牵引供电SCADA系统概述.ppt

电牵/电力SCADA系统讲座自动化学院 赵峰,一、牵引供电SCADA系统概述,1.1 SCADA系统组成,SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统：即数据采集与监视控制系统。远动系统：用电气化手段通过一个或多个相互连接（或非连接）的通道，对远方处于分散状态的生产过程进行集中监测、控制和集中管理，牵引供电SCADA系统是远动系统的一个典型应用。,牵引供电SCADA系统概述,SCADA系统结构展开图,1.2 SCADA系统的基本结构,一、牵引供电SCADA系统概述,SCADA系统由调度端、被控站及信道等组成。调度端：设在电力调度所内完成远动对象的监控、数据统计及管理功能等；被控站（RTU:Remote Terminal Unit）：受调度端监视的站称为被控站，被控站完成远动系统的数据采集、预处理，发送、接收及输出执行等功能；信道：远动信息传输的介质（通路）称为信道，可分为有线信道及无线信道。,一、牵引供电SCADA系统概述,SCADA信息的传输,一、牵引供电SCADA系统概述,下行信息：从调度端发往被控站的信息称为下行信息（如下发遥控，遥调命令），所用通道称为下行信道。上行信息：从被控站发往调度端的信息称为上行信息（如被控站要上送的测量量，开关状态及事故信号等），所用信道称为上行信道。,一、牵引供电SCADA系统概述,CDT方式（循环传送方式）：以被控站的远动装置为主，周期地采集数据，并且周期性地以循环的方式向调度端发送数据，即由被控端传送遥测、遥信量给调度端。POLLING方式（查询传送方式）：以调度端为主。由调度端发出查询命令，被控端按发来的命令工作，被查询的站向调度端传送数据或状态信息。,一、牵引供电SCADA系统概述,工作方式,1：1工作方式,1：N工作方式：指1个调度端端对应各N个被控站,M：N工作方式：指M个调度端对应着N个被控站,一、牵引供电SCADA系统概述,一、牵引供电SCADA系统概述,遥控,遥调,遥测,遥信,遥控是从调度所发出命令以实现开关设备的远方操作和状态切换,遥调是指调度所直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整,遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所,遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所,远动系统基本概念,一、牵引供电SCADA系统概述,地理范围有限，牵引供电系统调度端一般都是一个局域网系统。,局域网(LOCAL Area Network，LAN)：指在一个小的区域内由多台计算机互联的系统，规模可大可小，可能是由几台计算机组成，也可能是几百台组成的网络。,广域网(Wide Area Networt，WAN)：指在一个较大的区域内由多台计算机互联的系统。,特点,1.地理范围很大 2.通信速度慢、误码率高3.网络拓扑复杂、纵横交错成网状4.传输媒体主要为卫星、电话网5.牵引供电系统综合调度系统的主控中心，维修中心，被控站可构成一个广域网系统。,一、牵引供电SCADA系统概述,客户服务器(C/S)结构,指网络中服务的提供方式，请求服务的一方叫客户方，提供服务的一方叫服务器方。,共享资源能力强,集成应用能力强,数据库操作标准化,组网灵活,可靠性高,按需要传入数据库,一、牵引供电SCADA系统概述,浏览器服务器(BS)模式 随着Internet技术的发展，在新代的SCADA系统中，传统的人机界面将保留，主要供调度员使用，新增设的Web服务器供用于需要的管理部门的复示系统，目前广泛使用的基于Web的复示系统即为BS模式。,一、牵引供电SCADA系统概述,操作系统,WINDOWS操作系统,UNIX操作系统,实时多任务操作系统,一、牵引供电SCADA系统概述,常用的关系数据库管理系统有：Microsoft SQL SERVER、SYBASE、Oracle等 关系数据库管理系统提供海量数据的存储、更新及查询、检索；关系数据库管理系统支持SQL查询语言；关系数据库管理系统支持ODBC(开放数据库连接)接口标准；无论采用何种数据库管理系统，应用软件均可以采用相同的接口访问数据库系统；WINDOWS操作系统可通过控制面板中管理工具之ODBC界面设置。,数据库管理系统,一、牵引供电SCADA系统概述,第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统,第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，操作系统一般是通用的UNIX操作系统,第三代 90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA)系统称为第三代,第四代 综合SCADA系统主要特征是采用lnternet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术,1,2,3,4,SCADA系统的发展,一、牵引供电SCADA系统概述,1.SCADA系统与其它系统的广泛集成,2 变电所综合自动化,4 面向对象技术、Internet技术,3 专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用,为SCADA系统提出新的要求,二、牵引供电SCADA系统调度端,SCADA系统调度端:能正确和及时地掌握每时每刻都在变化着的牵引供电系统设备运行情况，处理影响整个牵引供电系统正常运行的事故和异常情况；对所有数据进行分析，处理，存储及打印，以友好人机界面向调度员显示，转发其它系统共享。调度中心（调度端）是SCADA系统的中枢。,概述,二、牵引供电SCADA系统调度端,SCADA系统调度端基本结构及原理,发展时期,集中式,分布式,开放自律分布式,二、牵引供电SCADA系统调度端,集中式调度自动化系统结构,一台计算机作为主计算机构成系统,由该主计算机联接人机联系和通讯的工作。,无冗余度的单机系统,牵引供电SCADA系统调度端,无冗余度的单机系统 采用通信控制专用计算机和人机联接专用计算机的系统,它提高了主计算机的工作负荷能力。,二、牵引供电SCADA系统调度端,双机系统 双机系统通常由两台完全相同的主机及外设。平时一台计算机承担在线功能，另一台处于热备用状态。当在线机故障时，自动进行切换，由备用机承担主要任务。,二、牵引供电SCADA系统调度端,新一代调度管理系统是分布式网络化系统，共享一套数据库管理系统，人机交互系统和分布式支撑环境.系统各网络功能节点可以集成在同一节点上，也可分散驻留于不同节点，配置灵活，每个单独的系统都可独立运行。分布式SCADA系统调度端一般为局域网系统，其主要系统为数据服务器，WEB服务器，调度员工作站，维护工作站，通信前置机及打印机，模拟屏（大屏幕显示器）等外设组成。,分布式SCADA系统调度端结构,二、牵引供电SCADA系统调度端,分布式SCADA系统结构图,二、牵引供电SCADA系统调度端,系统特点,(1)主网结构采用双LAN，提高了网络通信的可靠性。,(2)按功能和信息流向分组，分层，连接隔离可减少网上报文”碰撞”机会，提高了主网络系统的传输效率。,(3)主备数据库服务器通过第三网络接口板连接至企业MIS，实现与外部系统的开放数据访问。,(4)关键节点均采用主-备结构的双机热备份冗余配置。,(5)SCADA人机工作站作为学员端需从应用数据网获取数据提高了网络效率。,(6)通信前置系统由标准的终端服务器组成。,二、牵引供电SCADA系统调度端,SCADA系统调度端组成功能及性能指标,调度端是接收和转发信息并进行监视控制的主站系统。主站系统中的通信控制器从各个远动终端取得信息后，主计算机进行数据处理，检测一些参数是不是有越限现象发生，断路器有没有变位等，并将结果通过显示器或模拟屏向调度员报告。,二、牵引供电SCADA系统调度端,二、牵引供电SCADA系统调度端,SCADA系统调度端系统组成:数据库服务器，WEB服务器，调度员工作站，维护工作站，分析员工作站，通信前置机，GPS，以及模拟屏（大屏幕显示器），UPS，打印机等外设组成。,二、牵引供电SCADA系统调度端,SCADA系统调度端结构图,二、牵引供电SCADA系统调度端,定义：系统的数据采集与处理子系统，习惯称为通信前置机系统（FEP）功能：作为SCADA系统调度中心与被控站联系的枢纽在SCADA系统中起着重要作用。,通信前置机系统,前置机系统是调度主站系统的重要子系统。,牵引供电SCADA系统调度端,通信前置机系统软件结构图,二、牵引供电SCADA系统调度端,通信前置机的几种应用模式,二、牵引供电SCADA系统调度端,服务器功能：服务器作为调度端系统的核心部件，其主要功能为处理和存贮调度管理自动化系统所控制和管理对象的特征数据、运行数据，管理并维护系统所用的所有静态数据库和动态数据库，为网络上其它节点工作站提供全面的数据服务，并提供实时和随机打印服务。,二、牵引供电SCADA系统调度端,服务器系统,服务器硬件：WINDOW服务器Linux服务器UNIX服务器,数据库平台：SQL ServerSybase for UNIXOracle for UNIX,服务器软件平台：UNIXWindows ServerLinux,数据库管理的目标：减少数据冗余度，实现数据资源共享。使数据具有独立性，提高应用程序的生命力。实现数据集中管理，提高安全性和完整性,二、牵引供电SCADA系统调度端,牵引供电调度自动化系统数据库模式1.客户/服务器模式特点：服务器处理数据，客户端向服务器请求所需数据。,牵引供电SCADA系统调度端,2.分布式数据库结构特点：1）数据分散到各个节点2）具有独立的数据处理能力3）通过网络可构成整体数据库,牵引供电SCADA系统调度端,调度员工作站,调度端调度员工作站是调度人员对电力系统进行监视和控制的人机联系设备。1.遥控功能 1）单控-控制被控站内的某开关设备的状态，如：断路器及隔离开关 2）程控-对被控站一系列开关设备按预定的顺序进行状态控制 2.遥控试验-控制被控站远动装置试验开关，检查遥控过程的各环节设备是否正常 3.复归操作-对被控站声光报警等信号可以进行复归的操作。该操作无遥信返回，操作完成后，系统给出操作输出执行的提示。4.模拟操作-可对开关进行不下位模拟对位操作，并用不同符号或颜色区别于正常状态。5.闭锁、解锁-已闭锁的开关不能再进行操作，再操作时，必须先解锁,牵引供电SCADA系统调度端,遥控操作可有多种方式，系统除常用遥控操作模式外，还增加保证安全操作控制功能的其它多台调度模式，如互锁模式和双台监督模式。遥控互锁模式：为确保对同一被控站的控制准确性，同时只有一个调度员对其进行发令控制。控制令可全系统设置一个，实现同时只允许一个调度席可发布控制令；也可按变电所设置，实现同一时间只有一人对同一变电所实施控制。双台监督模式：若设有上级系统总调度员，则总调度介入操作时，具有最高权限，率先取得控制令，此功能专为严格执行“一人执行一人监督”的规范操作而设，当副席调度发控制令时，需由主席授权确认，监督控制命令下发执行，同时系统完整记录控制操作及监督过程。,二、牵引供电SCADA系统调度端,2.遥信显示处理功能1）遥信监视内容,正常运行状态监视,不论装置在何种状态下，所有牵引供电系统、电力变配电系统的被监控设备的分、合状态，线路带电状态，以及被控站通信状态，调度主站设备状态均可以在显示器和投影系统上进行显示。,异常运行状态的监视,当牵引供电系统发生故障和事故时，变位信号优先送往调度所控制中心，在投影系统和显示器上将有相应提示。,二、牵引供电SCADA系统调度端,系统报警处理功能有报警一览画面，实时打印，存档，及声光报警等，当牵引供电系统及供电设备出现非正常运行或预告信号时，发出非紧急故障报警，出现事故时发出紧急故障报警，两种音响有明显区别，并提供警报确认，分类、归档及存储手段。报警可分为不同优先级，所有报警 可根据不同的条件分别提取并显示、打印。,2）报警信息处理,二、牵引供电SCADA系统调度端,报警条件：供电系统异常 供电系统设备异常 调度系统设备故障 变电所自动化设备故障 通道或变电所自动化设备电源故障 保护装置动作,二、牵引供电SCADA系统调度端,警报种类,变位报警,预告报警,越限告警,事故报警,警报种类：系统的所有警报将根据警报条件可在警报表上分别列出显示。,设备故障告警,二、牵引供电SCADA系统调度端,显示和处理方式：在调度员工作站显示器及投影系统上能够实时显示牵引供电系统所、亭主接线图、站场线路图设备及线路带电状态等动态画面。,二、牵引供电SCADA系统调度端,3.遥测监视功能-系统通过交流采样方式对被控站系统运行参数进行实时采集 并在调度系统进行实时监视 1）显示处理在LCD显示器所显示的被控站主接线图上，以数字方式实时显示电流、电压及功率等测量参数。电流、电压、功率等曲线图：在伺一曲线图上可以同时用不同的颜色来显示多条不同的相关模拟量以进行比较。电度量直方图：可以同时用不同颜色显示有功、无功电度量。定期统计报表：系统按每时天、月、季、年）定期统计电度量，模拟量极值，开关动作次数（区分操作与事故情况）、主要设备的运行、退出时间，并列表存储。对模拟量越限进行统计列表，内容包括：越限出现、复限时间、持续时间、越限极值等。对牵引变电所谐波含量及畸变率进行监测并统计列表。,二、牵引供电SCADA系统调度端,2）模拟量数据处理 阀值监视：系统只接收有效变比的值，当数值变化超过指定的阀值范围时传送给控制站，每个模拟量值的阀值域可参数化，阀值可在线设定或修改，并可通过数据库进行修改。刻度值处理每个模拟量值具有通过数据库定义的特性曲线，它定义了测量值转换成工程值的规则限值校验每个模拟量值根据数据库定义的四个限值可进行检验，限值包括：上限、上上限、下限和下下限，并可进行变化率的报警检查。所有限值均可在线进行修改。每个量与正常值的偏差限值由数据库中定义。最大最小值的计算 对所定时间范围内，选出遥测点的最大和最小值，并存入数据库中当所测量的参数出现越限时，在显示器画面该参数显示数值上给出底色提示，以提醒操作员密切注意该参数的变化情况。,二、牵引供电SCADA系统调度端,3）脉冲量数据处理 传送数值定义至数据库地址 增量、累加和刻度的计算 存贮至数据库内 为电度量参数提供手动置数功能，及置数后的日报，月报，年报的自动统计，并刷新数据库。,二、牵引供电SCADA系统调度端,4）事故追忆功能 为便于分析事故原因，可在调度员工作站查询完善的事故追忆功能，可在线修改事故追忆触发点定义。事故追忆功能被触发时，在显示器上推出画面向调度员发出信息提示。追忆数据可以表格方式显示和打印。追忆内容为：故障时间、故障内容、事故发生时的录波数据等。事故追忆主要供事故分析使用。事故追忆是数据处理系统的增强性功能，它使调度员在一个特定的事件发生后，可以重新显示扰动前后系统的运行情况和状态，以进行必要的分析。,二、牵引供电SCADA系统调度端,5）事件顺序记录 SACDA系统对断路器和保护信号的动作顺序能够以ms级进行记录。能够在调度员工作站上显示动作顺序，并在打印机上打印。顺序事件及时存档，存档保存时间可由调度员确定。（1）按时间先后记录厂站遥信变位状况，并保存在数据库中；（2）具有40ms可调去抖功能；（3）可按主站、时间、事项类型等多种方式检索历史记录。,二、牵引供电SCADA系统调度端,6）画面显示功能 调度员工作站可以显示系统的各种画面，其画面显示功能如下：（1）系统采用全图形、多窗口化显示风格，可同时监视多幅画面，可以滚动显示画面。（2）画面的背景色有多种颜色可供用户选择。（3）用户画面窗口具有平滑缩放功能，缩放时画面上的各设备动态符号相对位置保持不变，且是全图形的。（4）系统单线图的动态显示智能化，除原始信息从被控站获取外，其他所有动态显示的逻辑判断功能，均是自动实现的。（5）系统提供丰富的用户画面，配置各种图表显示方式。,二、牵引供电SCADA系统调度端,（6）主要用户画面种类如下：线路示意图：以地理图方式显示线路走向及车站设置。供电系统示意图：动态显示牵引供电网络及各主要设备运行状态。电设施分布示意图：显示全线各种变电所的位置分布。可调出二级显示调度监控系统运行工况图：包括调度所设备、被控站设备、通道等在内的整个电力监控系统配置情况及各设备运行状态等信息。变电所综合自动化构成示意图：包括控制信号盘、间隔单元、所内监控网络等配置情况及各种模块运行状态等信息。各变电所主接线和接触网线路图：动态显示各变电所的主接线、接触网线路和设备的运行状态及系统运行参数。,二、牵引供电SCADA系统调度端,程控显示画面：在主接线图中用鼠标点中程控操作菜单后，将显示该站的程控项目窗口。遥测曲线画面：显示各遥测量的趋势曲线。电度量直方图：显示有功电度量和无功电度量。统计报表：显示各种报表，包括以下报表，还可根据用户要求定制。事件记录、操作记录、警报记录。每日（月、季、年）电量及极值统计报表。设备档案报表。,牵引供电SCADA系统调度端,分析员工作站 充分利用调度自动系统的各种现场数据，如整定,录波等数据以友好的人机界面提供多种结果。了解牵引供电调度监控系统的网络设备构成、对牵引供电系统及电力监控系统本身的设备档案及调度文档的管理、统计报表的生成制作、事故分析等。可分类显示各种主要设备参数、故障信息列表记录，并可对系统设备维护进行记录。,二、牵引供电SCADA系统调度端,分析员工作站系统功能设备档案管理调度文档的管理统计报表的生成制作事故分析整定值设置及整定区切换,二、牵引供电SCADA系统调度端,维护工作站 维护工作站完成整个系统的数据建立及修改、画面建立及修改、系统动态监视、环境参数设置，发布系统的一些重要命令、报表记录的查询转存，数据维护等功能。,二、牵引供电SCADA系统调度端,模拟屏（大屏幕投影仪）模拟屏主要显示电力系统的全貌和最关键的开关状态和运行参数。它是调度人员监视电力系统运行的传统手段。模拟屏有不对位和灯光式两种。模拟盘缺点：1）不便于修改画面、扩容2）不能与视频显示接口大屏幕投影墙显示方式特点：操作员对全线情况一目了然，方便操作灵活，可以显示视屏等多种格式信息画面修改后显示不受影响。,二、牵引供电SCADA系统调度端,电力调度中心模拟屏图,二、牵引供电SCADA系统调度端,牵引供电调度中心大屏幕图,二、牵引供电SCADA系统调度端,复示终端 复示实质上是调度员控制台的一种，但操作权限小，它不是装在调度室内而是装在远方。它可让未装中央监视系统的下级调度中心值班人员监视所管辖的电力网信息，或作为上级主管和有关业务部门了解电力系统运行情况的工具。,二、牵引供电SCADA系统调度端,打印机 打印机是主要的记录设备。电力系统中发生的异常或事故，发生的时间顺序以及日常的正点运行报表都要通过不同的打印机打印出来。记录仪表和拷贝机对于特别重要的参数，如频率和联络线交换功率等，可以设置记录仪表，可将这些参数的变化曲线完整的记录下来。拷贝机可以把重要的屏幕显示器画面拷贝下来，以备事后分析和查询。,二、牵引供电SCADA系统调度端,GPS时钟 在调度端和被控站内均设有GPS时钟系统，正常情况下，控制站站设备和被控站设备的时钟都与GPS时钟系统对时，以保证所有设备时钟同步。当GPS时钟系统故障时，系统自动采用软件对时。此外，系统能够监视GPS时钟系统的状态，显示通信状态等信息。,SCADA系统调度端典型案例,哈大线牵引供电SCADA调度系统 项目概况 哈大线牵引供电系统管辖全线近950km的复线电气化铁路的17个变电所，供电范围包括哈尔滨、长春、大连、沈阳四个原铁路分局。全线在沈阳设置一个总牵引供电调度所，在哈尔滨、长春、大连设置三个分调所。,SCADA系统调度端典型案例,调度端结构组成:哈大线SCADA系统设一个主调度中心，三个分调度中心，是一个基于广域网的调度端（WAN）系统结构。主控中心内部采用10M/100M自适应局域网连接要由主服务器、GPS全球定位系统、调度员工作站、数据维护工作站、通信前置机、网络设备及相应的外围设备组成。各分控中心内部通过10M局域网相连，只配置有调度员工作站及相应的网络和外围设备。主控中心和分控中心间通过路由器和高速MODEM相连。,SCADA系统调度端典型案例,哈大线SCADA系统调度端结构图,SCADA系统调度端典型案例,广深线电力SCADA调度系统项目概况:广深线10KV电力远动系统系于1997年投运，全线共管辖8个配电所，13个开关站。全线电力远动系统分为2个通信群，通道结构为环形通道，第一群通道管辖3个配电所，6个开关站；第二群通道管辖5个配电所，7个开关站。,SCADA系统调度端典型案例,广深电力SCADA系统结构图,SCADA系统调度端典型案例,秦沈线SCADA系统调度端项目概况:秦沈客运专线在沈阳分局设牵引供电调度所,该远动系统由设在调度所内的控制站设备、远动数据传输通道、设在沿线各牵引变电所、分区所、开闭所、网上开关站及维修基地远动复示终端设备组成。全线调度划分为两个调度台。第一调度台管辖范围为由山海关至锦州南（含），包括四个牵引变电所、一个开闭所、三个分区所、一个网上开关站；第二调度台管辖范围为由锦州南（不含）至分局界（锦州与沈阳分局），包括三个牵引变电所、四个分区所、一个网上开关站。一个分区所及一个网上开关站纳入既有哈大线沈阳牵引供电调度所。其中分局界分区所采用一机双调方式.,SCADA系统调度端典型案例,秦沈客运专线SCADA系统调度端结构图,SCADA系统调度端典型案例,胶济线牵引供电SCADA系统项目概况:胶济线青岛分局范围新建电力调度所1处，管辖范围包括新建牵引变电所8处（含V停开关的监控）、开闭所2处、柱上分区所9处（含V停开关的监控），及独立设置的负荷隔离开关RTU2处，8座牵引变电所和9处柱上分区所，港湾、东风开闭所。,SCADA系统调度端典型案例,胶济线SCADA系统调度端系统结构图,SCADA系统调度端典型案例,系统主要特点：,1,采用大容量的RAID5级光通道磁盘阵列,2,UNIX+WINDOWS相结合的稳定灵活的操作系统平台,3,系统具有“1+N”冗余功能，系统中的调度员工作站、打印机均可实现“1+N”冗余备用。,SCADA系统调度端典型案例,上海铁路局管内综合牵引SCADA调度端系统项目概述:上海铁路局电力调度所设置一套调度监控系统，对其在京沪线，沪杭线，浙赣线所管辖的牵引变电所、分区所、开闭所以及枢纽接触网开关等牵引供电设施进行实时数据采集和集中监控管理，是一个综合调度自动化系统：该调度系统由设在电力调度所内的控制站设备、调度监控系统数据传输通道及设在沿线各牵引变电所、分区所、开闭所的被控站综合自动化设备组成。该调度系统划分为六个调度台。,SCADA系统调度端典型案例,上海局SCADA系统调度端结构,SCADA系统调度端典型案例,系统特点为：管辖区域广，被控站点多，被控站无人值班，信息量大采用开放性跨平台结构，扩展自如，配置灵活，可满足不同用户或不同系统的需求。采用SDH高速数字通信网采用新型高效的存储模式，存储设备独立于服务器平台，易于实现不同服务器平台的数据共享高速光纤存储网利用光纤网络的网络存储系统，提高了系统的可扩展性和可伸缩性，易于实现海量存储实现存储网与实时应用网的分离，即保证了大数据流，多用户访问的实时、可靠性，又不影响在线应用的实时性，解决大型调度系统中的LAN带宽瓶颈问题。,SCADA系统调度端运行中常见故障及处理,调度端设备显示信息及分析 SCADA系统调度端一般设置维护工作站，在维护工作站上可以运行监控程序显示调度系统设备的运行状态，可以查询调度设备的启动停止记录，调度设备中的UPS停电时还可通过网络信使通知各网络节点工作站，提示UPS电池所能供电的时间，以便调度人员及时做好处理。,SCADA系统调度端运行中常见故障及处理,被控站设备运行情况监视及分析 SCADA系统被控站一般由传统RTU或综合自动化系统组成。对传统RTU可以通过板级自检命令测试被控站各模板，对变电所综合自动化系统可以通过对其各保护测控单元的状态监视其工作状态，在遥控过程中出现“遥控失败”，“选择失败”提示，也多为测控模板故障。在调度员工作站由形象的动态通道监视图标，调度员在完成遥控操作时也可以先确认通道的正常，也可以通过对某一被控站的实验对象进行控制测试通道(及测控模块)。通道故障也可通过一些调度命令的提示进行判断。,SCADA系统调度端发展趋势,分布式的体系结构,由封闭，专用型向开放型转变,采用面向对象技术,SCADA/EMIS/CTC的一体化综合系统,1,2,3,4,二、牵引供电SCADA系统调度端,牵引供电SCADA系统调度端,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,牵引供电SCADA系统为了实现对牵引供电设备的集中管理和统一调度，就必须建立与之相适应的专用通信系统。因此，通信系统是牵引供电SCADA系统的重要组成部分，也是整个牵引供电系统实现调度自动化和管理自动化的基础。,概述,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,通信系统的模型,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,模拟通信系统是指利用模拟信号来传递信息的通信系统。信源发出的信号，无论数字信号还是模拟信号都是基带信号，基带信号具有频率很低的频谱分量；不便传输，因此需要将其变换为适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换还原完成这种变换和反变换的设备为调制器和解调器。,模拟通信,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,数字通信系统是指在通信系统中所传输的是二进制或多进制数字信号的一种通信方式。它的主要特点就是在调制之前要经过两次编码，相应地，在接收解调后也要经过两次译码。模拟信号转换为数字信号主要有两种方式：一是脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation)，另一种是增量调制(AM),数字通信,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,数据通信 所谓数据通信是指信源本身发出的就是数字形式的消息，如电报、计算机数据及指令等。数据通信系统框图与数字通信系统类似，但它与数字通信系统之间最大的不同在于，其信源发出的信号为数字信号，无需经过模/数转换，而只需考虑对信源进行压缩编码措施以降低信源的冗余度，提高有效性。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,远距离数据通信,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,通信网就是在一定范围内以通信设备和交换设备为点，以传输设备为线，按一定顺序点线相连形成的有机组合的系统，它可以完成多个对多个用户的通信。构成通信网的基本要素有终端设备、传输链路和交换设备。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,第一阶段：面向终端的计算机网络,第二阶段：计算机计算机的简单网,第三阶段：开放式标准化的网络,第四阶段：计算机网络的高速化发展阶段,数据通信网是计算机技术和通信技术相结合的产物，亦称计算机通信网，主要是实现计算机与计算机或数据终端与计算机间的通信而建立的网络,主要特点：资源共享和信息交换,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,1.通信网络和通信设备间需要互连互通2.计算机网络所涉及的硬件、软件种类繁多3.计算机设备又出自不同的厂商，用于不同的目的,灵活、标准化的通信接口及协议能适应不同应用环境、不同用户的需要,国际化标准组织制定了开放系统互连OSI(Open System Interconnect)的七层参考模型,1,2,3,根源,需求,结果,计算机网络互连,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,ISOOSI七层参考模型,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,Internet是世界是最大的计算机网络，随着Internet的普及，TCP/IP协议也成了计算机网络互连的标准协议，TCP/IP参考模型仅包括四层，更加简洁。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,牵引供电SCADA系统通信网络基本概念,牵引供电SCADA系统通信网络要实现在调度端计算机与被控站系统间的数据传输，因此它属于数据通信系统的范畴，其任务是将调度端的计算机监控数据可靠、安全、实时地传送到被控站，同时，还能将被控站采集的各种现场数据传送至调度端。,牵引供电SCADA系统通信网络模型,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,当前铁路通信网络主要采用SDH系统,SDH简介 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字体系是在PDH（准同步数字体系）发展出现许多无法克服的缺陷情况下发展起来的。PDH缺点：仅有标准化的电接口而没有标准化的光接口,导致各厂家自行生产不能直接从光到光实现直通和调配 两大不同数字系列的兼容性问题，北美和日本采用的是1544kbit/S系，又称T1系列;以欧洲、中国为代表的采用的是2048kbit/S系列，又称E1系列 对数字通信网的管理能力严重不足 交叉、复接异常复杂,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,SDH特点：具有世界范围内统一的网络节点接口，易于不同厂家设备的互连、互通有一套标准化的信息结构等级,称为同步传送模块STM-1、STM-4、STM-16、STM-64 155Mbit/s,622Mbit/s,2488 Mbit/s和99532 Mbit/s网管功能十分强大可以非常容易实现自愈功能既能够兼容现存的各种PDH系列,又充分考虑到未来发展需要,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,SDH网络结构图,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,牵引供电SCADA通信网络的拓扑结构主要有如下五种结构：星形、总线形、环形、树形，网状,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,网状结构,调度端和被控站可以组成分散主动的网状拓扑结构，无论是来自调度端还是被控站的报文由一个站传往另个站传递的次序根据目的地址来进行选择。,树形结构,树形结构是个分层分支的结构，调度站一个分支和节点故障不影响其他分支和节点的工作。,环形结构,调度端通过两个通信口与远近两个被控站相连。,总线(T)形结构,调度端经过共线信道与被控站相连，任何一个节点发出的信息都可沿着总线传输，并被总线上其它任何一个节点接收。,星形点对点结构,它以调度端为中心，分别向各个被控站节点发送数据，一旦在调度端与被控站节点间建立连接后，这两个节点之间就是一条专用连接线路。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,数据通信及传输方式,在SCADA通信系统中，为了提供对信息进行有效而又可靠的传输，常采用以下几种通信方式：,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,并行传输 并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上的传输。,按照数字信号在通信信道里的基本传输方式,串行传输 串行通信就是将数据比特流按位在一条信道上传送。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,异步传输方式：是以字符为单位进行同步,优点：每一个字符本身就包括了同步信息不需要在线路两端设置专门的同步设备，收发同步简单缺点：每发一个字符就要填加一对起止信号，造成了线路的附加开销，降低了通信网络的可用性,常用的同步技术有两种：异步传输方式和同步传输方式。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,同步传输方式：以固定的时钟节拍来串行地发送数字信号,特点：需建立收、发双方的同步时钟。即不管是否传送信息，要求收发两端的时钟都必须在每个比特（位）上保持一致,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,编码或编码组具有纠错和检错能力常用的差错控制编码方法有：偶校验码 恒比码 汉明码 循环冗余校验码（又称CRC码）等 在牵引供电SCCADA系统中，差错控制编码常采用奇偶校验码和循环冗余校验码。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,前向纠错（FECForward Error Correction）,优点：前向纠错不需要反向信道，也不存在由于反馈重发而造成的时延，因而实时性好缺点：需要较为复杂的编、译码设备；需要较多的冗余码元，使传输效率有所下降应用：误码率较少的单向信道,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,检错重发（ARQAutomatic Repeat Request）,原理：发送端对所发送的序列进行差错编码接收端根据检验序列的编码规则判决有无误码若有误码，利用反向信道要求发送端重发有错的信息直至接收端收到正确的信息为止,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,混合纠错(HEC-Hybrid Error Correction)发送端发送具有一定纠错能力的码字接收端对所收到的数据进行检测若发现错误，就对少量的能纠正的错误进行纠正对超过纠错能力的差错通过反馈重发方式予以纠正优点：弥补了反馈重发和前向纠错的缺点,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,(1)音频线路频率范围:300-3400Hz;线路特性阻抗:6000欧电缆传输方式：二线或四线全双工;传输距离：不超过23公里;通道杂音电平：-55dB;信号线间串扰电平：-65dB信噪比：17dB（含瞬时）比特差错率：105（在信噪比为17dB时）,通信信道常用的实现方式:音频通道、光纤通道和无线通道,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,(2)光纤线路,优点：宽频带、大容量、中继距离长、抗电磁干扰能力强,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,通信系统的质量指标,衡量和评价一个通信系统性能优劣的主要指标是系统的有效性和可靠性。,(1)模拟通信系统的质量指标 对于模拟通信系统，衡量模拟通信系统的可靠性的指标信躁比，其定义为：信躁比=信号平均功率噪声平均功率之比 信躁比越大，表示通信质量越高。牵引供电SCADA系统模拟通信系统常采用音频通道，为了保证通信质量，要求信噪比：20dB。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,(2)数字通信系统的质量指标 衡量数字通信系统的可靠性的指标是误码率，其定义为：误码率=出现错误的比特数传输的总比特数 误码率越低，反映数字通信系统的可靠性就越高，通信质量就越好。在有线通信系统中，一般要求误码率为10-6；光纤通信中要求误码率10-8。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,3.3 主要通信设备及通信介质,调制解调器路由器光端机通信介质*双绞线*同轴电缆*光缆*无线信道,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,3.4 牵引供电SCADA系统与被控站通信规约,通信规约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。通信协议应由以下三部分组成：(1)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。(2)语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议元素的类型，如规定通信双方遥发出何种控制信息，执行什么动作和返回什么应答等。(3)定时关系：规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系等。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,循环式传输通信规约 基于循环式工作方式，以被控端为主动方，循环不断地向调度端发送遥测遥信等数据，调度端按规定的格式逐一接收，帧由同步字控制字及信息字组成。适宜于：点对点通道结构 对应国标：CDT-DL451-91 在牵引供电SCADA系统中，调度端与被控站很少采用循环式通信规约，但在与地方电力系统进行复式接口时，常采用此规约。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,问答式通信规约 适用于调度端与一个或多个被控站进行通信。该规约适用于多种信道结构(点对点，总线型，环型等)。其信息传输方式为异步方式，报文内容以字节为单位，附加启动位，奇偶位和停止位。在牵引供电SCADA系统中，调度端与被控站一般采用问答式通信规约（IEC60870-5-101)。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,基于TCPIP协议的网络通信规约 随着以太网技术和TCPIP协议的普及，出现了标准化的基于TCPIP协议的网络通信规约，IEC60870-5-104规约，该规约的应用层采用与IEC60870-5-101完全致的报文结构和格式，只是接口层和数据链路不同，适用于调度端和被控站的通信接口设备均支持以太网接口的情况。,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,3.5 典型应用案例,1.2M数字环形通道,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,2.层次型通道结构,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,牵引供电SCADA系统的通信与网络技术,4 远程视频