《城轨监控技术》PPT课件.ppt

孟 军 1 SCADA 系统概述 1 1 微 机 监 控 系 统 概 述1 1 1 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 自动 化 、 办 公 室 自 动 化 、 家 庭 自 动 化 ， 即 所 谓 “ 4A” ， 已 成为 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 。 工 业 控 制 机是 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 传 感 器 、 过 程 输 入 输 出 设备 、 计 算 机 以 及 执 行 机 构 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 、机 械 、 电 子 、 交 通 、 轻 工 、 纺 织 等 ， 都 在 努 力 实 现 这 种 测控 自 动 化 。 1 1 2 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 开 环 控 制 和 闭 环 控 制 两 类 方式 。 开 环 控 制 （ 离 线 控 制 ） ： 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 。 闭 环 控 制 （ 在 线 控 制 ） ： 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 。 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 。 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 。 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 ，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 。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 迅速 发 展 起 来 。 1.2 远 动 技 术 的 概 念 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 合技 术 ， 称 为 远 动 (Telecontrol)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 。 传 统 远 动 装 置 的 主 要 功 能 为 “ 四 遥 ” 遥 控 、 遥 调 、 遥 测 、遥 信 。一 、 “ 四 遥 ” 功 能 的 定 义 1.遥 控 即 远 程 命 令 (Telecommand):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 。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 “ 分 ” 、 “ 合 ”指 令 。 2.遥 调 即 远 程 调 节 (Teleadjusting):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 。 3.遥 测 即 远 程 测 量 (Telemetering):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 。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 。 4.遥 信 即 远 程 指 示 (Teleindication;Telesignalization):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 、开 关 位 置 这 样 的 状 态 信 号 的 远 程 监 视 。 主 要 任 务 ：集 中 控 制集 中 监 视 正 常 状 态 下 实 现 合 理 的 系 统 远 行方 式 ；事 故 时 ， 及 时 了 解 事 故 的 发 生 和范 围 ， 加 快 事 故 处 理 ， 提 高 安 全经 济 运 行 水 平实 现 无 人 化 或 少 人 化 ， 提 高 运 行操 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SCDAS系 统 (Supervisory Control and Data Acquisition System)。 被 控 端 称 为 远 方 终 端 ， 即 RTU (Remote Terminal Unit) SCDAS除 了 完 成 常 规 的 “ 四 遥 ” 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 。 城 市 轨 道 交 通 电 力 SCADA系 统 是 远 动 系 统 的 一 个 典 型 应用 1.3 远 动 技 术 的 发 展 20世 纪 30年 代 用 于 铁 路 远 输 系 统 40年 代 用 于 电 力 系 统 。 我 国 的 远 动 技 术 从 20世 纪 50年 代 起 步 ， 50年 代 末 在 电 力 系统 中 使 用 。 60年 代 电 气 化 铁 道 远 动 系 统 在 我 国 开 始 研 制 ， 80年 代 才 得到 广 泛 应 用 。 远 动 系 统 经 历 了 继 电 器 、 晶 体 管 (分 立 元 件 )、 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 、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 为微 机 远 动 系 统 。 1.4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 ：调 度 端 通 信 信 道 被 控 端 1被 控 端 2被 控 端 3被 控 端 4被 控 端 N 信 号 转 换 装 置 1信 号 转 换 装 置 2信 号 转 换 装 置 3信 号 转 换 装 置 4信 号 转 换 装 置 N 远 程 维 护MODEM D igiPO RT 实 时 打 印 机 报 表 打 印 机 D igiPO RT GPS系 统 D ig iPO RT D igiPO RT 调 度 员 工 作 站 维 护 工 作 站拷 贝 机通 道 双 切 网 络 服 务 器WEB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 测控 任 务 ？ 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 理并 对 其 实 施 控 制 ， 从 而 完 成 自 动 测 控 任 务 。Q2： 远 动 技 术 是 对 物 体 或 各 种 过 程 进 行 远 距 离 和 的 综合 技 术 ， 具 有 在 人 和 机 器 或 机 器 与 机 器 之 间 远 距 离 的功 能 。Q3： 四 遥 信 息 中 属 于 数 字 量 信 息 的 是 ( )。 A. YX B. YC C. YT D. YK测 量 控 制交 换 信 息A、 D Q4： SCADA是 指 ？ Supervisory Control And Data Acquisition 监 视 控 制 和 数 据 采 集Q5： 远 动 系 统 的 主 要 任 务 ？ 集 中 监 视 集 中 控 制Q6： 计 算 机 远 动 的 基 本 组 成 ？ 远 动 系 统 的 分 类 1.按 远 动 功 能 的 实 现 方 式 分 ： 布 线 逻 辑 式 远 动 系 统 计 算 机 远 动 系 统 2.按 远 动 装 置 采 用 的 元 件 是 否 有 接 点 分 ： 有 接 点 远 动 系 统 无 接 点 远 动 系 统 3.按 远 动 技 术 的 信 息 传 输 方 式 分 ： 循 环 式 远 动 系 统 问 答 式 远 动 系 统 4.按 远 动 装 置 的 工 作 方 式 分 ： 1： 1工 作 方 式 远 动 系 统 (每 个 被 控 端 对 应 一 台 调 度 端 ) 1： N工 作 方 式 远 动 系 统 (调 度 端 一 台 装 置 对 应 N台 被 控 端 ) M： N工 作 方 式 远 动 系 统 (调 度 端 M台 装 置 对 应 N台 被 控 端 ) 5.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 ： 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 。 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 。 6.按 被 控 对 象 是 分 散 还 是 集 中 分 ： 分 散 式 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 。 1.5 远 动 系 统 配 置 的 基 本 模 式 远 动 配 置 (Telecontrol configuration)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 。1.点 对 点 配 置 (Point-to-Point Configuration)： 主 站 与 子 站 之 间 通过 专 用 的 传 输 链 路 相 连 接 的 一 种 配 置 。2.多 路 点 对 点 配 置(Multiple Point-to-Point Configuration)： 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 。 3.多 点 星 形 配 置 (Multipoint-star Configuration)： 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 ；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 。4.多 点 共 线 配 置 (Multi-partyline Configuration)： 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 。5.多 点 环 型 配 置 (Multipoint-ring Configuration)： 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 。 1.6 对 计 算 机 远 动 系 统 的 要 求 (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 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)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 用 率 ” 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 。 %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 。在 通 常 情 况 下 ， 差 错 率 要 求 在 信 噪 比 大 于 15dB时 ， 误 码 率 小 于10-5。2.容 量 与 功 能3.实 时 性 强4.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6.可 维 护 性 好7.信 道 混 用8.设 备 多 样 化9.兼 容 性 强10.使 用 方 便11.抗 干 扰 能 力 强 2 2.1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 方终 端 装 置 (RTU)， 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 、 价格 比 较 便 宜 的 特 点 。 1.数 据 收 集 调 度 端 收 集 各 RTU发 送 来 的 数 据 ， 在 终 端 上 显示 有 关 数 据 。 2.数 据 处 理 对 RTU送 来 的 数 据 进 行 处 理 、 运 算 、 判 断 。 3.控 制 与 调 节 实 现 人 机 对 话 ， 形 成 命 令 与 下 发 命 令 到RTU实 现 遥 控 操 作 。 4.人 机 联 系 在 调 度 端 收 集 整 理 与 处 理 RTU上 送 数 据 ， 显示 有 关 数 据 ， 发 送 遥 控 、 遥 测 命 令 校 对 命 令 。 在 人 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 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 。 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 、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 承担 远 动 信 息 的 收 集 与 处 理 (通 信 )。 集 中 式 （ 单 机 、 冗 余 ） 分 布 式 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 2.3 软 件 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 。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 。 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 。 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 。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 机通 信 的 软 件 、 计 算 软 件 等 。 1、 客 户 /服 务 器 (C/S)模 式2、 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 2.4 RTU的 主 要 功 能1 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 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 、 A D转 换 器 变 成 二 进 制 数 据 ， 存 储 在 计算 机 的 某 个 内 存 区 。3 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 (CDT) 等 。 RTU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 。 4 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 (旧 值 )进 行 比 较 ，若 差 值 超 过 一 定 的 限 度 (死 区 )， 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 。5 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 ，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 RTU内 与 RTU之 间 两 种 。 (1)SOE的 RTU内 分 辨 率 。 在 同 一 RTU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 SOE的 站 内 分 辨 率 。 在 调 度 自 动 化 中 ， SOE的 站内 分 辨 率 一 般 要 求 小 于 5ms， 其 大 小 由 RTU的 时 钟 精 度 及 获 取 事件 的 方 法 决 定 。 (2)SOE的 RTU之 间 分 辨 率 。 SOE的 RTU之 间 分 辨 率 ， 即 站 间 分 辨 率 ， 是 指 各 RTU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 10ms， 这 是 一 项 整 个 远 动 系 统的 性 能 要 求 指 标 。 6 执 行 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 “ 合 ” 或 “ 分 ” 的 操 作 。 7 系 统 对 时 RTU站 间 SOE分 辨 率 是 一 项 系 统 指 标 ， 因 此 它 要 求 各 RTU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 下两 点 ： (1)采 用 全 球 定 位 系 统 GPS。 该 方 法 需 要 在 各 站 点 安 装 GPS接 收 机 、 天 线 、 放 大 器 ， 并 通过 标 准 RS-232口 和 RTU相 连 。 (2)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 。 8 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 成和 SCADA系 统 的 通 信 ， 但 RTU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 情况 ， 有 时 也 会 发 生 电 源 瞬 时 掉 电 ， 这 都 会 造 成 RTU死 机 ， 而 使系 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 RTU含 有 自 检 程 序 。 除 以 上 功 能 外 ， RTU还 应 有 以 下 功 能 ： 1 当 地 显 示 与 参 数 整 定 输 入 在 RTU上 安 装 一 个 当 地 键 盘 和LED或 LCD显 示 器 ， 使 得 RTU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 定值 等 。 2.一 发 多 收 ， 有 时 一 台 RTU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 。 3 CRT显 示 与 打 印 制 表 ， 要 求 RTU具 有 当 地 显 示 功 能 ， 并能 将 异 常 事 故 报 告 打 印 出 来 。 2.5 RTU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 成的 ， 称 为 布 线 逻 辑 远 动 (或 硬 件 远 动 )。 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 称为 软 件 远 动 。 3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 。 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 等不 同 类 别 变 电 所 内 的 高 压 66 110 KV设 备 、 中 压 10 35 KV设备 、 直 流 750 V或 直 流 1500 V设 备 、 低 压 400 V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 。 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RTU、 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 。 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 。 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 ： 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 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 。 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 。 2.2 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 。 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 。 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 “ 四 遥 ” 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 ，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 。 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 ，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 。 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 。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 。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 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 。 2 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 控系 统 等 系 统 ， 综 合监 控 系 统 为 这 些 不同 的 系 统 提 供 了 一个 综 合 的 信 息 平 台 ，这 些 系 统 的 主 要 硬 件 、软 件 均 由 综 合 监 控 系统 来 统 一 构 建 ， 综 合监 控 系 统 实 现 各 系 统在 中 心 级 和 车 站 级 的系 统 功 能 。 2.4 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 。 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 。 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 、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 地 铁 设 计 规 范 （ GB50157-2003） 、 城 市 轨 道 交 通 直 流 牵 引 供 电 系 统 （ GB10411-2005） 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 合当 前 的 自 动 化 系 统 技 术 水 平 确 定 。 2.6 中 央 监 控 系 统 2.6.1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 心 ， 其 功 能 主 要 有 控 制 、 数 据 采 集 处 理 、 显 示 、 报 警 、 查 询等 。 1.控 制 及 操 作 功 能 2.数 据 采 集 与 处 理 功 能 3.显 示 功 能 4.报 警 功 能 5.系 统 权 限 管 理 功 能 6.历 史 数 据 备 份 与 复 原 2.6.2 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 要有 以 下 三 种 类 型 ： 1.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 ，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 工程 。 网 络 配 如 图 2-3所 示 。 1.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 ，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 工程 。 2.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 ，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 。 3.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 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 。 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 100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 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SCADA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 。 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 。 3.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 。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 。4.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 。 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 术 、 数 据 通讯 技 术 、 数 字 信 号 处 理 (DSP)等 技 术 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 它 综 合了 变 电 所 内 全 部 二 次 设 备 功 能 。 它 以 微 机 保 护 和 计 算 机 监 控 系统 为 主 体 ， 加 上 变 电 所 其 他 智 能 设 备 构 成 功 能 综 合 的 变 电 所 综合 自 动 化 系 统 。 根 据 系 统 设 计 思 想 以 及 安 装 的 物 理 位 置 不 同 ， 综 合 自 动 化系 统 的 组 态 模 式 可 以 分 为 很 多 种 类 ， 且 每 一 种 类 又 因 变 电 所 实际 情 况 不 同 而 有 所 差 异 。 从 系 统 设 计 思 想 上 划 分 有 集 中 式 、 分布 式 和 分 层 分 布 式 ； 从 安 装 物 理 位 置 上 划 分 有 集 中 组 屏 、 分 层组 屏 和 分 散 在 一 次 设 备 间 隔 安 装 等 形 式 。 集 中 式 ： 集 中 式 的 综 合 自 动 化 系 统 是 按 功 能 划 分 的 模 式 。系 统 功 能 模 块 与 硬 件 无 关 。 各 功 能 模 块 用 模 块 化 软 件 连 接 来 实现 ， 并 且 集 中 采 集 信 息 ， 集 中 处 理 运 算 。 但 是 对 计 算 机 的 性 能要 求 高 ， 存 在 着 系 统 可 扩 性 及 可 维 护