《城市轨道交通供电技术》 课件6 远动系统

,单元6远动系统,6.1远动系统概述6.2远动系统的组成及原理6.3远动系统的数据通信6.4自动化系统集成,【主要内容】,6.1远动系统概述,一、远动系统的相关概念二、远动系统的主要作用三、远动系统监控的对象四、电气化铁道远动系统的主要特点,1.远动就是对处于分散状态的生产过程进行远距离的集中监视、控制和统计管理。故又叫做微机监控。2.远动技术是调度所与各被控端(包括变电所等)之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称。,一、远动系统的相关概念,2.远动技术遥控(YK,Remote-Control，或者Telecontrol)：从调度所发出命令以实现远方操作和切换。这种命令只取有限个离散值，通常只取两种状态指令，例如开关的“合”、“分”指令。遥调(YT,Teleadjusting)：调度所直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整。如调节变电所的某些量值(如I/V等)。遥测(YC，Telemetering)：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所。如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数及接触网故障点等非电气参数。遥信(YX，Telesignal)：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传送给调度所。如开关位置信号、报警信号等。,一、远动系统的相关概念,2.远动技术是综合应用4C技术而形成的一门独立学科。Computation计算机技术Control自动控制理论Communication通信技术CRT显示技术,一、远动系统的相关概念,3.微机远动系统SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem）以微型机为主构成、以完成常规“四遥”功能为目标的监视控制和数据采集系统，简称为微机远动系统。,一、远动系统的相关概念,对供电系统安全运行状态进行在线集中监控，保证供电质量和用户的用电要求。对供电系统运行实现经济调度，达到降低损耗、节约电能的目的。对供电系统运行实现安全分析和事故处理,二、远动系统的作用,1遥控对象主变电所、开闭所、中心降压变电所、牵引变电所、降压变电所内1kV及以上电压等级的断路器、负荷开关及系统用电动隔离开关；牵引变电所的直流快速断路器、直流电源总隔离开关，降压变电所的低压进线断路器、低压母联断路器、三级负荷低压总开关；接触网电源隔离开关；有载调压变压器的调压开关。2遥调对象调整变压器的原边电压等,三、远动系统监控的对象,3遥信对象遥信对象的位置信号，如开关电器设备所处的“分闸”、“合闸”位置信号；高中压断路器、直流快速断路器的各种故障跳闸信号；变压器、整流器的故障信号；交直流电源系统故障信号；降压变电所低压进线断路器、母联断路器的故障跳闸信号；钢轨电位限制装置的动作信号；预告信号；断路器手车位置信号；无人值班变电所的大门开启信号；控制方式。,三、远动系统监控的对象,4遥测对象主变电所进线电压、电流、功率、电能；变电所中压母线电压、电沆、功率、电能；牵引变电所直流母线电压；牵引整流机组电流与电能、牵引馈线电流、负极柜回流电流；变电所交直流操作电源的母线电压。,三、远动系统监控的对象,1.拓扑结构不同电力远动系统的通道结构也多为星型辐射状结构铁道远动通道大多采用链型结构、环型结构、总线型结构。必须考虑到信号的中继转发、实时性以及误码累积等问题。2.系统功能和容量不同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中，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。,四、电气化铁道远动系统的特点,3.通讯媒介不同电力系统多采用电力线载波作为远动通道电气化铁道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4.可靠性和实时性要求不同电力系统的静止负荷，可靠性要求低。电气化铁道远动系统具有更高的可靠性和实时性，以便及时、准确地将故障信息送到控制中心进行处理，并及时进行相应的操作控制，以缩短事故的影响时间。,四、电气化铁道远动系统的特点,6.2远动系统的组成原理,一、SCADA系统的基本构成及原理二、监控主站的组成及功能三、被控站的组成及功能,调度端（ControlCenter，CC，也称为控制中心）：或称主站（MasterStation），收集各个变电所的运行情况并进行控制。执行端（RemoteTerminalUnit，RTU，也称为远方终端或被控端）：采集变电所设备的运行情况并执行调度端的控制命令。通道（Channel）：连接调度端与执行端的通信网络。主要是调制解调器等传输系统。,一、SCADA系统的基本构成及原理,1、总体结构,远动系统的结构千变万化，但基本原理是类似的,一、SCADA系统的基本构成及原理,远动系统原理图,1.调度端的主要功能数据收集：收集RTU发送来的数据，实现对供电系统设备运行状态的实时监视和故障报警；数据处理：有功功率总加P、无功功率总加Q、电度量的总价、越限告警、连续模拟量输出记录（电压、电流曲线）。控制与调节：遥控操作断路器、系统故障查找、开关事故变位、事故画面优先显示、事故顺序记录、事故追忆。遥控种类分选点式、选站式、选线式控制三种。人机联系显示、制表、打印：实现汉化的屏幕画面显示、模拟盘显示或其他方式显示，以及运行和故障记录信息的打印；实现电能统计等的日报、月报制表打印；以友好的人机界面实现系统维护功能。,二、监控主站组成及功能,二、监控主站组成及功能,2.硬件构成,（1）主机服务器主要用于数据和网络服务及定时任务管理，进行数据的后台处理，管理实时数据和部分历史数据，负责网上节点资源的分配、管理和网络信息交换，进行网络信息汇总、组织和派发，为数据工作站、操作工作站提供初加工数据。（2）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。每个调度台配备两套操作工作站，互为备用，远动操作尤其是遥控（包括单控、程控）操作时互锁。操作工作站由高可靠性的工业控制用PC机（配网卡）、大屏幕彩色显示器、鼠标和键盘等人机接口设备、WindowsNT操作系统等相应软件构成。,2.硬件构成,二、监控主站组成及功能,（3）通讯前置处理机通讯前置处理机及远动通道线路和设备是连接监控主站与被控站的桥梁，是监控站与被控站的信息纽带。它主要用来进行远动信息发送、接收和处理，以及与其他计算机系统的通信控制等。从而可以减轻主机的负担，使其腾出更多的时间承担更复杂的任务，加快运算速度，以满足实时控制的要求。（4）数据工作站数据工作站是本系统基础数据库（静态数据库）的人机接口，主要实现数据编辑、画面编辑、数据库界面（如报表等）生成管理、调度端系统设备状态的监视显示等功能。,2.硬件构成,二、监控主站组成及功能,（5）工程师终端一方面用于主机应用软件的开发，另一方面在系统运行过程中，通过工程师终端命令观察开发人员或维护人员所关心的运行进程、通讯数据、部分处理结果提示及一些异常信息提示。（6）数据终端通信控制器数据终端通信控制器是一个网络接口设备，通过其网络口上网，其串行通讯口接慢速设备，如流水打印机、报表打印机和模拟屏等慢速设备。,2.硬件构成,二、监控主站组成及功能,（7）打印机流水打印机对被控站所发生的事件按发生的时间顺序进行流水打印记录，这些记录包括事故记录、预告记录、操作记录、故测数据记录等。一般每个控制台配备一台彩色打印机用于流水打印，其工作状态可在操作工作站上进行命令控制。（8）大幅模拟屏（MNP）模拟屏用于对被控站状态的同步显示，并有音响报警、闪光报警、光字牌提示、接触网带电显示、时钟及安全无数等显示功能。通过模拟屏对整个牵引供电系统进行全线监视。（9）电源系统和连接电缆,2.硬件构成,二、监控主站组成及功能,3.软件,二、监控主站组成及功能,（1）网络通信子系统主要与通信工作站以网络报文规约格式进行通信，通信包括两个方向：一是通信工作站将现场报文转换成的网络报文以及其它广播信息传送到调度工作站，二是调度工作站需要遥控、召测时通过网络报文生成模块生成网络报文发出到通信工作站。（2）实时数据库系统调度主机的核心，主要记录现场各类量的属性，规定各类量的操作方式，系统中报警、操作允许、操作警告（如两条进线不能同时拉开等）。,3.软件,二、监控主站组成及功能,（3）关系数据库管理系统管理和维护SCADA数据库，完成用户对数据库提出的各种操作查询请求。在调度工作站上没有对数据库进行维护、整理与备份的功能，此功能在数据库服务器和维护工作站上。（4）图形子系统调度工作站的图形子系统功能主要是显示各类图形（如：被控站所主接线图画面、实时棒图画面、电流电压功率电度量等监视图画面等）。（5）画面生成与显示用于将以专用格式存放的图形文件进行显示并且实现与实时数据库的连接，能够动态反映系统运行情况。,3.软件,二、监控主站组成及功能,（6）实时棒图以棒图的方式显示遥测量的值与实时变化情况。（7）各类报警对现场的故障能够报警，能够判断越限，记录故障标定，能够将报警的数据送往模拟屏。（8）操作、事件、日志库生成与显示将系统运行现场的各类事件、操作以及运行的日志记录到数据库中，并能够显示和查询。,3.软件,二、监控主站组成及功能,（9）实时数据库生成系统运行之初，从SCADA数据库中生成实时数据库。（10）曲线显示显示今日数据库的内容，反映今日系统运行的各遥测量的变化情况、发生故障时的系统运行状态等。,3.软件,二、监控主站组成及功能,（1）远动控制输出；（2）现场数据采集（包括数字量、模拟量、脉冲量等）；（3）远动数据传输；（4）可脱离主站独立运行。,1.功能,三、被控站组成及功能,（1）控制处理子系统采用字长不低于16位的工业控制用徽处理器，并配有足够的内存容量及实时数据采集、管理软件和相应数据库。实现对各I/O模块的实时管理及数据处理。（2）遥控输出子系统接收控制输出命令并通过遥控出口继电器执行，直接与被控站配电盘接口。输出接口界面采取光电隔离措施，并对控制输出接口进行监测。（3）遥信输入子系统与配电盘直接接口，采集来自现场监视对象的实时状态信息，包括位置遥信和非位置遥信。遥信输入采用无源接点方式。输入接口界面采取光电隔离措施及防止监视对象接点抖动干扰。,1.硬件组成,三、被控站组成及功能,（4）模拟量输入接口用于遥测，接收来自模拟量变送器设备的信息，核心设备A/D转换板可采用智能板。模拟量输入可采用电流型或电压型。输入接口界面采取一定的抗干扰及隔离措施。（5）电度量输入接口接收来自电度量变送器设备的信息，用于电度测量。输入接口界面也要来取一定的抗干扰及隔离措施。（6）故障点参数接口接收来自故障点标定设备（故测仪）的信息，向该设备传送有关控制信息。接口方式采用RS232串行接口或并行数据接口。,1.硬件组成,三、被控站组成及功能,（7）通信接口子系统采用冗余结构双重接口配置方式，采取抗干扰编码等措施确保可靠通信。主要用于完成远动数据的发送和接收。（8）电源子系统包括RTU内各模板电源及RTU附属设备电源。可接人交流或直流两种外部电源下工作，并设置过电压保护，确保RTU设备安全。,1.硬件组成,三、被控站组成及功能,中断服务程序主模块初始化模块遥测采集模块下行任务模块检查模块键盘与显示遥控选择,2.软件,三、被控站组成及功能,6.3远动系统的数据通信,一、数据通信网的拓扑结构二、数据通信网的传输介质三、数据通信方式四、数据交换方式五、通信协议,1.点对点结构对每一个被控站要求有一个调度端和个信道。这种结构只用在少数非常简单的系统里。,一、数据通信网的拓扑结构,2.辐射1：N结构一个调度端被多个被控站共享。调度端对各被控站轮流通信,多个被控站可以共享调度端通信设备。,一、数据通信网的拓扑结构,3.共线式1：N（总线型）结构调度端经过共线通信信道与各被控站相连。每个被控端在信道上都有一个独立的地址。,一、数据通信网的拓扑结构,4.环形结构调度端通过两个通信口与远近两个被控站相连。系统中每个被控站两两相连依次连成一个环，每个被控站单元向相邻者传送数据。,一、数据通信网的拓扑结构,5.网状结构网络中任意两站点间都有直接通路相连，所以任意两站点间的通信无需路由，而且有专线相连没有等待延迟，因此通信速度快，可靠性高。,一、数据通信网的拓扑结构,1.有线传输介质（1）同轴电缆由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑料组成有基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆仅用于数字传输，最大距离限制在几公里，被广泛用于局域网中。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号传输，最大距离可以达几十公里，主要用于有线电视系统CATV通信。同轴电缆抗干扰能力比双绞线强，价格比双绞线贵，比光纤便宜。,二、数据通信网的传输介质,1.有线传输介质（2）双绞线双绞线是网络组建中最常用的一种有线传输介质，由一对或多对绝缘铜导线按一定的密度绞合在一起，目的是为了减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI）影响的程度。双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输介质，它的主要应用范围是电话系统中的模拟语音传输。双绞线可分为非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，UTP）和屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，STP）。双绞线的价格在传输介质中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。,二、数据通信网的传输介质,1.有线传输介质（3）光纤光纤是光纤通信的传输介质，通常是由能传导光波的纯石英玻璃棒拉制而成裸纤，裸纤由纤芯和包层组成，裸纤外履以一涂覆层光纤具有宽带、数据传输率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点。可以在68km的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网。光纤不受噪声或电磁影响，适宜在长距离内保持高数据传输率，而且能够提供良好的安全性，但目前光纤价格比同轴电缆和双绞线都贵。,二、数据通信网的传输介质,2.无线传输介质无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输信号的一种技术。无线传输介质主要有无线电波、微波、红外线和激光等。微波、红外线和激光的通信都有较强的方向性，都是沿直线传播的，而且不能穿透或绕开固体障碍物，因此要求在发送方和接收方之间存在一条视线通路，有时将这三者统称为视线介质。,二、数据通信网的传输介质,1并行通信数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。优点是速度快，且收、发双方不存在字符同步的问题缺点：费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。常用于计算机内部数据总线或PC微机与打印机接口。,并行通信,三、数据通信方式,2串行通信发送端的并/串变换和接收端再通过串/并变换优点是只需要一条传输信道，成本低，速度也低。是目前远程通信主要采用的一种传输方式。问题：收、发双方必须保持字符同步。,串行通信,三、数据通信方式,（1）单工通信单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。,2串行通信,三、数据通信方式,（2）半双工通信半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。,2串行通信,三、数据通信方式,（3）全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。比如，电话通话。,2串行通信,三、数据通信方式,被控站的遥测量和遥信量以预先确定的固定不变的循环周而复始的传输。传输与被控站的过程中的状态变化无关，也不需调度端干预。传输信息时只需使用单工信道。由于是循环发送，因此当传输出错时，不需重发，可以用下一循环中的数据来补救。循环工作方式的传输延时与一个循环中发送的监控信息有关。传输延时最大可达一个全循环时间，调度端可能不能及时捕捉到遥信变化。即使用户数据毫无变化，也照样循环不停的向调度端发送数据，因此在正常情况下，信道的有效利用率不高。当调度端到被控站不需传输命令信息时，监控系统采用循环式工作方式有利。,1.循环工作方式,四、数据交换方式,只有在被控端要传输的监控信息发生变化时（例如开关位置状态发生变化，测量的变化超过给定范围等）才向调度端发送。若同时出现几个状态变化，则传输的先后次序按固定的优先权确定（如报文地址的顺序）。采用这一工作方式传输时，受到干扰的报文不会自动重发。因此自发工作方式要求一个双工信道。以便调度端收到干扰报文后能发出请求重发报文。减轻了正常运行情况下的信道负担，但在异常情况或事故情况下传送的工作量将大量增加，为避免信道拥挤，可采用按优先级分批传送等办法来缓解。自发工作方式通常和其它工作方式组合使用。,2.自发工作方式,四、数据交换方式,以调度端为主动方发送信息：由调度端向被控站发出命令报文，被控站按调度端请求发送有关信息。是以问答方式进行通信，故也称问答式。需要双工信道。通常由调度端逐一轮询各被控站，循环下发下行命令或查询命令。为了使调度端及时掌握各被控站是否有事件发生，应采取辅助措施。例如，在被控站给调度端回答信息中附加标志，表明是否有紧急情况要发送。,3.询问工作方式,四、数据交换方式,循环自发工作方式：在点对点信息交换中被控站以循环工作方式传输测量量，以自发方式传送遥信变位信息。当被控站被监控信息无变化时，测量量报文循环传输。当过程中有一监控信息状态发生变化“c”，则当正在发送的报文结束之后，循环就彼中断，从而插入包含监视状态变化的报文。若在此时出现了多个变位信息，则具有较高优先权的报文最先被发出。全部监控变位信息报文发送结束之后，循环传输再继续进行。循环/询问自发工作方式：按循环工作方式传输测量值，按自发方式传输监视信息，按询问方式传输表计读数等。要确定一个优先准则，使自发产生的询问要求同时出现时便于组织发送的先后次序。,4.混合工作方式,四、数据交换方式,通信协议是描述计算机系统之间进行数据交换而建立的规则、步骤和约定。通信协议应由下列三部分组成：语法：规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议元素的格式，如数据控制信息的结构或格式、编码及信号电平。语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出何种控制信息，执行什么动作和返回什么应答等，包括用于协调和差错处理的控制信息。定时关系：规定事件执行的