水电站计算机监控技术(绪论)

1、 生活中的计算机监控系统 水电站（把水能转化为旋转的机械能，再将旋转的机械能转化为电能） 计算机监控系统电力电能生产、输送、销售的特点：1、电网（power system）的容量大2、电源分布更加合理：各区域横向联系愈来愈多，国家西电东送(West-East electricity transmission project)计划3、组成电网的电能生产方式更加多样： 水电hydroelectric generation、 火电thermoelectricity generation、 风力发电wind power generation、 核电nuclear energy power genera

2、tion4、多样化的电力用户对供电的可靠性，稳定性和电能质量提出了更高要求水电站生产过程的特点水电站生产过程的特点一、发电计划取决于水情及水库的调度计划二、水电站的机电系统监控功能复杂且要求高 大中型水电站在电力系统中承担峰荷和腰荷 作为电力系统频率控制任务的主要电站 电力系统故障时的重要后备 长距离输电的稳定性和无功功率的控制问题由以上几点提出结论： 常规的控制手段和管理方法已无法满足上述要求 提高自动化水平变得非常必要一天之内机组运行方式频繁变化，并且要求达到很高的调节品质（regulation quality）（对模拟量控制系统工作质量的一种评价。根据热力生产过程的要求，评价调节品质主要

3、有稳定性、准确性和快速性三个指标）。基于以上条件实现水电站优化运行应该如何做？基于以上条件实现水电站优化运行应该如何做？ 实现站级自动化 实现能与水库优化调度计划相协调的优化控制 考虑本水电站的运行要求，也要考虑梯级水电站或跨流域水电站的运行方式对本电站的影响而传统的自动控制技术无法实现这些要求水电站计算机监控系统的定义 利用数字电子计算机对水电站的电能生产过程进行控制的一种设备集成 计算机控制系统是传统的自动控制和自动化技术相结合的产物水电站计算机监控技术的应用水电站计算机监控技术的应用 计算机监控系统是传统的自动控制技术与计算机技术相结合的产物 水电站监控系统的发展经历了人工监控、电话调度

4、和远动化（远动化就是在远离水电站的控（远动化就是在远离水电站的控制中心实现水电站运行的自动控制操作功能，制中心实现水电站运行的自动控制操作功能，水电厂实现远动化后，不仅能节省大量运行人水电厂实现远动化后，不仅能节省大量运行人员，提高水电厂的经济效益）员，提高水电厂的经济效益）直到以计算机为计算机为核心、以现代数据通信为基础核心、以现代数据通信为基础的计算机监控三、水电厂计算机监控技术的优点：1、提高水电厂的运行可靠性2、有利于提高水电厂的经济运行水平 梯级水电站的经济运行包括哪些呢？3、提高劳动生产率基本名词解释基本名词解释 信息：认识主体所感知或所表达的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用

5、 信息处理：信息的收集、加工、存储、传递、施用 电磁干扰：电磁兼容性（EMC，Electro Magnetic Compatibility）是指电器、电子产品能在规定的电磁环境中正常工作，并不对该环境中其他产品产生过量的电磁干扰（EMI，Electro-Magnetic Interference）。这里包含着两个方面的要求：其一是要求产品对外界的电磁干扰具有一定的承受能力；其二是要求产品在正常运行过程中，该产品对周围环境产生的电磁干扰不能超过一定的限度。 水电站自动发电控制（AGC） 水电站自动电压控制（AVC）一、什么是计算机网络计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。是利用通信设备和

6、网络软件，把地理利用通信设备和网络软件，把地理位置分散而功能独立（？）的多个计位置分散而功能独立（？）的多个计算机（及其他智能设备）以相互共享算机（及其他智能设备）以相互共享资源和进行信息传递为目的的连接起资源和进行信息传递为目的的连接起来的一个系统来的一个系统二、计算机网络的组成部分l资源子网：用来向用户提供信息服务l通信子网：由一些通信链路和节点交换机组成，其功能是什么呢？l一系列的通信协议及相关的网络软件：通信协议是为了确保计算机之间能进行互联并尽可能少的发生信息交换错误而制定的一组规则或标准，实现通信协议的软件（及硬件）是计算机网络不可缺少的组成部分。三、计算机组网的目的数据通信对地域

7、分散的业务部门提供实时集中对地域分散的业务部门提供实时集中控制控制资源共享实现分布式信息处理提高计算机系统的可靠性和可用性四、计算机网络的拓扑结构 总线型 环形 星型 树型 点到点互连模式 四、计算机网络的分类1、有线网和无线网2、星型网，总线网，环形网3、TCP/IP网，SAN网，IPX网4、局域网LAN，广域网WAN，城域网MAN一、什么是操作系统？操作系统（OS）是计算机中最重要的一种系统软件，是一些程序模块的集合，它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地安排计算机的工作流程，控制和支持应用程序的运行，并向用户提供各种服务，使得用户能灵活、方便、有效地施用计算机。

8、操作系统计算机硬件各类用户其他系统软件应用软件虚计算机二、操作系统的作用操作系统承担资源的调度和分配任务，以避免冲突，保证程序正常有序的运行为用户提供友善的人机界面为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台：操作系统屏蔽了几乎所有物理设备的技术细节，它以规范、高效的方式向应用程序提供有力的支持有了操作系统，计算机才能成为一个高效、可靠、通用的信息处理系统 一些特殊的应用系统，如军事指挥和武器控制系统、电力网调度和工业控制系统、证券交易信息处理系统等，它们要求计算机完成任务有严格的时间约束，并希望对外部事件能快速做出响应，应具有很高的可靠性和安全性，这些系统所使用的操作系统称为实时操作系统。实时

9、指对随机发生的外部事件作出及时实时指对随机发生的外部事件作出及时的响应，并对其进行处理。的响应，并对其进行处理。实时系统通常包括实时过程控制和实时信息处理两种系统。实时系统的特点： 许多实时系统是“专用系统” 对外部时间的响应要求十分及时、迅速，有较强的中断处理机构、分析机构和任务开关机构 为保证系统的可靠性往往采用多机甚至双机结构 实时系统的设计常称为“队列驱动设计”和“事件驱动设计”五、网络操作系统（network operating system） 定义：网络操作系统（NOS）是为了使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规程的集合。 网络操作

10、系统与通常的操作系统的区别： 除了应具有通常操作系统应具有的处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理外，还应具有以下两大功能： (1)提供高效、可靠的网络通信能力； (2)提供多种网络服务功能，如：远程作业录入并进行处理的服务功能；文件转输服务功能；电子邮件服务功能；远程打印服务功能六、分布式操作系统六、分布式操作系统 定义 分布式操作系统：为分布式计算机系统配置的操作系统。能直接对系统中各类资源进行动直接对系统中各类资源进行动态的分配和调度、任务划分、信息传输协调工态的分配和调度、任务划分、信息传输协调工作，并为用户提供一个统一的界面和标准的接作，并为用户提供一个统一的界面和标准的接口口，

11、用户通过这一界面实现所需要的操作以及使用系统资源，使系统中若干台计算机相互协作完成共同的任务，有效地控制和协调诸任务的并行执行，并向系统提供统一的、有效的接口软件集合。 与计算机网络系统存在的区别： （1）分布式操作是网络操作系统的更高级形式，它保持网络操作系统所拥有的全部功能，同时又具有透明透明性、可靠性、高性能性、可靠性、高性能等。 （2）网络操作系统与分布式操作系统虽然都属于管理分布在不同的地理位置的计算机，但最大的差别是：网络操作系统工作时必须确认网址，而分布式系统用网络操作系统工作时必须确认网址，而分布式系统用户则不必知道计算机的确切地址户则不必知道计算机的确切地址；分布式操作系统负

12、责整个系统的资源分配，通常能够很好的隐藏系统内部的实现细节，如对象的物理位置、并发控制、系统故障等。这些对用户都是透明的。 （3）没有制定标准的协议 （4）要求具有统一的操作系统，实现系统操作的统一性 第三节 计算机系统的数据通信基础 水电站计算机监控系统实质上是由多台微机组成的分层分布式的控制系统，主要包括微机监控、微机保护、电能质量自动调节等多个子系统。而各子系统一般采用智能模块化的组成结构，因此必须通过内部的数据通信，才能完成各子系统内部和各子系统之间的信息交换。水电站计算机监控系统及数据通信的特点：水电站计算机监控系统及数据通信的特点： 分层分布式的控制系统，主要有微机监控、微机保护、

13、电能质量自动调节控制等多个子系统 在水电站生产过程中，计算机要求实时，安全可靠地操作被控对象，对生产过程的数据传输的实时性、安全性和可靠性提出极高的要求一、数据通信系统基本组成l通信的基本任务是传递信息，因此通信至少需由三个要素组成，即信息的发送者（称为信源），信息的接收者（称为信宿）以及信息的传播媒介。1、调制与解调 原因：长距离传输数据时，如果也直接传送代表二进位信 息的电平信号，那么导线的电阻会使电信号逐渐减弱，以至于最终接受方无法收到或者识别信号。而研究发现，正弦波之类的持续震荡信号能够在长距离通信中比其他信号传送得更远，因此把这种正弦波信号作为携带信息的“载波” 调制：传送数据时，发

14、送方利用“0”和“1”的区别略为调整一下正弦波信号的幅度（或频率，或相位），这个过程称为“调制”，然后就可以进行长距离传输。 解调：到达目的地时，接受方再把正弦波信号携带的信息检测出来，并转换成适合计算机接受的高、低电平形式。二、数据通信方式二、数据通信方式1、远距离数据通信的基本模型有线形式：双绞线、同轴电缆、光纤无线形式：微波通道、无线扩频 受到干扰时要进行差错检查2、数据通信系统的工作方式单工方式 半双工方式 全双工方式 单工方式资料始终是从A设备发向B设备。 半双工方式资料能从A设备传送到B设备，也能从B设备传送到A设备。在任何时候资料都不能同时在两个方向上传送，即每次只能有一个设备发

15、送，另一个设备接收。但是通讯双方依照一定的通讯协议来轮流地进行发送和接收。 全双工方式允许通信双方同时进行发送和接收。这时，A设备在发送的同时也可以接收，B设备亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条数据传输线。在计算机串行通讯中主要使用半双工和全双工方式 三、数据传输的原理三、数据传输的原理 什么叫基带 在数字信号频谱中，把直流（零频）开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。由于在近距离范围内，基带信号的功率衰减不大，从而信道容量不会发生变化，因此，在局域网中通常使用基带传输技术。 什么叫频带传输 人的语音频率范围在80Hz到12KHz远距离通信

16、信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围传输音频范围（300-3400Hz）的模拟信号）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。 频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。 通常字符同步（或帧同步）传输的同步技术有异步传输和同步传输两种 （1）异步传输：异步传输每次只传送一个字符。（2）同步传输：同步传输每次传送几个字节的数据块。 异步通信及其协议 起始位起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。资料位资料位：紧接着起始位之后。

17、资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。奇偶校验位奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。停止位停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。空闲位空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。波特率波特率：是衡量资料传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制位数。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为101201200字符/秒1200波特。四、常用串行通信技术四、常用串行通信技术 串口是计

18、算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal SerialBus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 RS232串行通信 RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。 DB-9针连接头 - 1 2 3 4 5 /

19、6 7 8 9 / - 从计算机连出的线的截面看RS-232针脚的功能： 数据： TXD（pin 3）：串口数据输出）：串口数据输出(Transmit Data) RXD（pin 2）：串口数据输入）：串口数据输入(Receive Data) 握手： RTS（pin 7）：发送数据请求(Request to Send) CTS（pin 8）：清除发送(Clear to Send) DSR（pin 6）：数据发送就绪(Data Send Ready) DCD（pin 1）：数据载波检测(Data Carrier Detect) DTR（pin 4）：数据终端就绪(Data Terminal Re

20、ady) 地线： GND（pin 5）：地线 其他 RI（pin 9）：铃声指示RS422串行通信接口与PLC控制系统的研究什么是现场总线控制系统？什么是DCS？ 分散控制方式：仪表间相距过远、仪表分散控制方式：仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信息及操作；盘尺寸过大、无法全面了解信息及操作；集中控制方式：危险过于集中，计算机集中控制方式：危险过于集中，计算机出现故障时整个生产装置瘫痪；出现故障时整个生产装置瘫痪；集散控集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中制方式：控制功能分散、操作管理集中-DCS。 RS422串行通信接口 RS-422A总线采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器

21、。如图所示。RS485串行通信 RS-485适用于收发双方共享一对线进行通信，也适用于多个点之间共享一对线路进行总线方式联网，但通信只能是半双工的，线路如图所示。 控制系统的发展过程 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制集散式分布控制系统系统DCS称作第四代。现场总线控制系统现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统作为新一代控制系统，该项技术是将专用微处理器，置入传统的测量控制仪表，使它们

22、各自都具有数字计算和数字通信能力一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场把控制功能彻底下放到现场系统总线对当今微机控制领域带来 的变革 在结构上，现场总线系统打破了传统控制系统采用的一对一的设备连接方式，可实现一对总线上传输多个节点的各种信号（如运行各数值、设备状态、故障信息等），同时还可利用总线为多个设备提供工作电源，大大简化了控制系统结构。 有如计算机网络，把许多分散的计算机系统连接在一起，使计算机的功能发生了神奇的变化神奇的变化，以致把人类引入到信息时代一样，现场总线则使自控系统与设备具有了通信能力，把它们连接成网络系统，加入到信息网络的行列，成为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络第四节 计算机总线技术一、总线的概念 是应用在生产现场、在微机化测量控制设备这间实现双向串行多节点数字通信的