6 数据采集系统.docx

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6数据采集系统

第六章数据采集系统

6．1概述

数据采集系统是SUPERPOWER8000系统的基础，它主要完成对各种RTU设备各种数据（如遥测、遥信、电度量、SOE、录波数据等）的接收，并将各种操作命令（如遥控、遥调、定值修改、校时等）转发给相应的RTU设备。

对电力调度系统和铁路水电调度系统而言，数据采集系统主要采用串行通信方式，通过电力载波、专线、光纤、电话线路、微波等通道与RTU子站系统连接，子站系统通过某种数据传输协议（如CDT、101以及各厂家自定义协议等）将子站系统的一些自检信息和采集的各种数据（如电流、电压、有功、无功、电度量、开关信号、各种水机信号、录波数据等）传送到数据采集系统，数据采集系统接收分析这些数据的同时，以将SUPERPOWER8000系统的各种控制指令（如遥控、遥调、遥设、定值修改、校时、电度冻结等）按相同的协议下发相应的子站系统，从而将整个电力公司或铁路水电段所管辖的各变电站、水电站或者各铁路车站连接成一个整体。

SUPERPOWER8000系统用于变电站、水电站时，数据采集系统直接使用各种现场总线（如CAN、RS422/RS485等）、点对点的RS232等方式与各种单元控制设备（如EDCS6000系列、TTG2000系列、各种电度表、温度巡检仪、转速测控仪、PLC、直流屏、励磁屏等）相连，与电力调度系统和铁路水电调度系统相似，这些单元控制设备按各自的通信协议将所采集的数据信息传送给数据采集系统，数据采集系统按相同的协议对这些信息进行处理，同时将SUPERPOWER8000系统的各种控制指令下发各单元控制设备。

6．2数据采集系统的功能

数据采集系统主要功能包括：

●通道管理：

完成通道的打开、关闭、复位；通道初始信息的设定；通道数据的收发及通报；通道故障的检测及自动恢复、报警；通道误码统计；通道工作状态通报。

●通信协议管理：

完成通道收发数据按照各自使用协议的双向转换，将通道数据按协议断帧，从数据帧中分离出原始数据，同时将各种操作控制命令翻译成协议数据帧向通道发送；按通信协议的要求完成其自动操作过程；协助通道进行通道误码统计。

●厂站设备管理：

对各种RTU设备进行管理，根据设备使用的通道和协议，从协议库中选择相应的协议，对使用的通道进行打开、关闭、复位操作；对实时数据库提供设备数据服务，并对设备相关的各种突发事件、故障进行通报；完成对所辖设备的各种操作。

6．3数据采集系统的结构设计

数据采集系统采用通道、协议、厂站设备三层管理模式，模块化设计，对不同的系统自须选择不同的厂站设备、协议和通道

类型，并对他们进行相应的设置即可，结构如图6-1所示。

以前，数据采集系统传统做法是将各种设备、协议、通道等模块集中开发在一个应用程序或动态链接库中，这样新添加一种设备或协议往往要对整个应用程序或动态链接库进行重新编译、连接，甚至受到各种限制。

SUPERPOWER8000系统的数据采集系统和以前系统相比具有以下优点：

●技术先进性，采用先进的面向对象的COM（组件对象模型）技术

●优良的可扩展性，各设备模块、协议模块、通道模块可根据需要添加、删除，甚至各模块可热插拔

●语言无关性，各模块只需要按定义好的接口去编程就可以了，至于采用啥编程语言、由何人编写均无要求

●灵活性，各种模块在工程应用时可灵活使用，如某一设备可采用各种协议，亦可采用各种通道进行搭配

6．4数据采集系统与厂站设备的通信

数据采集系统与厂站设备可采用多种通讯介质和通讯方式，以满足不同用户的需求。

通信介质包括双绞线、电力载波、微波、光纤等，通讯方式由全双工、半双工；同步、异步；各种通信介质和通讯方式可混合使用，以下介绍几种典型的通信网络结构。

6．4．1点对点通信

点对点通信指一个RTU设备独占一个通道与数据采集系统通信，这种方式结构清晰、实时性好（只与通信速率有关），其结构如图6-2所示。

这种方式典型应用于电力调度系统，由于电力系统的通讯介质大多采用电力载波，通信速率低，投资较省。

6．4．2点对多点通信

点对多点通信指一个数据采集系统通道同时与多个RTU设备进行通信，这种方式在采集系统中心设备较少、投资省，实时性与通信速率和RTU设备个数有关。

其典型应用于现场总线（如CAN、RS485等，RTU设备集中、通信速率高，如图6-3所示）、铁路双电源系统（RTU设备分散、实时性要求不高，如图6-4所示）等。

在图6-4中，可用一个通道对所有RTU设备查询数据完成各种控制，同时还可用一个或几个通道随时接收RTU设备随机传送到中心的一些事故信息。

在工程应用中，可根据用户选择的通讯介质的具体情况及系统的要求混合、灵活地选择子站组网方案。

6．5数据采集系统与实时数据库的通信

数据采集系统是SUPERPOWER8000系统的基础，他将采集的数据送到实时数据库，供其他应用系统调用；同时对其他应用系统的控制命令进行协议转换后，下传到各子站RTU设备。

数据采集系统与实时数据库采用TCP/IP通信，在此，数据采集系统作为服务器（Server）端，提供所辖设备的各种数据服务，如遥测数据、遥信数据、电度量数据、SOE数据、故障录波数据等，同时提供各种控制服务，如遥控、遥调、定值设定、RTU设备校时等。

实时数据库或其他应用系统作为客户（Client）在多个数据采集系统中提取所需数据和下达各种控制命令，结构如图6-5所示。

6．5数据采集系统的冗余备份

每一个数据采集系统均可进行双机、双网冗余备份，已达到用户高标准、高可靠性要求。

6．5．1数据采集系统的双机热备份

数据采集系统双机热备份结构图如图6-6所示。

当主数据采集系统正常工作时，接受各种网络控制命令，同时定时发出心跳信息；热备份数据采集系统不接受网络中任何操作控制命令，他自检测主数据采集系统的心跳信息。

一旦发现主数据采集系统无心跳信息，立即接管主数据采集系统的工作，同时发出心跳信息。

如果主数据采集系统恢复正常，就处于热备份状态。

双数据采集系统也可通过人机界面进行手动切换，强行命令某一台数据采集系统处于主工作状态，另一台处于热备用状态。

6．5．2数据采集系统的双网备份

每一个数据采集系统均可安装两片网卡，对网卡设置不同的IP地址，分别接入系统的两个交换机（网段地址不同）中，实现双网备份的目的，结构如图6-7所示。

在双网热备份的数据采集系统中，当双网均正常时，系统根据网络负荷情况自动将负荷分配给两个网络，其中一个网络故障时，另一个网络独自承担所有工作。

6．5．3子站RTU设备的双机备份

数据采集系统还支持子站RTU设备的双机热备份，当子站RTU设备支持双机热备份工作时，数据采集系统自动适应子站双机热备，如图6-8所示。

即主RTU和热备份RTU个占用数据采集系统的一个通道，数据采集系统在主RTU正常时均只与主RTU通信，一旦数据采集系统经过多次联络仍无法与主RTU联络上时，将自动切换到与热备份RTU通信。

在RTU设备支持双机热备份自动转换工作时，数据采集系统可根据RTU设备的通告信息进行自动切换。

6．7数据采集系统的人机界面（HMI）

数据采集系统的所有信息均可通过人机界面进行监视，也可通过单独的信息监视应用程序进行监视。

这些信息包括设备运行状态、通道运行状态、通道通信数据原码、经过协议转换后的数据原码等，监视信息可分类、分通道察看。

同时通过监视界面可通过安全验证后进行通道的复位、打开、关闭等操作。

6．7．1数据通信原码监视

数据采集系统的原码按原码位置可分为通道（通道收发数据，不进行协议分帧数据）、协议（按通信数据帧）、设备（通过协议转换后的一个一个的原始数据）三种方式显示；按原码性质分为接收数据、发送数据两种方式。

在现实窗口可按以上方式组合进行显示。

对按设备原码显示还可分成十进制、十六进制、二进制三种方式显示。

因此，工程调试人员可根据这些显示信息灵活、快速解决调试中的通信问题。

6．7．2数据采集系统的其他界面

数据采集系统的界面还包括对数据采集系统热备份机的状态显示，双机热备的手动切换；通道的手动打开、关闭、复位；以及数据采集系统自身的一些控制、设置信息。