掌上调度系统PDA-SCADA.doc

基于内联网/互联网/移动通讯网技术的SCADA实时数据共享方案- 移动SCADA（Mobile-SCADA）：随时随地访问SCADA数据 烟台开发区德联软件有限责任公司邮编:264006联系地址：烟台开发区珠江路28号科技大厦519室电话：0535-6381878 6391808 13805353728 (宋先生)Email:ytschsina.com目录一、综述-2二、Mobile-SCADA系统的结构图-2三、终端客户功能-31、 短信通知功能-42、主动查询功能-4四、服务器端软件功能1、与SCADA系统接口软件-42、数据库管理与数据处理-4（1）历史数据库-4（2）实时数据库-5（3）数据库管理工具-5（4）实时数据库和关系数据库的同步及安全机制-5（5）实时数据库访问接口（实时软总线）-5（6）数据处理-53、图形组态工具-64、报表组态工具-75、WEB 服务接口-7五、用户与权限管理-7六、系统配置-8七、系统安全性-9八、系统性能指标-111、系统容量 - 112、系统实时性与可靠性-11九、附录：词语注解-11一、综述在电力行业，由于采用了大量的自动化技术，所以每个电厂或供电局一般都有多套SCADA系统（数据采集与监控系统），如：电厂有厂用变监控系统、升压站监控系统、热网监控系统 、DCS 、AGC 等等，供电局有调度系统、变电站监控系统、负荷控制系统、电量记费系统等。这些SCADA系统的监控信息，都是一些不断变化的数据，称为实时数据。由于实时数据数量多、变化快，一般只有在监控现场的值班人员才能看到，而有关领导及员工由于不在现场，却不能得到需要的信息。通常要通过电话或报表的方式，既不方便又不及时。Mobile-SCADA软件的作用就是要突破SCADA系统的局限性，扩大实时信息共享范围，让不在SCADA现场的有关人员也能象调度值班人员一样方便地查看系统的运行情况。对领导来说，无论出差在外、在家里、在办公室，只要有电脑或手机，就可以通过厂内局域网、互联网、移动通讯网随时随地访问SCADA系统，就象在监控现场一样，对所有信息了如指掌。对现场安装调试和检修维护人员来说，一些象通道调试、保护实验、检修、与主站端对数等繁琐的工作，借助于手机一个人在现场就可以看到调度端的情况，大大提高了工作效率。二、Mobile-SCADA系统的结构Mobile-SCADA系统主要由三部分组成：第一部分叫SCADA数据集中器，主要完成各种实时数据的集中、分类、处理、存储。第二部分叫网关机，主要完成实时和历史数据的网络共享、发布。第三部分叫客户端，主要完成实时和历史数据的查询。客户端分为三种：局域网客户、互联网客户、移动（手机）客户。SCADA数据集中器和网关机又称为服务器端系统结构原理如下图所示：互联网热网DCS升压站厂用变InternetWEB/WAP服务器 笔记本浏览器移动网关SCADA数据集中器网关机Mobile-SCADA (服务器端) 手机浏览器台式机浏览器手机浏览器局域网（MIS网） 等等浏览器 浏览器 浏览器 浏览器 浏览器工程师维修调试生产计划总工局长厂长三、客户端功能 终端客户分为手机和PC机两类。手机用户具备短信通知功能。所有用户具备主动查询功能。1、短信通知功能当电网发生重要事件时，有关人员可以在第一时间接到通知短信。短信内容包括事件类型及发生时间。接收短信的人员名单、手机号码及事件类型可以在服务器端分别设置。2、 主动查询功能通过互联网浏览器或手机浏览器可随时查询各种SCADA系统的以下内容：（1） 查看系统接线图（2） 查看系统运行工况图（3） 查看模拟量棒型图（4） 查看模拟量实时曲线图（5） 查看模拟量历史曲线图（6） 查看实时表格图（7） 显示实时事件（包括开关变位，刀闸变位，事故，保护动作，模拟量越限、通道故障等）（8） 历史事件查询（9） 历史报表查询浏览器的画面内容，可以手动或自动刷新，自动刷新周期可设置。画面用我们专门开发的工具进行组态，用户可以自行完成，组态后的画面存储在服务器一端，终端客户不需要保存任何信息，只需要WWW浏览器。四、服务器端软件功能1、 SCADA系统接口软件不同的SCADA系统有不同的通讯规约，为此系统提供了可扩展的规约库。规约库中已经包含了常用的几十种国际或国内的标准电力通信规约。针对用户特殊规约，我们可以单独开发规约模块，加入到规约库中。目前规约库中已包含的接口协议包括OPC、MODBUS 、101、102、103、104、电力系统实时数据通信应用层协议、CDT、DNP3.0、SC1801、n4F、XML、SQL、自定义API等。规约库中的OPC、MODBUS是工业自动化领域中的国际标准规约，一般的DCS系统及自动控制系统都支持。Mobile-SCADA与DCS连接时可以采用这两种规约。SQL语言是标准的数据库查询语言，建议用户在数据刷新速率要求不高的情况下采用。XML语言是最近几年兴起的标准，发展十分迅速，在数据表示、数据交换领域得到了广泛的应用。将XML语言应用到电力自动化领域也是大势所趋，OPC-XML已经成为互联网上的实时数据通讯标准。规约库中的其它规约都是电力系统的规约，可以根据SCADA系统的实际情况选择其中的一种和几种。2、数据库管理与数据处理为了满足大容量实时数据处理的需要，我们开发了专用的数据库管理系统。数据库由两部分组成，一部分是参数/历史数据库，另一部分是基于内存的实时数据库。实时数据库是一种宿主型的数据库，它依赖于参数数据库来保存信息，如数据库模式描述、数据库备份、数据断面的保存与恢复等。两种数据库协调运行，数据同步和并发访问由实时数据库负责管理。所有的实时数据都在实时数据库中存储和处理，按照设定的周期将实时数据库中的数据保存到关系数据库中。（1）参数/历史数据库采用标准关系数据库系统。C/S 结构体系，提供方便的网络访问；安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失；触发器功能为保证相关数据的一致性带来便利；严密的双服务器一致性维护。快速大批量数据访问机制。透明的双网冗余访问支持。SQL/ODBC访问接口（2）实时数据库CLIENT/SERVER体系结构, 在分布式运行环境下，实现数据库全网共享, 严密的多服务器一致性。支持实时数据库的备份或镜象支持并发访问控制支持安全级别及用户权限管理提供C/C+ API访问接口。提供SQL访问子集。（3） 数据库管理工具提供两种方式的数据输入，人机交互方式和批量数据方式。用户输入的数据需经过有效性，相关性和一致性检查。合格的数据才能投入在线运行。提供管理界面，用于数据库的日常维护。（4） 实时数据库和关系数据库的同步及安全机制在关系数据库中存在实时数据库的实体备份，该实体备份与内存实时数据库有两 种同步方式，即定时同步与立即同步。当实时数据库被意外破坏时，可立即用实体备份进行恢复，实现数据库的安全保护。实体备份库还提供了外部用户通过关系数据库访问实时系统的接口。当采用双机冗余机制时，关系数据库与实时数据库均有主与备（分布在不同节点上）之分，可快速实现主备切换，以保证系统安全性。对数据库的修改，无论来自应用程序的访问，还是来自任何节点的交互式访问修改，系统均自动维护主数据库和备用数据库的一致性。（5）实时数据库访问接口（实时软总线） 共有三种方式实现对网络分布式实时数据库的透明访问： 点对点方式：在服务器一端有守候线程，专门负责与客户进行通讯。每一次客户访问请求得到服务器一次应答。服务器一端采用多线程机制，可同时响应多个用户的并发访问。订阅/分发方式：如果客户需要周期性地访问实时数据库，可采用订阅/分发方式。就象订阅杂志的过程一样。客户预先访问服务器一次，登记所需信息的类型及时间周期，随后服务器就会周期性地将信息送给客户，直到客户提出终止。这种访问方式节省了大量重复的访问请求，有效地降低了网络负载，特别适合于多窗口多画面客户。（6）数据处理实时处理的主要数据类型有：a.数字量（包括状态量）：用来表示一个实时或非实时数据的状态，如开关的开与合，指示灯的亮与灭。b.模拟量：模拟量用来表示一个动态点的数值，如有功功率、无功功率、功率总加、电流、母线电压、变压器温度及系统频率等。c.脉冲计数量（电能量）：脉冲计数量是利用一个脉冲表示一定标度和累加的方式来表示一个动态点的值，常用来表示随时间而累加的量，如电度量。d.计算量（派生量）计算量也称为派生量，是由几个已知的数据经过运算后生成一个新的值。计算量主要用于线路总加、电流及一些没有测点的数据。计算量的类型可以是数字量、模拟量，也可以是脉冲计数量，本系统由特殊计算模块来完成计算量的各种功能。3、图形组态Mobile-SCADA的图形软件采用了国际标准的OpenGL技术。OpenGL是一个跨平台的三维图形解决方案。在二维环境下很难实现的特效和技术，如图像变换、光照效果、立体建模、图片旋转、渐进色、文字填充等，由于采用了OpenGL技术及3D材质库，现在都变得轻而易举。可以轻松创建高质量三维画面，满足用户多样化的需求。图形组态工具的作用就是绘制各种矢量监控画面，并定义画面中的图形元素与数据库的关联。图形组态工具是丰富多彩的图形图表界面制作的幕后英雄。可以使你轻轻松松的绘制出各种电力系统所用图形图表(诸如: 接线图、棒图、曲线图、综合图.)和各种精彩的三维图形(球体、圆柱、圆锥、立方体)。复杂的图形是由简单的图元组合而成，图形组态工具共有26种基本图元，包括直线、折线、贝塞尔曲线、矩形、椭圆、封闭折线、圆盘、文字、表格、图片、按钮、刻度尺、圆球、圆柱、长方体、遥信、遥测、棒图、曲线、变压器、接地符、交流符、电抗、电容、电感、避雷器、发电机等，可以满足绘制电力系统各种图形所需。对于每一种图元来说，均具备三方面的属性：图元界面属性、数据库连接属性、动画属性。不同图元的图形属性有较大差别，但数据库连接属性及动画属性设置方面基本一样。对于图元的图形属性来说，同时都具备标号，类型，名称，图层，是否可视等共同属性。图形组态工具主要特点总结如下：（1）、百分之百的OpenGL技术，克服了字体显示、视窗映射等技术难题，充分发挥了OpenGL的强大功能 .硬件无关性，软件图形可以在各种类型的计算机系统下显示。 .丰富的颜色，最多可支持16M颜色。 同时提供多种颜色变换。 .真实的立体效果，上百种材质和自由的光线设定使立体图形呈现出逼真的显示效果。 .纹理映射，将图形纹理贴在物体表面，使图形更加生动自然，更加绚丽多彩。 .各种变换，图元、光线可以自由旋转，实现了图形的无级缩放。（2）、图形由最基本的元素-图元组成,每个图元都是一个独立的对象，每一个对象都有一个对应的属性表，如颜色、坐标、长度、宽度、线型、背景颜色等。用户可方便地改变对象的位置、大小、颜色等属性，并提供多图元属性修改的功能。 图元有以下几种类型： .基本图元,如点,线,圆，矩形，多边形，字符。.立体图元，如球体、圆柱、立方体。 .电力专用图元：如潮流线，棒图，曲线，遥测，开关，刀闸、电容、电感.（3）、图形分层显示，可以叠加图层，隐藏图层。（4）、提供可扩充的常用图案及图符库，用户可以建立你自己的图元。（5）、图像文件的支持：可以支持BMP/GIF/JPEG等多种图形文件类型，支持图像透明显示。如果用动画的gif文件用作纹理贴图，会产生动画贴图。（6）、多种编辑操作,放大、缩小、反转，对齐，等距排列，等大, 多边形增加、删除顶点，拷贝，粘贴，删除.作图方便快捷（7）、提供图元属性列表，可以同步的查看、修改图元属性，不必使用对话框，使操作流畅，直观（8）、提供30步操作的UDNDO,REDO。（9）、任何图元都可以连接数据库，取得实时量信息显示、动画等操作4、报表组态工具用来创建与编辑报表，主要有以下特点1、 采用与EXCEL兼容的电子表格软件，提供灵活、方便的制表方式,图文并茂。报表管理系统提供非编程的与数据库数据连接的定义方法2、 报表单元用文本描述与数据库的关联。3、 可以整行整列定义与数据库的关联，提供批量输入手段。4、 表格的字体、边界、颜色、显示格式都可以编辑。5、 提供剪切、复制、粘贴等编辑功能。6、 属性查看可以看对应的表格单元对应的数据库的内容。7、 可以输入计算公式。五、用户及权限管理Mobile-SCADA系统是一个支持多人同时在线的多用户系统。为了提高实时响应速度，在服务器端采用了多线程技术，能高效率地满足多用户的并发访问。不同的用户可能需要不同的信息，不同的用户对信息的知情权和访问权也不一样，因此，必须对用户的访问权限进行设定。Mobile-SCADA系统采用了对信息分级的方式。信息共分为10个安全级，不同安全级有不同的权限,每一个安全级下可访问的信息画面可单独定义。画面共分为四种类型，分别是图形、曲线、报表、事件。每一个安全级对应四个清单文件，分别是图形清单、曲线清单、报表清单、事件清单。 事件清单包含可访问的事件类型，如：事故、保护动作、开关变位、模拟量越限、通信故障等，其它三种清单包含了可访问的画面文件名。一个用户只能对应一个安全级，只能访问该安全级下清单文件设定的画面。例如，一个用户对应的是第二安全级，他只能访问G2、C2、R2、E2清单文件定义的画面。可面是画面清单与安全级的对应关系：一级二级三级四级五级六级七级八级九级十级图形清单G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10曲线清单C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10报表清单R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10事件清单E1E2E3E4E5E6E7E8E9E10可面是用户与安全级的对应关系：一级二级三级四级五级六级七级八级九级十级用户1用户2用户3用户n六、系统配置 系统软件：Windows XP、IIS、.NET FrameWork应用软件：1、数据集中器软件（与SCADA接口） 2、网关机软件 3、客户端软件包 4、画面组态软件包 5、实时数据库管理软件包 硬件：1、 PC机若干台（要求：CPU 1.5G以上、内存1024M以上、硬盘80G）小规模系统的用户可以采用单机系统，SCADA数据集中器与网关机合而为一。中规模系统的用户可以采用双机系统，一台是SCADA数据集中器，另一台是网关机。大规模系统的用户可以采用多机网络系统，一台是网关机，其余是基于网络的SCADA数据集中器。2、手机终端（要求：支持WWW浏览器或WAP2.0浏览器）若干台 GPRS手机都可以，最好用支持MicrosoftIE的大屏幕手机。3、采用基于INTERNET通信时：现场具备上互联网的条件（如：ADSL、宽带、GPRS或CDMA模式）, 有无公网IP地址都可。 4、采用短信方式时使用：GSM或GPRS模块5、其它附件推荐手机：，最好采用大屏幕的智能手机七、系统安全性电力行业对SCADA系统的安全性有着很高要求，不允许SCADA系统不经隔离直接连接其它网络。Mobile-SCADA系统采用了多级分布，层层设防的方式，有效地解决了这一问题。方法1：在数据集中器和网关机之间安装一个单向物理隔离装置，限定数据只能从SCADA系统经数据集中器向网关机单方向流动，在网关机上安装防病毒及防火墙软件，从根本上杜绝了Mobile-SCADA系统对各种SCADA系统的影响。有条件的互联网用户可以采用虚拟专用网VPN方式与互联网连接。数据流向：如下图所示：互联网单向物理隔离装置SCADA数据集中器升压站监控热网监控厂用变监控专用协议 防火墙网关机防火墙DCS 电厂局域网单向物理隔离装置是依照全国电力二次系统安全防护总体方案和国家经贸委【2002】第30号令电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定，开发研制的满足中国电力行业需求的网络安全产品。适用于电力控制一区二区与MIS之间的安全连接。可以实现文件的传输，数据库同步，满度不同环境的应用。 基本功能： 1) 实现两个安全域之间TCP/IP通讯方式的安全的数据交换，并且保证安全隔离装置内外两个处理系统不同时连通；2) 表示层与应用层数据完全单向传输；3) 支持双机热备份；4) 透明工作方式，虚拟主机IP地址、隐藏MAC地址；5) 支持NAT、透明两种工作模式；6) 基于MAC、IP、传输协议、传输端口以及通信方向的综合报文过滤与访问控制；7) 防止穿透性TCP联接：禁止内网、外网的两个应用网关之间直接建立TCP/IP联接； 8) 支持身份认证；9) 具有可定制的应用层解析功能，支持应用层特殊标记识别；10) 安全、方便的维护管理方式；11) 可以根据用户的需要，对TCP应答包数据的字节数进行灵活设置；12) 支持数据库的同步，可以实现生产网和办公网之间数据库数据的实时同步。13) 支持远程监控功能，可以通过远程监控系统，对远程的隔离设备进行集中监控，便于设备的统一管理。系统组成： 硬件系统：内网关、外网关、隔离控制器构成软件系统：内网关软件模块、外网关软件模块、数据交换器软件模块。技术特点：1) 产品采用双机系统结构；2) 采用非INTEL指令系统的双微处理器；3) 中间隔离部件通过电子开关实现安全隔离；4) 内外网关TCP/IP协议栈被裁剪掉；5) 内外网关之间采用私有通讯协议；6) 安全、固化的操作系统，采用嵌入式LINUX操作内核，内、外网关取消所有网络功能；7) 应用层数据完全单向传输，TCP应答包数据小于等于4个字节；8) 高可用性，支持双机容错。方法2：手机终端与网关机采用短消息方式通信，不必经过INTERNET。SCADA网关机GSM模块手机手机手机短信采用这种方式，优点是：避免了SCADA与INTERNET连接的危险，节约了设备投资（不用物理隔离装置）。缺点是：速度较慢，数据量较大时不能保证实时性。八、系统性能指标1、系统容量: 模拟量（遥测量）： 40000状态量（遥信量）：40000电能量：4000 计算量：4000画面数量不限报表数量不限2、系统实时性响应数字量处理周期1s模拟量处理周期 3s采用常规互联网连接，画面传到浏览器时间1s（与画面大小及信道速率有关）采用移动互联网，画面传到浏览器时间5s（与画面大小及信道速率有关）3、系统可靠性指标各种数据处理的正确率为=100平均无故障运行时间（MTBF）25000hCPU负载率：电网正常时任意30分钟内平均 30%电网事故时30秒内 45%九、附录：词语注解WWW：WORLD WIDE WEB，万维网HTTP: Hyper Text Transport Protocol 超文本传输协议SCADA：Supervisory Control And Data-Acquisition 数据采集与监控MIS：Management Information System 管理信息系统XML：Extensible Markup Language 可扩展标记语言SQL：Structured Query Language 结构化查询语言TCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/互联网络协议OPC：OLE for Process Control一种利用微软的 COM/DCOM 技术来达成自动化控制的协议VPN: virtual private network 虚拟专用网GPRS:General Packet Radio Service 宽频移动数据（又名封包无线数据服务）CDMA :Code Division Multiple Access 称码分多址WAP :Wireless Application Protocol 无线应用协议