《城轨监控技术》PPT课件

孟孟 军军1SCADA 系统系统概述概述1 11 1 微机监控系统概述微机监控系统概述1 11 11 1 工业自动化与计算机工业自动化与计算机 微型计算机的出现，加速了信息社会的进程，并由此微型计算机的出现，加速了信息社会的进程，并由此而产生了种种令人神往的预测。而产生了种种令人神往的预测。微电子技术影响较大的领域之一，是自动化技术工具微电子技术影响较大的领域之一，是自动化技术工具的进步和完善。自动化技术工具的进步和完善促进了自动的进步和完善。自动化技术工具的进步和完善促进了自动化技术的进一步发展，工厂（工业生产）自动化、农业自化技术的进一步发展，工厂（工业生产）自动化、农业自动化、办公室自动化、家庭自动化，即所谓动化、办公室自动化、家庭自动化，即所谓“4A4A”，已成，已成为国际上的热门话题。为国际上的热门话题。工业过程控制是计算机的一个很重要的应用领域。工业工业过程控制是计算机的一个很重要的应用领域。工业控制机正是为满足这一特定的工业应用领域而发展起来的。控制机正是为满足这一特定的工业应用领域而发展起来的。它是现代化工业实现自动化不可缺少的工具。它是现代化工业实现自动化不可缺少的工具。工业控制机工业控制机是以电子计算机为核心的测量与控制系统。是以电子计算机为核心的测量与控制系统。工业测控系统通常是由包括工业测控系统通常是由包括传感器、过程输入输出设传感器、过程输入输出设备、计算机以及执行机构备、计算机以及执行机构等部分组成的。由系统对客观世等部分组成的。由系统对客观世界的各种工作状态进行实时数据采集、处理并对其实施控界的各种工作状态进行实时数据采集、处理并对其实施控制，从而完成自动测控任务。制，从而完成自动测控任务。航空、航天、核能、电力、煤炭、石油、化工、冶金、航空、航天、核能、电力、煤炭、石油、化工、冶金、机械、电子、交通、轻工、纺织等，都在努力实现这种测机械、电子、交通、轻工、纺织等，都在努力实现这种测控自动化。控自动化。1 11 12 2 计算机与微机监控系统计算机与微机监控系统 凡有微型计算机参与生产过程的监视、监测和控制管理凡有微型计算机参与生产过程的监视、监测和控制管理的系统都可叫做微机监控系统。的系统都可叫做微机监控系统。计算机参与生产过程控制有计算机参与生产过程控制有开环控制开环控制和和闭环控制闭环控制两类方两类方式。式。开环控制（离线控制）开环控制（离线控制）：计算机的计算结果仅作为指导：计算机的计算结果仅作为指导生产的参考，生产过程的控制尚须由人工干预实施。生产的参考，生产过程的控制尚须由人工干预实施。闭环控制（在线控制）闭环控制（在线控制）：系统的输出量对控制作用有直：系统的输出量对控制作用有直接影响，计算机的计算结果，直接用来控制执行机构，生接影响，计算机的计算结果，直接用来控制执行机构，生产过程的控制无需人工干预。产过程的控制无需人工干预。对于任何生产活动都应给以科学的管理，为此，首先对于任何生产活动都应给以科学的管理，为此，首先必须及时掌握生产的实际情况，然后才能作出正确的判断，必须及时掌握生产的实际情况，然后才能作出正确的判断，使生产过程尽可能维持在最佳状态。使生产过程尽可能维持在最佳状态。采集生产过程的实时采集生产过程的实时数据进行监视和控制是科学管理生产的基础。数据进行监视和控制是科学管理生产的基础。初级阶段：人工进行；初级阶段：人工进行；高级阶段：机器承担，按照人的意志自动完成。高级阶段：机器承担，按照人的意志自动完成。现代生活中有许多的大型工业生产系统，比如电力系统、铁现代生活中有许多的大型工业生产系统，比如电力系统、铁路系统等，组成大型工业生产系统的生产设备及生产部门多，路系统等，组成大型工业生产系统的生产设备及生产部门多，且分散在相距甚远的广阔地区。为了保证系统的正常工作，构且分散在相距甚远的广阔地区。为了保证系统的正常工作，构成系统的各部分必须在一个调度机构的统一指挥下协调工作。成系统的各部分必须在一个调度机构的统一指挥下协调工作。为此，调度机构要随时了解系统各部分在生产过程中的实际情为此，调度机构要随时了解系统各部分在生产过程中的实际情况，并要此基础上作出对生产过程进行指挥的策略。为了使调况，并要此基础上作出对生产过程进行指挥的策略。为了使调试工作既满足实时性好，又保证可靠性高，于是便产生了远动，试工作既满足实时性好，又保证可靠性高，于是便产生了远动，并要综合了自动控制理论、计算机技术和现代通信技术之后迅并要综合了自动控制理论、计算机技术和现代通信技术之后迅速发展起来。速发展起来。1.2 远动技术的概念远动技术的概念 远动技术是远动技术是对物体或各种过程进行远距离测量和控制的综合对物体或各种过程进行远距离测量和控制的综合技术，称为远动技术，称为远动(TelecontrolTelecontrol)技术，它具有在人和机器或机器与技术，它具有在人和机器或机器与机器之间远距离交换信息的功能。机器之间远距离交换信息的功能。传统远动装置的主要功能为传统远动装置的主要功能为“四遥四遥”遥控、遥调、遥测、遥控、遥调、遥测、遥信。遥信。一、一、“四遥四遥”功能的定义功能的定义 1.遥控即远程命令遥控即远程命令(TelecommandTelecommand):对被控对象进行远距离对被控对象进行远距离控制，即应用远和通信技术，使运行设备的运行状态产生变化。控制，即应用远和通信技术，使运行设备的运行状态产生变化。被控对象可以是固定的也可以是运动的。这种命令只取有限个被控对象可以是固定的也可以是运动的。这种命令只取有限个离散值，通常只取两种状态命令，例如开关的离散值，通常只取两种状态命令，例如开关的“分分”、“合合”指令。指令。2.遥调即远程调节遥调即远程调节(TeleadjustingTeleadjusting):对被控站某些设备的工对被控站某些设备的工作状态和参数的远距离调节，即对具有两个以上状态的运行设作状态和参数的远距离调节，即对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。例如在供电系统中遥调常用于有载调备进行控制的远程命令。例如在供电系统中遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它具有分级升降功能的场合。压变压器抽头的升、降调节和其它具有分级升降功能的场合。3.遥测即远程测量遥测即远程测量(TelemeteringTelemetering):对被测对象的某些参数进对被测对象的某些参数进行远距离测量，应用远程通信技术传输被测变量的值。如可以行远距离测量，应用远程通信技术传输被测变量的值。如可以遥测牵引供电系统中变电所、分区亭中的有功和无功功率、电遥测牵引供电系统中变电所、分区亭中的有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数，及接触网故障点等非电气参数。度、电压、电流等电气参数，及接触网故障点等非电气参数。又如在国民经济、科学研究和国防的许多部门，由于一些特殊又如在国民经济、科学研究和国防的许多部门，由于一些特殊原因，人们无法接近被测对象，就需要通过遥测来了解和监控原因，人们无法接近被测对象，就需要通过遥测来了解和监控被测对象的情况。采用遥测技术，可以提高各部门折自动化程被测对象的情况。采用遥测技术，可以提高各部门折自动化程度，改善劳动条件，提高劳动生产率和管理调度质量。度，改善劳动条件，提高劳动生产率和管理调度质量。4.遥信即远程指示遥信即远程指示(Teleindication;TelesignalizationTeleindication;Telesignalization):将被将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端，即对诸如告警信号、控站的设备状态信号远距离传送给调度端，即对诸如告警信号、开关位置这样的状态信号的远程监视。开关位置这样的状态信号的远程监视。主要任务：主要任务：集中控制集中控制集中监视集中监视正常状态下实现合理的系统远行正常状态下实现合理的系统远行方式；方式；事故时，及时了解事故的发生和事故时，及时了解事故的发生和范围，加快事故处理，提高安全范围，加快事故处理，提高安全经济运行水平经济运行水平实现无人化或少人化，提高运行实现无人化或少人化，提高运行操作质量，改善劳动条件操作质量，改善劳动条件 监视控制和数据采集系统，简称为微机远动系统，即监视控制和数据采集系统，简称为微机远动系统，即SCDASSCDAS系统系统(S Supervisory upervisory C Control and ontrol and D Data ata A Acquisition cquisition S Systemystem)。被控端称为远方终端，即。被控端称为远方终端，即RTURTU(R Remote emote T Terminal erminal U Unitnit)SCDASSCDAS除了完成常规的除了完成常规的“四遥四遥”功能外，还可以完成数功能外，还可以完成数据处理和管理功能，编制各种不同的图形、报表，提供复示终据处理和管理功能，编制各种不同的图形、报表，提供复示终端，与其它系统联网等功能，提供操作人员的在线培训、防误端，与其它系统联网等功能，提供操作人员的在线培训、防误操作以及辅助决策等功能。操作以及辅助决策等功能。城市轨道交通电力城市轨道交通电力SCADA系统是远动系统的一个典型应系统是远动系统的一个典型应用用1.3 远动技术的发展远动技术的发展 20世纪世纪30年代用于铁路远输系统年代用于铁路远输系统 40年代用于电力系统。年代用于电力系统。我国的远动技术从我国的远动技术从20世纪世纪50年代起步，年代起步，50年代末在电力系年代末在电力系统中使用。统中使用。60年代电气化铁道远动系统在我国开始研制，年代电气化铁道远动系统在我国开始研制，80年代才得年代才得到广泛应用。到广泛应用。远动系统经历了继电器、晶体管远动系统经历了继电器、晶体管(分立元件分立元件)、集成电路和微、集成电路和微机远动系统几个阶段，相应的远动系统也称为第一代、第二代、机远动系统几个阶段，相应的远动系统也称为第一代、第二代、第三代和第四代远动系统。前三代称为布线逻辑远动系统，第第三代和第四代远动系统。前三代称为布线逻辑远动系统，第四代即为微机远动系统。目前，广泛应用的电铁远动系统均为四代即为微机远动系统。目前，广泛应用的电铁远动系统均为微机远动系统。微机远动系统。1.4计算机远动的基本组成计算机远动的基本组成 计算机远动系统的主要任务是对物体和各种过程实时进行远计算机远动系统的主要任务是对物体和各种过程实时进行远距离监控与调度，因此可以给出一个计算机远动系统组成的基距离监控与调度，因此可以给出一个计算机远动系统组成的基本模式：本模式：调度端调度端通信信道通信信道被控端被控端1被控端被控端2被控端被控端3被控端被控端4被控端被控端N信号转换装置信号转换装置1信号转换装置信号转换装置2信号转换装置信号转换装置3信号转换装置信号转换装置4信号转换装置信号转换装置N远程维护远程维护MODEMMODEMD ig iPO RT实时打印机报表打印机D ig iPO RTGPS系统D ig iPO RTD ig iPO RT调度员工作站调度员工作站维护工作站维护工作站拷贝机通道双切网络服务器WEB工作站工作站大屏系统通信系统UPS变电所的监控变电所的监控变电所的监控变电所的监控远程维护Q1：工业测控系统通常由那几部分组成？如何完成自动测：工业测控系统通常由那几部分组成？如何完成自动测控任务？控任务？传感器、过程输入输出设备、计算机以及执行机构传感器、过程输入输出设备、计算机以及执行机构 对客观世界的各种工作状态进行实时数据采集、处理对客观世界的各种工作状态进行实时数据采集、处理并对其实施控制，从而完成自动测控任务。并对其实施控制，从而完成自动测控任务。Q2：远动技术是：远动技术是对物体或各种过程进行远距离对物体或各种过程进行远距离 和和 的综的综合技术，具有在人和机器或机器与机器之间远距离合技术，具有在人和机器或机器与机器之间远距离 的的功能。功能。Q3：四遥信息中属于数字量信息的是：四遥信息中属于数字量信息的是()。A.YX B.YC C.YT D.YK测量测量控制控制交换信息交换信息A、DQ4：SCADA是指？是指？Supervisory Control And Data Acquisition 监视控制和数据采集监视控制和数据采集Q5：远动系统的主要任务？：远动系统的主要任务？集中监视集中监视 集中控制集中控制Q6：计算机远动的基本组成？：计算机远动的基本组成？远动系统的分类远动系统的分类 1.1.按远动功能的实现方式分：按远动功能的实现方式分：布线逻辑式远动系统布线逻辑式远动系统 计算机远动系统计算机远动系统 2.2.按远动装置采用的元件是否有接点分：按远动装置采用的元件是否有接点分：有接点远动系统有接点远动系统 无接点远动系统无接点远动系统 3.3.按远动技术的信息传输方式分：按远动技术的信息传输方式分：循环式远动系统循环式远动系统 问答式远动系统问答式远动系统 4.4.按远动装置的工作方式分：按远动装置的工作方式分：1 1：1 1工作方式远动系统工作方式远动系统 (每个被控端对应一台调度端每个被控端对应一台调度端)1 1：N N工作方式远动系统工作方式远动系统 (调度端一台装置对应调度端一台装置对应N N台被控端台被控端)M M：N N工作方式远动系统工作方式远动系统 (调度端调度端M M台装置对应台装置对应N N台被控端台被控端)5.5.按遥控、遥测系统传输指令和信息是利用无线信道还是按遥控、遥测系统传输指令和信息是利用无线信道还是有线信道分有线信道分：无线信道远动系统，常用的无线传输手段有无线电、红外线、无线信道远动系统，常用的无线传输手段有无线电、红外线、激光、微波等。激光、微波等。有线信道远动系统，常用的有线传输手段有邮电载波、有线有线信道远动系统，常用的有线传输手段有邮电载波、有线载波、同轴电缆、电力线、电话线载波、光纤等。载波、同轴电缆、电力线、电话线载波、光纤等。6.6.按被控对象是分散还是集中分：按被控对象是分散还是集中分：分散式远动系统分散式远动系统 集中型远动系统集中型远动系统 此外还可根据被控对象是固定还是活动，是链式分布还是辐此外还可根据被控对象是固定还是活动，是链式分布还是辐射分布分为固定目标或活动目标远动系统；链式或辐射式远动射分布分为固定目标或活动目标远动系统；链式或辐射式远动系统。系统。1.5 1.5 远动系统配置的基本模式远动系统配置的基本模式 远动配置远动配置(Telecontrol configuration)(Telecontrol configuration)是指主站与若干子站以是指主站与若干子站以及连接这些站的传输链路的组合体。及连接这些站的传输链路的组合体。1.1.点对点配置点对点配置(Point-to-Point Configuration)(Point-to-Point Configuration)：主站与子站之间通：主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置。过专用的传输链路相连接的一种配置。2.2.多路点对点配置多路点对点配置(Multiple Point-to-Point Configuration)(Multiple Point-to-Point Configuration)：主站通过各自链路与多主站通过各自链路与多个子站相连的一种配置，主站与各子站可同时交换数据。个子站相连的一种配置，主站与各子站可同时交换数据。3.多点星形配置多点星形配置(Multipoint-star Configuration)(Multipoint-star Configuration)：主站与多个子：主站与多个子站相连的一种配置。任何时刻只许一个子站向主站传输数据；站相连的一种配置。任何时刻只许一个子站向主站传输数据；主站可以选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时主站可以选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文。传输全局性报文。4.多点共线配置多点共线配置(Multi-partyline Configuration)(Multi-partyline Configuration)：主站通过一公主站通过一公共链路与多个子站相连的一种配置。任何时刻只许一个子站传共链路与多个子站相连的一种配置。任何时刻只许一个子站传输数据到主站；主站可以选择一个或多个子站传输数据，也可输数据到主站；主站可以选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文。向全部子站同时传输全局性报文。5.多点环型配置多点环型配置(Multipoint-ring Configuration)(Multipoint-ring Configuration)：所有站之间的所有站之间的通信链路形成环状，主站可以通过两条不同的路径与每一子站通信链路形成环状，主站可以通过两条不同的路径与每一子站通信。通信。1.6 对计算机远动系统的要求对计算机远动系统的要求(性能指标性能指标)对任何一种远动系统而言，可以用远动系统的性能指标来衡对任何一种远动系统而言，可以用远动系统的性能指标来衡量其优劣或作为设计选型的要求，一般来说有以下几个方面：量其优劣或作为设计选型的要求，一般来说有以下几个方面：1.可靠性可靠性 远动设备中每个设备的可靠性一般用平均故障间隔时间远动设备中每个设备的可靠性一般用平均故障间隔时间(MTBF)(MTBF)即两次偶然故障的平均间隔时间来表示。而整个系统的即两次偶然故障的平均间隔时间来表示。而整个系统的可靠性通常可以用可靠性通常可以用“可用率可用率”来表示：来表示：式中停用时间包括故障和维修时间。影响系统可用率的重要因式中停用时间包括故障和维修时间。影响系统可用率的重要因素有：设备的质量、维护检修情况、环境条件、电源供电可靠素有：设备的质量、维护检修情况、环境条件、电源供电可靠性及其备用程度。性及其备用程度。%100停用时间运行时间运行时间系统可用率远动信息在传输过程中，会因为干扰出现差错。传输可靠性是远动信息在传输过程中，会因为干扰出现差错。传输可靠性是用信息的差错率来表示的。用信息的差错率来表示的。差错率包括误编比特率、误码率、误字节率，常用误码率表示。差错率包括误编比特率、误码率、误字节率，常用误码率表示。在通常情况下，差错率要求在信噪比大于在通常情况下，差错率要求在信噪比大于15dB时，误码率小于时，误码率小于10-5。2.容量与功能容量与功能3.实时性强实时性强4.数据准确数据准确%100传输数据的总量信息出现差错的数量差错率5.设计合理设计合理6.可维护性好可维护性好7.信道混用信道混用8.设备多样化设备多样化9.兼容性强兼容性强10.使用方便使用方便11.抗干扰能力强抗干扰能力强22.1调度端功能调度端功能 调度端装设以微机为基础的主监控机，它监控所选定的远方调度端装设以微机为基础的主监控机，它监控所选定的远方终端装置终端装置(RTU)，远方终端由微处理器和接口电路等组装而成。，远方终端由微处理器和接口电路等组装而成。这种计算机的远动装置具有体积小、可靠性高、易于扩展、价这种计算机的远动装置具有体积小、可靠性高、易于扩展、价格比较便宜的特点。格比较便宜的特点。1.数据收集数据收集 调度端收集各调度端收集各RTU发送来的数据，在终端上显发送来的数据，在终端上显示有关数据。示有关数据。2.数据处理数据处理 对对RTU送来的数据进行处理、运算、判断。送来的数据进行处理、运算、判断。3.控制与调节控制与调节 实现人实现人机对话，形成命令与下发命令到机对话，形成命令与下发命令到RTU实现遥控操作。实现遥控操作。4.人人机联系机联系 在调度端收集整理与处理在调度端收集整理与处理RTU上送数据，显上送数据，显示有关数据，发送遥控、遥测命令校对命令。在人示有关数据，发送遥控、遥测命令校对命令。在人机联系的机联系的另一方面就是制表打印，定点打印负荷、电能、日、月运行报另一方面就是制表打印，定点打印负荷、电能、日、月运行报表，召唤打印，操作报表打印，异常及事故打印，画面拷贝等。表，召唤打印，操作报表打印，异常及事故打印，画面拷贝等。2.2 调度端的硬件结构调度端的硬件结构 调度端远动设备是以单机或多机为基础的计算机系统，完成调度端远动设备是以单机或多机为基础的计算机系统，完成遥控命令的发送和遥测、遥信数据的接收、输出执行等功能。遥控命令的发送和遥测、遥信数据的接收、输出执行等功能。目前主要用微机作为主机，另配上大屏幕彩色显示器、打印目前主要用微机作为主机，另配上大屏幕彩色显示器、打印机、鼠标或光笔等外部设备构成。主机完成大量的数据处理、机、鼠标或光笔等外部设备构成。主机完成大量的数据处理、人机联系、画面曲线显示等工作。为减轻主机的负担，加快运人机联系、画面曲线显示等工作。为减轻主机的负担，加快运算速度，满足实时控制的要求，系统一般还配置前置机，来承算速度，满足实时控制的要求，系统一般还配置前置机，来承担远动信息的收集与处理担远动信息的收集与处理(通信通信)。集中式（单机、冗余）集中式（单机、冗余）分布式分布式调度端结构框图如下图所示。调度端结构框图如下图所示。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管理系统,人机交互系统和分布式支撑环境人机交互系统和分布式支撑环境.系统各网络功能节点系统各网络功能节点可以集成在同一节点上可以集成在同一节点上,也可分散驻留于不同节点也可分散驻留于不同节点,配置灵活配置灵活,每个每个单独的系统都可独立运行单独的系统都可独立运行.分布式分布式SCADA系统调度端一般为局域网系统，其主要系统系统调度端一般为局域网系统，其主要系统为数据服务器，为数据服务器，WEB服务器，调度员工作站，维护工作站，通服务器，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）等外设组成信前置机及打印机，模拟屏（大屏幕显示器）等外设组成2.3 软件软件 软件从层次上来分，可分为三大类，即系统软件、支持软软件从层次上来分，可分为三大类，即系统软件、支持软件和应用软件。件和应用软件。系统软件系统软件 由计算机公司提供，面向机器本身，其算法和功能不依赖于由计算机公司提供，面向机器本身，其算法和功能不依赖于特定的用户。它的主要任务是使硬件所提供的能力可以得到充特定的用户。它的主要任务是使硬件所提供的能力可以得到充分的利用，支持用户的应用软件的运行并提供恰当的服务。分的利用，支持用户的应用软件的运行并提供恰当的服务。操作系统是微机最基本的系统软件，由它来管理内存分配，操作系统是微机最基本的系统软件，由它来管理内存分配，键盘操作，屏幕显示，驱动软盘，硬盘等外设。操作系统有一键盘操作，屏幕显示，驱动软盘，硬盘等外设。操作系统有一部分固化在主机内存中，大部分是在开机后，从软盘或硬盘调部分固化在主机内存中，大部分是在开机后，从软盘或硬盘调入内存。入内存。支持软件支持软件 对于远动系统来说主要包括：数据库管理系统和监控图形生对于远动系统来说主要包括：数据库管理系统和监控图形生成系统，数据库管理系统包括建立数据库、修改数据、提取数成系统，数据库管理系统包括建立数据库、修改数据、提取数据和存储数据。据和存储数据。应用软件应用软件 应用软件包括：数据收集软件、模拟屏接口软件、同后台机应用软件包括：数据收集软件、模拟屏接口软件、同后台机通信的软件、计算软件等。通信的软件、计算软件等。1 1、客户、客户/服务器服务器(C/S)(C/S)模式模式2 2、分布式数据库结构分散到各个节点独立、分布式数据库结构分散到各个节点独立的数据处理能力通过网络可构成整体数据库的数据处理能力通过网络可构成整体数据库2.4 RTU的主要功能的主要功能1采集状态量信息采集状态量信息 通过一些接口电路，把变电所的断路器、隔离开关的状态转通过一些接口电路，把变电所的断路器、隔离开关的状态转变为二进制数据，存储在计算机的某个内存区。变为二进制数据，存储在计算机的某个内存区。2采集模拟量测量值采集模拟量测量值 所谓采集，即把变电所的一些电流量、电压、功率等模拟量，所谓采集，即把变电所的一些电流量、电压、功率等模拟量，通过互感器、变送器、通过互感器、变送器、AD转换器变成二进制数据，存储在计转换器变成二进制数据，存储在计算机的某个内存区。算机的某个内存区。3与调度端进行通信与调度端进行通信 把采集到的各种数据，组成一帧一帧的报文送往调度端，并把采集到的各种数据，组成一帧一帧的报文送往调度端，并接收调度端送来的命令报文。通信规约一般有应答式接收调度端送来的命令报文。通信规约一般有应答式(polling)、循环式循环式(CDT)等。等。RTU应具备通信速率的选择功能，还应有支应具备通信速率的选择功能，还应有支持光端机、微波、载波、无线电台等信道通信转换功能。持光端机、微波、载波、无线电台等信道通信转换功能。4被测量越死区传送被测量越死区传送 每次采集到的模拟量与上一次采集到的模拟量每次采集到的模拟量与上一次采集到的模拟量(旧值旧值)进行比较，进行比较，若差值超过一定的限度若差值超过一定的限度(死区死区)，则送往调度端，否则，认为无变，则送往调度端，否则，认为无变化，不传送。这可以大大地减少数据的传输量。化，不传送。这可以大大地减少数据的传输量。5事件顺序记录事件顺序记录(SOE)当某个开关状态发生变位后，记录下开关号，变位后的状态，当某个开关状态发生变位后，记录下开关号，变位后的状态，以及变位的时刻。事件顺序记录有助于调度人员及时掌握被控以及变位的时刻。事件顺序记录有助于调度人员及时掌握被控对象发生事故时各开关和保护动作状况及动作时间，以区分事对象发生事故时各开关和保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，作出运行对策和事故分析。时间分辨率是事件顺序记件顺序，作出运行对策和事故分析。时间分辨率是事件顺序记录的重要指标，分为录的重要指标，分为RTU内与内与RTU之间两种。之间两种。(1)SOE的的RTU内分辨率。内分辨率。在同一在同一RTU内，顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的内，顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间称为最小时间称为SOE的站内分辨率。在调度自动化中，的站内分辨率。在调度自动化中，SOE的站的站内分辨率一般要求小于内分辨率一般要求小于5ms，其大小由，其大小由RTU的时钟精度及获取事的时钟精度及获取事件的方法决定。件的方法决定。(2)SOE的的RTU之间分辨率。之间分辨率。SOE的的RTU之间分辨率，即站间分辨率，是指各之间分辨率，即站间分辨率，是指各RTU之间顺之间顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间，它取决于序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间，它取决于系统时钟的误差和通道延时的误差、中央处理机的处理延时等，系统时钟的误差和通道延时的误差、中央处理机的处理延时等，SOE的站间分辨率一般要求小于的站间分辨率一般要求小于10ms，这是一项整个远动系统，这是一项整个远动系统的性能要求指标。的性能要求指标。6执行遥控命令执行遥控命令 调度端发来遥控命令，调度端发来遥控命令，RTU收到命令，确认无误后，即进行收到命令，确认无误后，即进行遥控操作，通过接口电路，执行机构，使某个或多个断路器或遥控操作，通过接口电路，执行机构，使某个或多个断路器或隔离开关进行隔离开关进行“合合”或或“分分”的操作。的操作。7系统对时系统对时 RTU站间站间SOE分辨率是一项系统指标，因此它要求各分辨率是一项系统指标，因此它要求各RTU的的时钟与调度中心的时钟严格同步。采用时钟同步的措施有以下时钟与调度中心的时钟严格同步。采用时钟同步的措施有以下两点：两点：(1)采用全球定位系统采用全球定位系统GPS。该方法需要在各站点安装该方法需要在各站点安装GPS接收机、天线、放大器，并通接收机、天线、放大器，并通过标准过标准RS-232口和口和RTU相连。相连。(2)采用软件对时。采用软件对时。CDT、DNP、Modbus等规约提供了软件对时手段，可采用软等规约提供了软件对时手段，可采用软件对时。但由于受到通信速率的影响，需要采取修正措施。这件对时。但由于受到通信速率的影响，需要采取修正措施。这种方法的优点是不需要增加硬件设备。种方法的优点是不需要增加硬件设备。8自恢复和自检测功能自恢复和自检测功能 RTU作为远动系统的数据采集单元，必须保证不间断地完成作为远动系统的数据采集单元，必须保证不间断地完成和和SCADA系统的通信，但系统的通信，但RTU的工作环境恶劣，具有强大电磁的工作环境恶劣，具有强大电磁干扰，运行中难免发生程序受干扰，或通信瞬时中断等异常情干扰，运行中难免发生程序受干扰，或通信瞬时中断等异常情况，有时也会发生电源瞬时掉电，这都会造成况，有时也会发生电源瞬时掉电，这都会造成RTU死机，而使死机，而使系统无法收到该被控对象的信息。因此要求系统无法收到该被控对象的信息。因此要求RTU在遇这些情况在遇这些情况时，能在最短时间内自动恢复，重新从头开始运行程序，为了时，能在最短时间内自动恢复，重新从头开始运行程序，为了维护方便，通常要求维护方便，通常要求RTU含有自检程序。含有自检程序。除以上功能外，除以上功能外，RTU还应有以下功能：还应有以下功能：1当地显示与参数整定输入在当地显示与参数整定输入在RTU上安装一个当地键盘和上安装一个当地键盘和LED或或LCD显示器，使得显示器，使得RTU的采集量在当地就可以显示到显的采集量在当地就可以显示到显示器上，也可通过键盘输入遥测量的转换系数和修改保护整定示器上，也可通过键盘输入遥测量的转换系数和修改保护整定值等。值等。2.一发多收，有时一台一发多收，有时一台RTU要向不同上级计算机发布信息，要向不同上级计算机发布信息，或通信规约不相同，需实现多规约转发。或通信规约不相同，需实现多规约转发。3CRT显示与打印制表，要求显示与打印制表，要求RTU具有当地显示功能，并具有当地显示功能，并能将异常事故报告打印出来。能将异常事故报告打印出来。2.5 RTU的硬件构成的硬件构成 传统的远动装置是由晶体管或集成电路，通过逻辑设计构成传统的远动装置是由晶体管或集成电路，通过逻辑设计构成的，称为布线逻辑远动的，称为布线逻辑远动(或硬件远动或硬件远动)。自从微型计算机应用于远。自从微型计算机应用于远动以来，远动的功能设计主要由软件的设计来实现，所以又称动以来，远动的功能设计主要由软件的设计来实现，所以又称为软件远动。为软件远动。3城市轨道交通电力监控系统城市轨道交通电力监控系统2.1 概述 城市轨道交通电力监控系统主要是对城市轨道交通全线各城市轨道交通电力监控系统主要是对城市轨道交通全线各类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层分布远程实类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层分布远程实时监视和控制。时监视和控制。调度中心及时掌握各个变电站的运行情况，直接对设备进调度中心及时掌握各个变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，处理供变配电系统的各种异常事行操作，及时了解故障情况，处理供变配电系统的各种异常事故及报警事件，保障系统的正常运行，故及报警事件，保障系统的正常运行，提升供变配电系统调度、管理及维修的自动化程度，提高提升供变配电系统调度、管理及维修的自动化程度，提高供电质量，并且还可做到与其他自动化系统互换数据，充分发供电质量，并且还可做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理，保证系统安全、可挥整体优势，进行全系统的信息综合管理，保证系统安全、可靠地运行。靠地运行。它对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等它对城轨供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压不同类别变电所内的高压66110 KV设备、中压设备、中压1035 KV设设备、直流备、直流750 V或直流或直流1500 V设备、低压设备、低压400 V设备、交直流电设备、交直流电源屏、排流柜、轨道电位限制装置等对象进行监控，实现对各源屏、排流柜、轨道电位限制装置等对象进行监控，实现对各种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报种设备的控制、信息采集、数据分析处理、远方维护、统计报表、画面调阅、历史数据查询等功能。表、画面调阅、历史数据查询等功能。典型的电力监控系统由四部分组成：位于控制中心的电力典型的电力监控系统由四部分组成：位于控制中心的电力调度中心主站（即中央监控系统）、位于变电所的远程终端调度中心主站（即中央监控系统）、位于变电所的远程终端RTU、通信网络、位于供电维修基地的供电复示系统。、通信网络、位于供电维修基地的供电复示系统。20世纪末，随着计算机技术和网络技术的快速发展，各个世纪末，随着计算机技术和网络技术的快速发展，各个分立的自动化系统逐步走向综合集成，城市轨道交通各专业的分立的自动化系统逐步走向综合集成，城市轨道交通各专业的自动化系统采用统一的计算机网络平台和统一的软件体系，构自动化系统采用统一的计算机网络平台和统一的软件体系，构成综合监控系统，从而实现不同自动化系统的集成。成综合监控系统，从而实现不同自动化系统的集成。典型的综合监控系统有一般集成电力监控系统、环境与设典型的综合监控系统有一般集成电力监控系统、环境与设备监控系统等自动化系统，这种方式有利于不同系统之间的数备监控系统等自动化系统，这种方式有利于不同系统之间的数据信息互通、软硬件资源共享。据信息互通、软硬件资源共享。综合监控系统运行所依赖的底层基础依然是原先各分立系综合监控系统运行所依赖的底层基础依然是原先各分立系统的远程终端数据采集处理系统或设备。统的远程终端数据采集处理系统或设备。电力监控系统集成于综合监控系统后，电力监控系统设计电力监控系统集成于综合监控系统后，电力监控系统设计范围包括：范围包括：电力调度中心主站及供电复示系统的功能设计电力调度中心主站及供电复示系统的功能设计 变电所综合自动化系统的软硬件设计变电所综合自动化系统的软硬件设计 电力调度中心主站系统、供电复示系统的硬件及软件则由电力调度中心主站系统、供电复示系统的硬件及软件则由综合监控系统统一建设。综合监控系统统一建设。双方的硬件接口一般位于变电所综合自动化系统与综合监双方的硬件接口一般位于变电所综合自动化系统与综合监控系统的通信连接装置的通信端子。控系统的通信连接装置的通信端子。2.2 2.2 一般要求一般要求1.电力监控系统在控制中心应该设有电力调度中心。电力监控系统在控制中心应该设有电力调度中心。如果采用电力监控系统集成于综合自动化系统的建设模式，电力调度中如果采用电力监控系统集成于综合自动化系统的建设模式，电力调度中心综合监控系统统一设计。心综合监控系统统一设计。如果电力监控系统是独立建设模式，中心内须设置一套中央监控系统，如果电力监控系统是独立建设模式，中心内须设置一套中央监控系统，采集各变电所的采集各变电所的“四遥四遥”信息，实现对全线供电系统的远程监控功能。信息，实现对全线供电系统的远程监控功能。2.中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性，系统中的关键设备，中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性，系统中的关键设备，如系统服务器，前置数据处理机、交换机等进行冗余配置。系统计算机访问如系统服务器，前置数据处理机、交换机等进行冗余配置。系统计算机访问模式、网络配置形式等可根据当时技术条件选择适用于工程实际的方案。该模式、网络配置形式等可根据当时技术条件选择适用于工程实际的方案。该要求适用于电力监控系统独立建设模式。要求适用于电力监控系统独立建设模式。3.为了满足电力调度中心与变电所值班、维护人员的通信需求，在电力调度为了满足电力调度中心与变电所值班、维护人员的通信需求，在电力调度中心须设置电力调度电话总机，各变电所内设电力调度电话分机。主变电所中心须设置电力调度电话总机，各变电所内设电力调度电话分机。主变电所根据当地电力部门的要求设与上级电力管理部门联系的调度电话。根据当地电力部门的要求设与上级电力管理部门联系的调度电话。4.电力监控系统的通信通道必须冗余配置，主、备用通信通道应电力监控系统的通信通道必须冗余配置，主、备用通信通道应支持手支持手/自动切换功能。通信接口类型可以选择为串口或者以太自动切换功能。通信接口类型可以选择为串口或者以太网口等，但是其通信速率不得低于相关规范的要求。当电力监网口等，但是其通信速率不得低于相关规范的要求。当电力监控系统独立建设时，此处通信通道指的是电力调度中心与变电控系统独立建设时，此处通信通道指的是电力调度中心与变电所综合自动化系统之间的通道。所综合自动化系统之间的通道。5.全线各变电所设置变电所综合自动化系统，各变电所综合自动全线各变电所设置变电所综合自动化系统，各变电所综合自动化系统均可以脱离控制中心独立运行。化系统均可以脱离控制中心独立运行。6.变电所综合自动化系统为分层、分散式结构。根据设备功能，变电所综合自动化系统为分层、分散式结构。根据设备功能，自动化系统分为三层：间隔设备层、网络通信层、站级管理层。自动化系统分为三层：间隔设备层、网络通信层、站级管理层。7.如果变电所为无人值守的模式，且经济条件许可，在变电所主如果变电所为无人值守的模式，且经济条件许可，在变电所主要设备房间内可设置闭路电视监控装置。在电力调度中心设置要设备房间内可设置闭路电视监控装置。在电力调度中心设置图像监视终端，以实现监视变电所内的情况。图像监视终端，以实现监视变电所内的情况。8.电力监控系统软、硬件属于国内成熟产品，应该优先选用技术电力监控系统软、硬件属于国内成熟产品，应该优先选用技术成熟、功能完善、性能优越、国内领先的产品。成熟、功能完善、性能优越、国内领先的产品。9.电力监控系统设备选型应立足于国产化设备。电力监控系统设备选型应立足于国产化设备。10.各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。11.如果所建设的工程有远期规划，系统设计时应适度预留远期如果所建设的工程有远期规划，系统设计时应适度预留远期扩展裕量。扩展裕量。2.3 系统构成1 采用分立系统建设模式时的系统构成采用分立系统建设模式时的系统构成 传统的分立电力监控系统由电力调度中心主站系统、通信传统的分立电力监控系统由电力调度中心主站系统、通信通道、变电所综合自动化系统、供电复示系统四部分组成。通道、变电所综合自动化系统、供电复示系统四部分组成。2 采用综合监控系统建设模式时的系统构成采用综合监控系统建设模式时的系统构成 在控制中心及车站集成了电力监控系统、环境与设备监控在控制中心及车站集成了电力监控系统、环境与设备监控系统等系统，综合系统等系统，综合监控系统为这些不监控系统为这些不同的系统提供了一同的系统提供了一个综合的信息平台，个综合的信息平台，这些系统的主要硬件、这些系统的主要硬件、软件均由综合监控系软件均由综合监控系统来统一构建，综合统来统一构建，综合监控系统实现各系统监控系统实现各系统在中心级和车站级的在中心级和车站级的系统功能。系统功能。2.4 2.4 监控对象监控对象 电力监控系统要实现遥控、遥测、遥信、遥调功能，应以电力监控系统要实现遥控、遥测、遥信、遥调功能，应以监控对象为基础进行系统的构建。监控对象为基础进行系统的构建。在系统设计时，首先应该明确供电系统需要监控的具体范在系统设计时，首先应该明确供电系统需要监控的具体范围和具体对象，然后根据这些对象的具体运行方式、控制模式围和具体对象，然后根据这些对象的具体运行方式、控制模式等情况进行系统功能及软硬件设计。电力监控系统监控对象随等情况进行系统功能及软硬件设计。电力监控系统监控对象随不同地区外电源电网现状、不同类型供电系统建设形式而不同，不同地区外电源电网现状、不同类型供电系统建设形式而不同，监控对象需要按照供电系统的具体内容而定。监控对象需要按照供电系统的具体内容而定。具体到某个工程时，应根据该工程的供电系统实际设计情具体到某个工程时，应根据该工程的供电系统实际设计情况、当地电力调度部门的具体需求进行修改、补充，以满足电况、当地电力调度部门的具体需求进行修改、补充，以满足电力调度的需求。力调度的需求。2.5 技术指标 系统技术指标是指系统建设完成后的应用性指标，此指标系统技术指标是指系统建设完成后的应用性指标，此指标在系统建设时也作为系统招标的限制性内容，系统集成商的软在系统建设时也作为系统招标的限制性内容，系统集成商的软硬件配置需要满足此指标的要求。硬件配置需要满足此指标的要求。下面为工程设计时设计文件中应该包含的技术指标，这些下面为工程设计时设计文件中应该包含的技术指标，这些指标也应该作为系统验收时的验证性指标，用来检测系统集成指标也应该作为系统验收时的验证性指标，用来检测系统集成商所提供的产品是否为合格产品。商所提供的产品是否为合格产品。技术指标的具体数值根据各工程系统软硬件的复杂程度、技术指标的具体数值根据各工程系统软硬件的复杂程度、系统规模的大小而有所不同。系统规模的大小而有所不同。工程设计时系统技术指标设定主要参考工程设计时系统技术指标设定主要参考地铁设计规范地铁设计规范（GB50157-2003）、）、城市轨道交通直流牵引供电系统城市轨道交通直流牵引供电系统（GB10411-2005）等规范和标准确定。）等规范和标准确定。由于计算机与网络技术的不断发展，系统指标也应该结合由于计算机与网络技术的不断发展，系统指标也应该结合当前的自动化系统技术水平确定。当前的自动化系统技术水平确定。2.6 2.6 中央监控系统中央监控系统 2.6.1中央监控系统功能中央监控系统功能 中央监控系统，即电力调度中心主站系统，简称电力调度中央监控系统，即电力调度中心主站系统，简称电力调度中心，其功能主要有控制、数据采集处理、显示、报警、查询中心，其功能主要有控制、数据采集处理、显示、报警、查询等。等。1.控制及操作功能控制及操作功能 2.数据采集与处理功能数据采集与处理功能 3.显示功能显示功能 4.报警功能报警功能 5.系统权限管理功能系统权限管理功能 6.历史数据备份与复原历史数据备份与复原2.6.2 中央监控系统网络配置方案中央监控系统网络配置方案 在系统设计时根据工程需要、技术发展、经济条件等可以在系统设计时根据工程需要、技术发展、经济条件等可以选择不同的配置方案。选择不同的配置方案。目前城市轨道交通工程中，系统网络配置的基本方案主要目前城市轨道交通工程中，系统网络配置的基本方案主要有以下三种类型：有以下三种类型：1.双冗余网络配置双冗余网络配置 双冗余网络配置方案需要设两套并列运行的以太网交换机，双冗余网络配置方案需要设两套并列运行的以太网交换机，它们可以按照主备方式运行，也可以同时运行。该方案系统运它们可以按照主备方式运行，也可以同时运行。该方案系统运行可靠性高，相应的建设投资也高，适用于建设标准较高的工行可靠性高，相应的建设投资也高，适用于建设标准较高的工程。网络配如图程。网络配如图2-3所示。所示。1.双冗余网络配置双冗余网络配置 双冗余网络配置方案需要设两套并列运行的以太网交换机，双冗余网络配置方案需要设两套并列运行的以太网交换机，它们可以按照主备方式运行，也可以同时运行。该方案系统运它们可以按照主备方式运行，也可以同时运行。该方案系统运行可靠性高，相应的建设投资也高，适用于建设标准较高的工行可靠性高，相应的建设投资也高，适用于建设标准较高的工程。程。2.单网配置单网配置 单网配置方案设一套以太网交换机，如果交换机出现故障，单网配置方案设一套以太网交换机，如果交换机出现故障，则整个系统将无法运行。该方案运行可靠性低，但相应的建设则整个系统将无法运行。该方案运行可靠性低，但相应的建设投资也低，适用于建设标准较低的工程。投资也低，适用于建设标准较低的工程。3.数据采集网与应用网分别配置数据采集网与应用网分别配置 此方案将数据采集网与应用网分开设置，采集网专用于控此方案将数据采集网与应用网分开设置，采集网专用于控制中心与各变电所之间的数据交换，应用网用于控制中心内服制中心与各变电所之间的数据交换，应用网用于控制中心内服务器、工作站之间的通信。该方案可以减少数据采集过程对应务器、工作站之间的通信。该方案可以减少数据采集过程对应用网的影响，适用于控制中心与变电所采用点对点方式通信的用网的影响，适用于控制中心与变电所采用点对点方式通信的工程，也适用于数据采集量较大，而控制中心服务器等设备配工程，也适用于数据采集量较大，而控制中心服务器等设备配置等级又较低的工程。同时，因该方案系统运行可靠性低，设置等级又较低的工程。同时，因该方案系统运行可靠性低，设备硬件配置要求相对较低，相应建设投资较低，因而适用于建备硬件配置要求相对较低，相应建设投资较低，因而适用于建设标准较低的工程。设标准较低的工程。2.6.3 中央监控系统硬件配置方案1.局域网络设备局域网络设备 控制中心局域网结构根据控制中心局域网结构根据4.2节内容选择交换机配置数量。交换机接口节内容选择交换机配置数量。交换机接口的数量根据工程实际情况选择，并预留一定数量端口。交换机应尽量选择标的数量根据工程实际情况选择，并预留一定数量端口。交换机应尽量选择标准配置。准配置。选择端口类型时，需要考虑系统与通信网络的接口距离，如果双方接口选择端口类型时，需要考虑系统与通信网络的接口距离，如果双方接口距离较大（超过距离较大（超过100米），应选择光接口，避免增加单独的光电转换装置。米），应选择光接口，避免增加单独的光电转换装置。2.系统服务器系统服务器 控制中心设冗余高端服务器作为全县信息中心，可将全线各车站和车辆控制中心设冗余高端服务器作为全县信息中心，可将全线各车站和车辆段的必要信息汇集到实时数据库中，支持个工作站的监管功能，支持全线段的必要信息汇集到实时数据库中，支持个工作站的监管功能，支持全线SCADA功能。功能。服务器的数量可以根据工程投资条件及可靠性要求选择单台或双台，如服务器的数量可以根据工程投资条件及可靠性要求选择单台或双台，如果采用双台服务器，则双台服务器形成双机热备用。两台服务器内存储的数果采用双台服务器，则双台服务器形成双机热备用。两台服务器内存储的数据进行定时校对，以保证系统数据的一致。据进行定时校对，以保证系统数据的一致。根据工程对历史数据的存储要求及工程投资条件，控制中心可以由系统根据工程对历史数据的存储要求及工程投资条件，控制中心可以由系统服务器兼作历史服务器，也可以配置专用的历史服务器，用于历史数据存储。服务器兼作历史服务器，也可以配置专用的历史服务器，用于历史数据存储。3.维护工作站、调度员工作站等维护工作站、调度员工作站等控制中心应配置维护工作站，负责全线计算机设备的组态、维控制中心应配置维护工作站，负责全线计算机设备的组态、维护管理，支持系统维护工程师功能。设调度员工作站，实现电护管理，支持系统维护工程师功能。设调度员工作站，实现电力调度员操作功能。视用户要求及工程投资条件可设模拟培训力调度员操作功能。视用户要求及工程投资条件可设模拟培训工作站、网管工作站等，以实现员工的模拟培训，并对全线网工作站、网管工作站等，以实现员工的模拟培训，并对全线网络进行管理，做到性能管理、配置管理和故障管理。络进行管理，做到性能管理、配置管理和故障管理。另外，如果与其他系统存在数据接口，宜设接口工作站，并采另外，如果与其他系统存在数据接口，宜设接口工作站，并采取软件或硬件网络隔离措施没，保证系统的安全。取软件或硬件网络隔离措施没，保证系统的安全。4.打印机打印机按照电力调度及系统维护的需求，控制中心至少需要配置两台按照电力调度及系统维护的需求，控制中心至少需要配置两台打印机。打印机。打印机可以配置为网络打印机或者普通打印机。网络打印机可打印机可以配置为网络打印机或者普通打印机。网络打印机可以直接与网络内各工作站连接，普通打印机需要通过某台工作以直接与网络内各工作站连接，普通打印机需要通过某台工作站实现打印机共享。站实现打印机共享。2.7城市轨道交通变电站综合自动化系统 变电所综合自动化系统是建立在现代计算机技