定义、扩展等功能。,52,14系统时钟同步功能系统能够与外部时钟系统的接口。可以通过外部时钟对SCADA系统主站进行同步，同时主站与被控站设备具有时钟同步功能，实现整个SCADA系统与外部主时钟的同步。通常有软时钟同步功能和GPS卫星时钟同步功能。15自检功能系统具有容错、自诊断、自恢复功能，主站设备自检标志达到设备级，被控站设备自检标志达到模块级。当系统外部断电恢复后，系统能够自动恢复正常运行。16通道自动/手切切换功能系统具有对通道状态监视、切换功能，实现对通道的监视和低电平告警。当主用通道发生故障时可自动投入备用通道，并具有主、备通道手动切换手段。,53,17复示功能通过复示系统能够在相应的职能管理部门，监视全线变电所设备、接触网设备的运行情况，使供电维护人员及时了解现场事故信息，提高处理事故的工作效率，缩短停电时间。与控制中心实现通讯，完成维修调度作业计划的发送和接收。18其它功能如与其它系统的联网、集成等。,54,第一章绪论,第一节概论第二节监控系统的结构、分类及发展第三节远动信息与远动信道第四节远动监控系统的基本功能第五节电气化铁道远动系统的特点第六节远动系统的性能指标,55,与电力系统远动监控系统相比，铁路远动系统：电气化铁道供电系统，也称为牵引供电系统(TractionPowerSupplySystem)，是电力系统的一个特殊用户，它的特殊性决定了电气化铁道的远动系统(电铁远动系统、铁路电力远动系统)与电力系统中的远动系统(电力远动系统)有共性，也有区别。它们的基本功能和作用是一样的，但系统结构、网络拓扑以及一些具体技术和要求又不尽相同。主要表现在：1、干扰：牵引供电系统的负荷电力机车，目前大多采用整流型的交直流传动。由于采用晶闸管整流，因而在整流过程中不可避免地会产生谐波成份。这些谐波，对与接触网相距不远的远动通道，有相当严重的谐波干扰。因此在设计电铁远动系统时，必须采取强有效的措施来克服这种通讯干扰(包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施)。,56,2、通讯结构电力系统：各变电所、发电厂(站)的地理布局大多为辐射状的分散布局，因此其相应的电力远动系统的通道结构也多为星型辐射状结构；牵引供电系统：各变电所、分区亭、开闭所则是沿铁路线分布，其通讯线路呈相应的分布。因此电铁远动通道为适应这种特点，大多采用链型结构、环型结构、总线型结构，有时也要包含星型结构。对于链型、环型结构，必须考虑到信号的中继转发、实时性以及误码累积等问题，这在星型结构中是不需特别考虑的。3、系统功能及容量电力系统：侧重的是对遥测量的采集和监视，要求遥测数量大、采集精度高而对遥控开关的控制数量少、操作频率低。牵引供电系统：由于每天都需要对接触网进行停电检修，因此对变电所开关的操作频繁，开关数量多，且可靠性要求极高，以确保行车安全和检修人员人身安全。,57,4、通讯媒介电力系统：多采用电力线载波作为远动通道，目前发展光纤；电铁远动系统：多采用音频实回线、载波电缆或光纤作为远动通道，这是因为电铁的电力线(接触网)存在大量的谐波，这些谐波的存在严重影响到用电力线作为传输通道的通讯质量，从而影响到远动系统的可靠性。另一方面，电铁远动系统的管辖范围内常包括多个变电所、分区亭等，电力线是分段不同相供电的。在不同相的交会处，电力线是不连通的。载波如何有效地在这些交会处传输，这也是一个问题。因此，电铁远动系统都不采用电力线载波的方式。5、可靠性牵引供电系统