SCADA系统.docx

1、SCADA系统第七节 SCADA系统一、SCADA系统概念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的集中监测，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

2、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。SCADA信息的传输在信道中传输的远动信息分为上行信息和下行信息。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，遥调令），所有通道称为下行信道。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），所有信道称为上行信道。远动系统信息传送方式分为两大类即循环方式（CDT）和查询（Polling）方式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

3、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。SCADA系统的工作方式：SCADA系统的工作方式有多种，可分为1：1工作方式，1：N工作方式及M：N工作方式。1：N工作方式：指1个调度端对应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。牵引供电SCADA系统的类型:根据系统所采用的信道，被控站及调度系统的结构不同可有多种分类。按信道结构分：传送信号是利用有线信道还是无线信道可分为有线和无线远动系统。如站场的开关的无线远动装置；按被控端结构分:常规远动系统，综自远动系统；按调度端结构分:单机系统，双机系统，网络化

4、系统遥控：遥控是从调度所发出命令以实现远方操作和切换。遥控分为单控，程控。遥调：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，如调整变电所的某些量值（如变压器等可进行分级调整）。遥测：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所。遥信：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所。对牵引供电系统涉及的遥信量可为以下几大类：位置遥信:开关状态信号；非位置遥信:事故及预告信号；软遥信:非常规节点遥信,由变电所综合自动化系统根据测量值及计算给出；变电所遥控对象位置信号中央信号（包括事故总信号、预告总信号、自动装置动作、控制回路断线、控制方式、所内监视、交流回路故障、直流电源故障、压互回路断线

5、等）。进线有压/失压、自投投入/撤除信号；牵引变压器的各类故障信号（含保护动作信号）；电容补偿装置的各类故障信号（含保护动作信号）；动力变压器的各类故障信号（含保护动作信号）；馈电线的各类故障信号（含保护动作信号）；各开关操作机构的工作状态信号；远动装置、远动通道运行状态、馈电线的各类故障信号（含保护动作信号）；各开关操作机构的工作状态信号；远动装置、远动通道运行状态；遥视：遥视是将被控站设备的视频信号传送给调度所，进行远方图像监视；SCADA系统相关技术:1.网络技术(1)局域网技术：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

6、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。特点： 地理范围有限(小于10kM)；通信速度快、可打10Mbps、100Mbps或千兆，可靠性高、误码率低；网络拓扑结构简单:主要包括星形、环形或总线形，传输介质为同轴电缆、屏蔽双绞线，光纤；局域网的的连接方式：星型，总线，环型；不同局域网间的互联可通过交换机（Switch）、路由器（Router）、网关(Gateway)等互联。(2)城域网，广域网技术：城域网（Metropolite Area Network):网络连接规模在10-100kM；广域网（Wide Area Network，WAN），指在一个较大的区域内由多台计算机互联

7、的系统(可跨国界，洲界，甚至全球）。特点： 地理范围很大；网络拓扑复杂、纵横交错成网状；传输媒体主要为卫星、数据交换网；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。2.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。客户、服务器服务既可在一台机器上完成，也可分布在网络上的不同机器上。特点:数据集中管理、安全可靠和数据一致性强，多用户共享主机系统的数据资源和外设资源，共享资源能力强,降低了系统成本；集成应用能力强。用户需要的各种信息都可在客户机上得到，用户可通过客户机交互工作界面，直接处理从服务器及其它客户机得到的

8、数据，并产生新的有用信息；组网灵活，客户机配置灵活，增减客户机节点非常方便，这些都可通过维护软件设定来完成；系统数据库保存在服务器中，客户机启动时按需要传入数据库，因此，当某一客户机节点故障时，并不影响整个系统运行，系统数据库也不受影响，提高了系统的可靠性。3.浏览器/服务器（B/S）模式将浏览器技术运用于SCADA系统，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量；在新一代的SCADA系统中，传统的人机界面将保留，主要供调度员使用，管理部门的复示系统用标准浏览器通过Web访问服务器，实时监视整个系统的运行状态。4.操作系统(1)WINDOWS操作系统：基于INTEL或相应平台，窗口界面，图形操作

9、系统，用于个人计算机PC或PC服务器。特点：操作直观、简便，对系统硬件要求低，但安全性欠缺；(2)UNIX操作系统：字符界面，多用于基于RISC的小型机或服务器。特点：系统可靠性高、安全性强，但操作不直观，对系统硬件要求高，维护较复杂。(3)实时多任务操作系统：常用于对实时性要求较高的SCADA系统测控装置及通信装置，如RTOS，QNX，VxWorks等5.数据库管理系统常用的关系数据库管理系统有：Microsoft SQL SERVER、SYBASE、Oracle、Informix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（Structure q

10、uery languange）查询语言；关系数据库管理系统支持ODBC（open database connection,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。二、SCADA系统基本结构及主要功能SCADA系统分为四个子系统：(1)信息采集和执行子系统 在变电所收集各种表征电力系统运行的实时信息，并根据运行需要向调度端提供各种监视、分析和控制牵引供电系统所需要的信息，系统的运行状态信息（电压、电流、功率，开关状态等），温度、湿度等；(2)信息传输子系统 电力载波通讯、数字微波通讯、光纤通讯。光纤通信为主，数字微波通讯为辅是电力通信主干

11、网的发展方向。(3)信息处理子系统 实时信息处理实时信息处理,存储,打印并在调度员工作站以友好的人机界面显示。(4)人机联系子系统 通过人机联系子系统，为调度员提供完整的牵引供电系统设备运行实时状态及分析，完成远方操作。 模拟盘（大屏幕显示器），图形显示器，控制台，音像报警系统，打印绘图系统 牵引供电SCADA系统主要功能 (1)牵引供电系统中使用的SCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控，遥测，遥信，遥调，遥视，保护及调度管理；(2)故障定位,辅助完成设备维修,设备事故处理等功能。三、SCADA系统的发展电力系统调度自动化自诞生之日起就与计算机技

12、术的发展紧密相关。电力系统自动化发展到今天已经经历了四代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，广泛采用通用工作站，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。第四代系统的基础条件已经具备。新一代系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。

13、随着计算机技术,通信技术,网络技术的发展，牵引供电SCADA系统新的发展有以下几点： 1.SCADA与其它系统的广泛集成。SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为EMIS系统提供大量的实时数据，SCADA系统与EMIS系统互联为设备检修提供实时信息，有助于事故抢修及指挥。2.变电站综合自动化。以RTU、微机保护装置为核心，将变电站的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电站的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。3.专家系统、模糊决策、神经网络，数据挖掘，Agent等新技术研究与应用。 4.面向对象技术、Intranet,Internet技术。面

14、向对象技术（OOT）是网络数据库设计、SCADA系统软件设计的合适工具，面向对象技术以广泛运用于SCADA系统。5.SCADA/CTC/EMIS一体化综合自动化系统大系统集成SCADA系统在牵引供电系统的重要性:1.节约天窗作业时间,提高天窗兑现率2.加速故障判定及事故抢修作业3.实现系统信息共享,联动操作，综合管理四、牵引供电SCADA系统调度端1概述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；SC

15、ADA系统调度端组成:计算机子系统和人机接口设备,外围设备。计算机子系统：计算机子系统又称作信息采集和处理控制子系统，是整个调度管理自动化系统的核心。它对采集到的信息进行加工、处理，把结果通过人机联系子系统呈现给调度人员或者通过执行子系统直接进行远方控制、调节操作。组成：计算机硬件和软件组成。 (1)计算机硬件系统计算机硬件系统可以采用从简单的单台计算机直至多台不同类型的计算机组成的复杂系统。相应的配置方式有：集中式的单机或多机系统，分层式的多机系统和网络式的分布系统。 集中式配置是由一台计算机执行所有数据采集、人机联系和应用程序的功能。为了提高可靠性，设置一台备用计算机，构成双机系统。这种配

16、置适用于小型的SCADA系统，也是早期普遍使用的方式。 集中式配置特点:即计算机之间采用接口与接口的联接方式计算机多采用小型计算机为主；一机多用,硬件资源节约,但软件的功能模块之间界面不清楚；信息交换困难；运行维护复杂；资源不共享、成本高；分布式配置特点:把各项功能进一步分散到多台计算机中去，由局域网络（local area network，LAN）将各台计算机连接起来；计算机之间通过LAN交换数据。备用机也同样连接在局域网络上， 并可随时承担同类故障机或预定的其他故障机的任务；在硬件接口和软件接口中都遵循一定的国际标准或工业 标准， 使不同厂家的产品容易互连，容易扩充，形成开放系统（open

17、 system）。(2)计算机软件计算机软件可分为三个层次：系统软件、支持软件和应用软件。 系统软件包括操作系统、语言编译和其他服务程序，是计算机制造商为便于用户使用计算机而提供的管理和服务性软件。如Windows NT、WindowsXP，LINUX，UNIX等等。 支持软件主要有数据库管理、人机联系管理、备用计算机切换管理等服务性软件，是为了计算机的实时、在线应用而开发的，对应用软件起支持作用。如Microsoft SQL Server，SYBASE。 应用软件是最终实现调度自动化各种功能的软件，内容有：SCADA软件，数据处理软件，画面编辑软件等。 2 SCADA系统调度端结构SCADA

18、系统调度端经历了集中式，分布式，开放自律分布式等多个发展时期。 (1) 集中式SCADA系统调度端结构：基于对中央控制系统的不同要求,在90年代之前出现某些公认的典型系统配置有单机结构及双机结构. a.无冗余度的单机系统1 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.b.无冗余度的单机系统2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. c 、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. 2分布式SCADA系统调度端结构：新一

19、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(如下页图)系统特点：集SCADA/DTS(调度员培训系统)三大系统为一体；功能节点可分散可集成配置灵活；主网结构采用双LAN,提高了网络通信的可靠性；按功能和信息流向分组,分层；主,备数据库服务器(SQL Server)通过第三网络接口连接至企业M

20、IS,实现与外部系统的开放数据访问；关键节点均采用主-备结构的双机热备份冗余配置,当一节点故障时,另一节点升级为主服务器；通信前置系统通信接口设备可扩充性好,而且可以用通道之间的软件切换来替代传统的硬件切换,提高了可靠性；通信前置网、实时双网和DTS网既互相分离又互相联系，在同一节点上同时运行SCADA, 和DTS应用功能的目的。SCADA系统结构发展（网络方式）封闭型、专用型转向开放型；分布式的体系结构；面向对象的技术；SCADA及分析管理一体化。3 SCADA系统调度端组成功能及性能指标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

21、前置机，GPS，以及模拟屏（大屏幕显示器），UPS，打印机等外设组成(1) 通信前置机系统定义：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。它接受远方被控端传递来的数据，通过预处理后转发给主站中的服务器以及各工作站进行再作处理；接受主机和其他工作站传递过来的操作命令，传递给远方被控站执行。前置机系统是调度主站系统的重要子系统设计原则：冗余设置；高可靠性；易扩展性；高可维护性。通信前置机硬件平台：嵌入式硬件平台；工业控制计算机通信前置机软件平台：实时多任务操作系统（QNX，VxWorks）；Win

22、dows操作系统；Linux 操作系统下图为通信前置机系统软件结构图下图为通信前置机的几种应用模式 图a方式中并不单独设置通信前置机，通信模块作为主机系统功能中的一部分，其特点是节约硬件资源，但增加了主机负担，并且扩展性差。 图b中为一主一备方式，指的是通信前置机采用双机冗余备用，一台前置机工作而另一台随时处于“待命”状态，当工作的前置机出现故障时，另一台对其进行接管。 图c中的互备方式也称为双机备用方式，两台前置机同时工作，各负责一部分被控端的通信任务。一台前置机一旦出现故障，另一台立即接管其所管辖任务，保证整个系统的正常运行。 图d中的分布式方式也叫做通信的1+N冗余方式。其在调度中心各服

23、务器或各个工作站嵌入了具有通信前置机功能的通信模块，各通信接口单元分担部分通信负荷，一旦某台通信接口单元出现故障，根据优先级的设定，主站中其他通信模块都会接管其任务，保证系统的最基本功能的运行。(2) 服务器系统服务器功能：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。服务器硬件： WINDOW服务器； Linux服务器； UNIX服务器。服务器软件平台： UNIX； Windows Server ； Linux。数

24、据库平台：SQL Server； Sybase for UNIX； Oracle for UNIX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分类：实时数据库；历史数据库。电力调度自动化系统数据库模式：(1)客户/服务器模式：服务器处理数据，客户端向服务器请求所需数据(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。SCADA系统调度端服务器功能:SCADA应用服务器：遥控处理；遥信处理；遥测处理 数据库服务器：实时数据库服务器：保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局

25、数据，并对调度端客户机系统提供数据服务。实时数据库包括有画面显示数据库、系统运行参数库、遥测数据库、遥信数据库、对象库以及各种实时报表、记录库。为了满足系统对实时响应时间的要求，实时数据库系统采用优化结构的自定义数据库，数据库访问高效快捷，并由实时数据库校验程序维护自身数据的一致性和正确性。历史数据库服务器：历史数据库管理系统采用具有开放体系结构、基于客户服务器模式的网络数据库系 (3) 人机接口设备操作员工作站：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。控制功能：单控； 程控。遥控试验复归操作模拟操作闭锁、解锁操作 此外还可以通过调度员工作站完成如下控制调节的功能：

26、 断路器及隔离开关正确控制；有载调压变压器分接头调节；其它可控点进行控制，如电容器远方投切、电抗器远方投切等)。4遥信显示处理功能遥信监视内容：1）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。2）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。报警信息处理：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

27、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。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；报警处理。自动将报警信息存入新的警报记录中警报种类：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。越限告警：对需要报警的值设置上下限，当越限状态变化时，发生越限报警。越限报警在细目窗口中显示文字，相应数据加底色显示，值班调度员可选择是否打印遥测越限记录。变位报警：当系统发生非正常变位时，CRT画面中变位点

28、闪烁，并显示变位状态，系统打印变位状态及变化时间、细目窗口显示文字信息。事故报警：发生事故预告后，系统发出事故预告警跳出事故站点名称；变位点发出醒目闪烁及变色；启动事故追忆，记录事故发生时的系统状态，并可根据需要进行打印预告报警：发生预告后，系统发出预告告警：在细目窗口中推出文字信息，仔细说明预告原因；提醒操作人员直到确认；立即在流水打印机上打印各种信息；设备故障告警：当被控站设备通信中断或主站设备发生故障时，发生告警信息，以提示维护人员及时处理。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。测量参数:设置专用图

29、表画面用来显示遥测参数电流、电压、功率等曲线图：在同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。在显示方法上提供多种用户自定义方式：如可以显示根据时间横坐标和单位纵坐标来定义等。电度量直方图：可以同时用不同颜色显示有功、无功电度量。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）、对模拟量越限进行统计列表等。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

30、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。 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。DTS工作站 运行DTS软件，通过软件模拟的方式，提供对调度员的培训，可以通过友好的人机界面，模拟实时现场数据与信息，调度员可以完成模拟操作及故障处理。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。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

31、统手段。模拟屏有不对位和灯光式两种。前者简单，适合小系统使用；后者可以不下位进行操作模拟盘缺点： 不便于修改画面、扩容 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；显示方式灵活，可以显示视屏等多种格式信息；画面修改后显示不受影响 5讨论: 人机接口设备使用的操作系统,Windows, UNIX?UNIX+WINDOWS系统特点： UNIX操作系统具备高稳定性、可靠性及高实时响应的特点； UNIX操作系统具备强大的网络管理能力及较强的抗计算机病毒侵染的能力 UNIX系统软硬件成本高，运营维护欠直观。UNIX+WINDOWS系统实现 服务器采用UNIX操作系统，其余均采用WINDOWS操作系统 UNIX+WINDOWS系统优势保留了UNIX系统可靠、安全、高实时响应的特点，又具备WINDOWS系统操作直观、简便、易维护，维护成本低的特点国际目前趋势：上两图是电力高度中心图五、 SCADA系统调度端运行中常见故障及处理调度系统中可以反映出调度系统本身设备的的运