SCADA监控组网总体设计

1、SCADA监控组网总体设计SCADA监控组网总体设计 1、SCADA监控系统通信方式（1） 风电场SCADA的几个术语 风电场SCADA：通常是指监视控制整个站点或分散在广袤地区的若干发电站点的集控系统，该系统/软件用于在控制中心监视、控制、管理风力发电机组。 LCO或RCO：LCO以及RCO分别表示就地控制中 心以及远程控制中心。风电场SCADA系统允许用 户在就地控制中心以及远程控制中心监视、控制、管 理风电机组或风场。 交换机和路由器：指特定的网络设备，交换机用于将风电机组、计算机和其他网络设备联接起来；路由器用于在不同的网络间接收并转发信息。SCADA监控组网总体设计 风电机组路由器：

2、是指装设于风电机组塔底、通过因特网将单台或多台风电机组与一个远程控制中心联接起来的小设备。这些路由器通常称为“工业路由器”或“M2M路由器”（M2M是指机对机）。 控制中心路由器：是指装设于监控中心站点的路由器。这些路由器可以是以小装置形式存在的硬件路由器，或是嵌入在Windows或Linux PC版的软件。 VPN：是指“虚拟专用网络”，就是通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。它可以通过特殊的加密的通讯协议在连接在Internet上的位于不同地方的两个或多个企业内部网之间建立一条专有的通讯线路，就好比是架设了一条专线一样，但

3、是它并不需要真正的去铺设光缆之类的物理线路。SCADA监控组网总体设计（2）工业以太网 以太网是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。工业以态网是指应用到工业控制系统的以态网。它有以下优点：基于TCP/IP的以态网采用国际主流标准，协议开放、完善不同厂商设备容易互联具有操作性；可以实现远程访问、远程诊断；可以用不同的传输介质灵活组合（如同轴电缆，双绞线，光纤等），网络速度快，可达千兆甚至

4、更多；支持冗余连接配置，数据可达性强，数据有多条通路可达目的地；容量几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障，有成熟可靠的系统安全体系；可降低投资成本。SCADA监控组网总体设计（3）风电场SCADA监控的组网方式 风电场SCADA系统组网包括数据采集网络和数据通信网络。数据采集网络如下图所示，主要是指风力发电机主要设备运行数据的采集，由各设备PLC 直接将数据上送至交换机，通过交换机与风电场光纤以太网环路相连接，保证风电场内部的集中监控和数据传输。风电机组数据采集网络示意图SCADA监控组网总体设计 常用的网络设计有四种：总线型、星型、树型和环型。总线型：总线型网络指各网络结点通过线路

5、依次串联的网络。总线型网络的特点是组网简单，但信息传输占用同一物理链路，信号传输速率受到限制 。SCADA监控组网总体设计 星型网络是指某一结点与其他结点均有物理链路连接的网络，其特点是主结点与其他结点均有独立的传输链路，信息传输速率高，信息独立，保密性好，但组网复杂，成本高。环型网络是指依次将各网络结点连接后，将链路首尾结点也连接的网络，它使数据传输的物理链路有2个方向，但在数据传输过程中，必须考虑数据冲突问题。树型网络是一种网络结点呈树状排列的层次结构。这种结构包含多个分支，每个分支又可以包含多个结点，结点按层次连接。其优点是：网络连接简单，维护方便，易于扩展，故障容易分离和处理。但是这种

6、结构可靠性不高，其中任何一个工作站或者链路的故障都会影响整个网络的运行。与星型网络相比，有很多相似的优点，只是树型的扩展性更好而已。 SCADA监控组网总体设计实际在风电场由于风机数量较多，且相互之间的距离较远，一般多采用树型和环型网络结构。SCADA监控组网总体设计风电场的机组之间的通信网络多用环形，目前有以下几种环形网络结构：单环网结构 ：中央监控服务器与现场各风机使用同一环网 ，建议此方案建议应用在风机较少项目（10台以下）上 。风机单环形网络结构图SCADA监控组网总体设计多环网接入服务器结构：多环网结构适应大规模风电场及现场线路复杂的要求，并保证了数据传输的即时性、高效性(10台以上

7、)。网卡连接多环网 ：交换机通过多网卡进入各环网，这样通过物理连接确保各环网信息的独立性 。SCADA监控组网总体设计中心交换机连接各环网 ：使服务器端增强了可扩展性，将其他外围服务器或终端接入风机通讯网，利于后期新增风机功能 。SCADA监控组网总体设计多环相切结构 ：是指服务器已接入一风机环网，其他风机环网通过交换机切入此风机环网。这种网络各风机环网接入同一环网，对此环的带宽占用较多，对风机通讯速度有影响，但适合现场风机极为复杂线路。 多环相切结构 SCADA监控组网总体设计（4）风电场SCADA系统网络设备网卡：网卡（Network Interface Card，简称NIC），也称网络适

8、配器，是计算机连接局域网的基本部件。在构建局域网时，每台计算机上必须安装网卡。网卡的功能主要有两个：一是将电脑的数据进行封装，并通过网线将数据发送到网络上；二是接收网络上传过来的数据，并发送到电脑中。 集线器 ：就是我们通常见到的“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型第二层，即“数据链路层”。 SCADA监控组网总体设计交换机（Switch）：它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按

9、照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。因用途不同交换机的相关性能也不同，见下表：SCADA监控组网总体设计路由器：用于在不同的网络间接收并转发信息。路由器主要有以下三个功能：第一，网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能； 第三，网络管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。SCADA监控组网总体设计（5）风电场

10、SCADA系统通信协议 通信协议：是指通信双方的一种约定，约定包括对数据 格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程。 通信协议具有层次性、可靠性和有效性。局域网中常用的通信协议主要包括TCP/IP、NETBEUI和IPX/SPX三种协议，每种协议都有其适用的应用环境。 TCP/IP协议：是目前最常用的一种通信协议。 TCP/IP是由一组具有专业用途的多个子协议组合而成的，这些子协议包括TCP、IP、UDP、ARP、ICMP等。TCP/IP凭借其实现成本低、灵活性、在多平台间通信安全可靠以及可路由

11、性等优势迅速发展，并成为Internet中的标准协议。目前，TCP/IP已经成为局域网中的首选协议，在最新的操作系统（如Windows XP、Windows Server2003等）中已经将TCP/IP作为其默认安装的通信协议。 SCADA监控组网总体设计 NETBEUI协议：NETBEUI协议由NETBIOS（网络基本输入输出系统）发展完善而来，该协议只需进行简单的配置和较少的网络资源消耗，并且可以提供非常好的纠错功能，是一种快速有效的协议。不过由于其有限的网络节点支持（最多支持254个节点）和非路由性，使其仅适用于基于Windows操作系统的小型局域网中。 IPX/SPX协议：该协议主要应

12、用于基于NetWare操作系统的Novell局域网中，基于其他操作系统的局域网（如Windows Server 2003）能够通过IPX/SPX协议与Novell网进行通信。在Windows 2000/XP/2003系统中，IPX/SPX协议和NetBEUI协议被统称为NWLink 。（novell网与internet网区别：novell网是局域网的一种，是局部小范围使用的。Intenet是广域网，是世界性的。novell网可以加入到Intenet中。novell网所使用的协议，不能和Windows网通讯。如果novell网要上Intenet,必须安装TCP/IP协议 。NETWARE属基于服

13、务器的网络操作系统，现在国内越来越少人使用。但其优点非常显著，在NETWARE做文件服务时，可靠性及效率都远远高于基于MicroSoft的系统，这些特点使用的有些网络启动型的系统，如网吧还是选用基本NOVELL作骨干） SCADA监控组网总体设计2、风电场SCADA系统软件构成（1）软件环境 操作站和服务器用的是软件环境一般使用的有LINUX ,微软的WIDOWS NT/XP 环境等 。（2）支撑平台 SCADA 系统一般由数据库管理系统，网络管理系统，图形管理系统，报表管理系统，系统管理系统组成，各个系统完成各自的功能。 数据库管理系统一般具有以下功能：数据的快速存取,数据的组织,数据之间关

14、系的建立,电网数据模型的建立，标准的访问接口。 网络管理系统要求网络通信以独立进程运行，以COM 接口方式与其它应用接口，它接收网络数据，送给数据需求方，其它应用把要求发送的数据提交给网络，由网络层负责发送。SCADA监控组网总体设计 图形管理系统提供功能丰富、操作方便的图形编辑器，通过图形制导录入数据的功能，可直观地通过图形上的设备，如风电机组、开关、变压器、母线等及其设备组，把相应的遥信、遥测及其它参数录入到数据库，还集成了地理信息系统和机组结构图监测的功能。 系统管理系统主要包括安全管理、分布式网络管理、系统自诊断管理、定时任务管理等。SCADA监控组网总体设计3、国内外著名风电SCAD

15、A系统简介（1）GH SCADA GH SCADA风电场监控系统（以下简称GH SCADA），是英国Garrad Hassan伙伴公司总结其多年开发和现场成功的运行经验，采用先进的计算机软硬件技术和网络技术，专门为风电场设计的计算机监控系统。 其现场通讯网络基于MODBUS 工业标准协议，它可以在简单的网络上使用较快的TCP/IP 协议，运行在WIDOWS NT 上，软件系统使用标准开放接口（OPC ODBC 和网页技术）,所有的局域网和远程用户访问都通过用户访问和易远程访问的标准网络浏览器访问系统（IE Netscape Navigator），每个风机和气象站，电网端都接有一个远程接口单元（

16、RIU），通过RIU 对本地设备进行处理和存储，然后通过光纤传输到远方监控器上。SCADA监控组网总体设计GH SCADA系统典型系统示意图SCADA监控组网总体设计GH SCADA整个系统包括： 每台风力发电机处的一个RIU 测风塔上的一个RIU 变电站处的一个RIU 控制室内的一个GH SCADA服务器和一个19寸的监视器 一个备用的RIU，一台打印机 多语言包括中文的GH SCADA软件系统 （2）美国SECOND WIND 赛风公司 赛风公司通过有线，无线，光纤连接风机，气象站，变电站，和操作中心，赛风公司使用的是一个叫CTM (communicating turbine monito

17、rs)的监视器，放在风机里，气象站的操作建筑物里面，然后和变电站的数据采集器进行连接，它集灵敏RTU，数据记录，和高隔离通路为一身，完成当地的数据处理，并通过通讯协议上传至监控计算机上。SCADA监控组网总体设计SECOND WIND SCADA 系统示意图SCADA监控组网总体设计（3）南瑞NS2000W 风电场监控系统 该系统是在原有的变电站综合自动化系统NS2000 的基础上，针对风电监控的特殊需求定制开发的。NS2000W 由2 层网络构成，包括站控层的计算机网络和间隔层数据通信网络。站控层网络负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议符合国际标准化组织（ISO）模型。硬件设备、数据链路用以太网构成，网络传送协议采用TCP/IP 网络协议，网络传输速率100 Mb/s，站控层网络按双网配置。 间隔层设备通过交换机