SCADA系统

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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 query 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。

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;SCADA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 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MIS,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);Windows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

b) 主备方式a) 无通讯前置机

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:

①SCADA应用服务器:遥控处理;遥信处理;遥

测处理

②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。

①控制功能:单控;程控。

②遥控试验

③复归操作

④模拟操作

⑤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:

①断路器及隔离开关正确控制;

②有载调压变压器分接头调节;

③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行状态,被控站系统设备(RTU或综合自动化系统)的运行状态,通道设备的运行状态及所监视的变电设备的运行状态。

1.调度端设备显示信息及分析

显示调度系统设备的运行状态,可以查询调度设备的启动/停止记录;调度设备中的UPS停电时还可通过网络信使通知各网络节点工作站,提示UPS电池所能供电的时间,以便调度人员及时做好处理。

2.被控站设备运行情况监视及分析

SCADA系统被控站一般由传统RTU或综合自动化系统组成。

RTU可以通过板级,自检命令测试被控站各模板

对变电所综合自动化系统可以通过对其各保护测控单元的状态监视其工作状态。

3.通道故障监视及分析

在调度员工作站由形象的动态通道监视图标,调度员在完成遥控操作时也可以先确认

通道的正常,也可以通过对某一被控站的实验对象进行控制测试通道(及测控模块)。

通道故障也可通过一些调度命令的提示进行判断。如在控制操作时的超时提示,在调度端发控制命令时,如果在指定时间内得不到回复,则本次操作取消并提示超时;

例如:

当发遥控选择命令时,如果30S没有回复,则调度端取消本次操作并提示“遥控选择超时”,这时可初步判断为通道故障;

发控制命令时,30S没有收到相应的遥信变位,也会提示“遥控执行超时”,这时如果被控站收到信息,则开关已动作,遥信没有返回,上行通道可能故障。如果开关没动作,被控站没有收到执行令,上下行通道都可能故障。

调度端的超时提示-----》可能通道故障

4.牵引供电设备故障监视及分析

牵引供电设备的故障信息是通过非位置遥信的上送

常规RTU,判定跳闸的方法是调度软件根据上送的故障信息,开关变位信息及时间,判定是否是故障跳闸,如是,则在调度员工作站上给出跳闸提示并进行事件记录,如果RTU有故测报文上送,则提示短路电流,短路阻抗及公里标。

变电所综合自动化系统,除上述调度端判别故障外,变电所也同时上送故障报告,提示跳闸信息,重合信息,故障点标定信息。调度端弹出窗口提示故障报告,并给出音响报警。画面跳闸对象闪烁。

被控站采用综合自动化化后,跳闸时将会产生大量的报警信息(可多达上百条),为了加速事故分析及处理,当出现事故报警时故障判定步骤:

调度分析人员首先要读弹出的故障报告,获取本次事故的详细信息,如果还需要一些辅助信息(相关的预告信息),可查看故障细目窗口(或事件记录),及通过分析员工作站召本次故障相关的故障录波。

如果有故障影响报警,画面对象闪烁,但无弹出的故障报告窗口,则可通过细目窗口查或事件记录查看由调度端记录的跳闸相关信息。

5.其它故障信息的判断及分析

对一些故障,如变电所频繁上送的一些抖动预告信号,这些抖动信号均在时间分辨率内,不能过滤,但又大量上送,影响了事故的及时发现及处理。这时要及时通知变电所做相应的处理。

对一些特殊故障现象无法判故障点,有时需要开放报文测试窗口,记录上,下行报文,记录故障时的特殊提示,由专业维护人员确定故障点,也可远程登陆进行维护。

六、调度自动化系统的发展趋势

开放性评价标准:分布性、可移植性、互操作性

分布性:系统的功能由网络联结的许多硬件和软件共同协调完成;

可移植性:系统的应用可以在不同的硬件和软件平台上运行,不同的平台往往有不同的版本;

互操作性:当系统扩展时,扩展的部分与原来的部分能透明进行交互,进行“无缝”联结。

开放式系统的概念:(Internet/Intranet与传统Client/Server比较)

a.开放性好

b.应用平台无关

c.可维护性强

d.程序开发周期短

f.良好的伸缩性和扩展性

实时性较差,

基于Intranet技术的开放式调度自动化系统

调度系统和DTS系统通过全交换式快速100M以太网构成Intranet,实现了企业内部的数据和信息共享。

为了实现和外部网络的联接,可以通过电信部门提供的数字专线,联接到Internet和公共信息网,以便向外界发布电力信息和获取外界的资源.为了保证Intranet内部的信息保密和网络安全,所有与外部的联接通过防火墙软件(WEB服务器)进行.

SCADA简介

SCADA简介 SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文缩写,国内流行叫法为监控组态软件。从字面上讲,它不是完整的控制系统,而是位于控制设备之上,侧重于管理的纯软件。SCADA所接的控制设备通常是PLC(可编程控制器),也可以是智能表,板卡等。 早期的SCADA运行与DOS,UNIX,VMS。现在多数运行在Windows操作系统中,有的可以运行在Linux系统。 SCADA不只是应用于工业领域,如钢铁、电力、化工,还广泛用于食品,医药、建筑、科研等行业。其连接的I/O通道数从几十到几万不等。下面就其结构、功能、接口、开发工具等方面予以介绍。SCADA体系结构 1.1 硬件结构 通常SCADA系统分为两个层面,即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信,进行数据处理何运算。而客户用于人机交互,如用文字、动画显示现场的状态,并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面,通过Web发布在Internat上进行监控,可以认为这是一种“超远程客户”。 硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接,也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232),总线方式可以是RS485,以太网等连接方式。总线方式与点到点方式区别主要在于:点到点是一对一,而总线方式是一对多,或多对多。 在一个系统中可以只有一个服务器,也可以有多个,客户也可以一个或多个。只有一个服务器和一个客户的,并且二者运行在同一台机器上的就是通常所说的单机版。服务器之间,服务器与客户之间一般通过以太网互连,有些场合(如安全性考虑或距离较远)也通过串口、电话拨号或GPRS方式相连。典型的硬件配置图如下: 1.2 软件体系结构 SCADA有很多任务组成,每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集,数据处理(如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等)。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器,如报警服务器,记录服务器,历史服务器,登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体,但物理上可能放

SCADA系统概述

SCADA系统概述 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广,它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同,所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中,SCADA系统应用最为广泛,技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统,有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势,现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益,减轻调度员的负担,实现电力调度自动化与现代化,提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早,在保证电气化铁路的安全可靠供电,提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中,随着计算机的发展,不同时期有不同的产品,同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备,这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。 SCADA系统发展历程 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统,全名为数据采集与监视控制系统。SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统,如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的H-80M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,在第二代中,广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站,操作系统一般是通用的UNIX操作系统。在这一阶段,SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析,自动发电控制(AGC)以及网络分析结合到一起构成了EMS系统(能量管理系统)。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统,并且系统不具有开放性,因而系统维护,升级以及与其它联网构成很大困难。 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EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段,各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期,国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。 第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经或即将具备,预计将与21世纪初诞生。该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/EMS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。 SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展,应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点,在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可

SCADA系统介绍

自动化控制 1、SCADA系统介绍 2、自动化控制仪表和自动化控制 设备基础知识 3、物位测量及物位测量仪表 4、信号隔离器、安全栅、变频器 5、气体检测仪 6、火焰监测仪表(火焰监测仪、火焰 保护/点火装置) 7、自控阀门(执行机构、阀体、阀门 定位器、过滤减压器等) 8、气液联动截断系统(含球阀、执行 机构) 9、不间断供电电源 10、井口安全系统(哈里伯顿、贝克、 卡麦隆) 11、中间端子柜(信号开关、保险、开 关电源、信号端子) 12、仪表风系统

SCADA系统介绍 了解生产情况是实施科学生产的基础,如果生产过程分布很近,可以采用就近控制的办法,就地接线,就地监视,就地控制,对于复杂的过程生产采用DCS 系统控制的比较多,也有采用PLC的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的,比如几公里,几十公里,几百公里甚至几千公里的,如变电站,天然气管线,油田,自来水管网,随着技术的发展,人们慢慢发展出远程采集监视控制系统,称为SCADA系统。 一、SCADA系统概述 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广,它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同,所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中,SCADA系统应用最为广泛,技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系统,有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势,现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益,减轻调度员的负担,实现电力调度自动化与现代化,提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早,在保证电气化铁路的安全可靠供电,提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA 系统的发展过程中,随着计算机的发展,不同时期有不同的产品,同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备,这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

SCADA系统培训教程

SCADA系统培训教程 1、SCADA系统概述 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监视控制系统,主要由以下两大部分组成:下位机、上位机。 下位机负责各种数据的采集与现场设备的控制,主要设备包括法国施耐德电气公司的Modicon Quantum PLC(Programmable Logic Controller)、美国Honeywell公司的FSC(Fail Safe Controller)系统和BB公司的RTU(Remote Terminal Unit)。其中PLC主要是采集现场阀门状态、温度、压力以及第三方通讯过来的流量计、色谱、调压撬、低压配电、发电机、阴保等参数并接收来自上位机的指令经过判断处理后输出信号对现场设备进行控制; FSC系统用于紧急停输(ESD);RTU在分输站用作调压撬控制器,在清管站及RTU阀室用作主控制器。 上位机作为SCADA系统的人机界面(MMI),即站控计算机。主要是提供给操作员一个监视过程参数和控制生产过程的操作显示窗口。经过组态、编程,上位机软件里面包含了所有生产需要的动态流程图和设备的控制面板。操作员可以根据需要浏览当前的生产流程、工艺参数,并可以通过上位机提供的设备操作控制面板,控制现场的各个可控设备。同时上位机软件还可以根据设置的采集速率定期采集生产过程参数,并存储到硬盘上,以备操作员随时调出、查看和打印。 3、PLC系统 PLC系统是SCADA系统的控制核心。SCADA系统采用双机热备远程I/O(RIO)系统,CPU采用140 CPU 434 12A;通过远程I/O(RIO)处理器模板完成CPU 与各RIO分站之间的双向数据传输,RIO处理器模板(140 CRP 932 00)与RIO 适配器模板(140 CRA 932 00)之间采用同轴电缆网络连接;此外,系统还配置了以太网模块,实现与MMI软件和调度中心的以太网通讯。下面对各设备和模块进行介绍: 3.1、CPU模板(140 CPU 434 12A) Quantum CPU 是位于Quantum本地I/O底板上的一个CPU模板。CPU是一种数字化的电子操作系统,它使用用户保存在可编程储存器中的指令进行操作。这些指令用于实现一些特定的功能,诸如逻辑、过程顺序控制、时序、耦合、算术运算等,通过数字量和模拟量输出对不同类型的设备装置和过程进行控制。

SCADA系统简介

SCADA系统是一个概念 顾名思义它是:分布式的数据采集监控系统,它的由来和应用主要是用于数据采集,如电力的监控系统、输油管线的监控系统,它的特点是控制点分散,一个系统可能覆盖方圆数千功能,如北美的油气管道监控系统 通信结构复杂,不是一般控制系统所能比拟的[从光纤到无线甚至卫星通讯]。它的基本单元的RTU。 SCADA的重点是在监视、控制,可以实现部分逻辑功能,基本用于上位 记住这不是某种设备的名字,可以用于组成该系统的设备很多,常用远程RTU(有PLC),关键是通信。 在电力系统中,SCADA系统应用最为广泛,技术发展也最为成熟。它在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的“四遥”功能.RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分.在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用. 一般来说,只要是具有系统监控功能和数据采集功能的系统都可以称之为SCADA 系统。一般来说,该系统包括硬件系统和软件系统两个部分。SCADA是Supervisory Control And Data Acquisi TI on的英文缩写,国内流行叫法为监控组态软件。从字面上讲,它不是完整的控制系统,而是位于控制设备之上,侧重于管理的纯软件。SCADA所接的控制设备通常是PLC(可编程控制器),也可以是智能表,板卡等。 SCADA控制系统 硬件系统一般包括有数据采集设备及控制设备以及数据通信设备,SCADA系统一般都是通过数字量或者模拟量实现的,其典型采集及控制设备有开关量输入输出模块,模拟量采集控制模块等设备,数据通信设备一般都是基于数据通信方式而定,通信方式包括无线数据传输,现场总线传输,TCP/IP网络传输,光纤传输以及卫星通信。计算机放在监控中心,对系统传送过来的数据进行分析整理,并且发出命令控制系统。 数据采集与监视控制软件系统具有以下几个特征:

SCADA系统设计规范

SCADA系统设计 1.SCADA系统介绍 SCADA(Supervisor Control And Data Acquisition)系统,即监测控制与数据采集系统,属分布式系统。系统网络中的每一个节点,独立执行分配的任务,不会因为一个节点的离线,影响整个网络的运行。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。其功能是用于生产过程的调度管理。即:实时采集现场数据,对工业现场进行本地或远程的自动控制,对工艺流程进行全面、动态和实时的监视。 2.SCADA系统的应用领域 SCADA系统目前主要应用于市政管网、水利、石油、供电、环保、制造业等各个行业中。 3.SCADA系统组成 3.1.SCADA技术建立在计算机、通讯、控制、传感器基础上。 3.2.它的主要结构由中央计算机管理系统、通讯系统、控制单元PLC和RIO等三级组成。

4.SCADA系统功能设计 4.1.软件需求及显示屏规格 SCADA操作系统:Microsoft Windows7/ Windows Server 2008以上版本且为64bits。 SCADA人机接口软件:FTView SE。屏幕画面:一律使用23“TFT-LCD屏幕,分辨率设定为1920*1080(16:9寛屏幕),32 bit Full Color。 4.2.数据采集及记录功能 4.2.1.通过自带协议或第三方Kepserver软件提供多种数据采集程序,可读取各类设备的数 据,并记录。 4.2.2.SCADA NODE命名规范 SCADA NODE名称(计算机名称)需加上各系统之代码,以避免重复,一律使用英文字大写。规则如下:字段1 字段2 字段3 字段4 字段一:建筑名称 字段二:计算机所在区域名称 字段三:系统代码(详附录) 字段四:计算机名称,例如PC1、PC2...。 Example:B1-2F-CR1-PC1 4.2.3.SCADA NODE and PLC NODE IP地址 监控系统列表,每个子系统皆预留IP Address,子网掩码设定为255.255.255.0,网络工作组统一命名。具体参照IP地址分配表。 4.2.4.Tagname命名规范 4.2.4.1.各子系统之Tagname不可重复。 4.2.4.2.为分辨各子系统,须于所有Tagname之前加入含有该系统之代码,英文字一律大 写,总字数应小于30。Tagname批注字段内容以中文为主,如有英文字则以小写 为佳,并且不得空白,以免警报窗口没有批注而难以理解。 4.2.4.3.Tagname范例:B1_2F_EXHG_PT_117,但画面显示避免名称过长,造成画面拥挤。 部份字段之间以底线分隔(_),以利分辨。但画面显示避免名称过长,画面拥挤。 4.2.4.4.TagnameExtensions命名规范:Tagname字尾可添加于Tagname尾端,目的是让 Tagname更容易理解,因为某些Tagname本身经常重复被使用,例如PID回路控 制 4.2. 5.自定义IO驱动: ?如果有自行开发设计的外部驱动程序(I/ODriver),必须加上错误处理程序, 并且将错误讯息存到log档案内以便除错。目的是避免外部驱动程序万一出错, 图控软件就无法收到相关设备的数值与状态。 ?每支驱动程序至少要加上一个通讯状态点,链接图控软件的一個DITag,如果通 讯中断要发警报,以通知相关人员处理。 4.3.画面功能 4.3.1.可制作各种工艺画面:工艺流程画面、参数显示画面、参数设定画面、报表画面、 历史趋势画面、系统画面、控制画面。 4.3.2.图控画面名称命名 ?需特别加上各系统之系统代碼,以避免图名重复。 ?名字内不宜空白,以利于理解。 ?英文字一律使用大写。

城市污水处理系统流程及SCADA系统介绍.

城市污水处理系统流程及SCADA系统介绍目录 1 引言 (2 2 污水处理工业流程介绍 (2 2.1污水处理指标 (2 2.2工艺流程介绍 (3 2.3构筑物介绍 (5 3 污水处理厂SCADA监控系统介绍 (5 3.1设计目标 (5 3.2画面设计 (5 3.3主画面 (6 3.4工艺图画面 (7 3.4.1全厂工艺总图 (7 3.4.2 粗格栅及进水泵房 (7 3.4.3 细格栅及旋流沉砂池 (8 3.4.4初沉池 (9 3.4.5生化池 (10 3.4.6二沉池 (11 3.4.7污泥池 (11

3.4.8加氯间 (12 3.4.9加药间 (13 3.4.10脱水机房 (14 3.4.11鼓风机房 (14 3.5报表系统画面 (15 3.5.1 实时数据报表 (15 3.5.2历史数据报表 (16 3.5.3 历史报警报表 (17 3.6趋势曲线画面 (18 3.6.1 实时趋势曲线 (18 3.6.2 历史趋势曲线 (20 3.6.3 XY曲线 (21 3.7系统安全画面 (22 1 引言 随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要,污水处理越来越受到社会的重视。污水处理既可以起到环保作用,又可以实现水的重复利用,节约水资源。水资源的缺乏将是21世纪人类面临的最大挑战之一,如何更好地减少水污染以及污水的回收利用,已经成为科学家们研究的课题。本文介绍了污水处理厂SCADA自动化监控系统的整体设计方案。 2 污水处理工业流程介绍

2.1 污水处理指标 为了表征废水水质,衡量污水处理系统的效果,国家规定了许多水质指标。水质指标主要包括悬浮固体浓度(SS、生化需氧量(BOD、化学需氧量(COD、硫化氢浓度(H2S、溶解氧(DO、酸碱度(PH、有毒有害有机污染物、细菌总数等。下面将主要介绍悬浮固体浓度(SS、化学需氧量(COD、溶解氧(DO等几个常用指标。了解这些指标有利于全面掌握污水在物理学、化学和生物学方面的特性,并掌握污水处理流程和其最终方法。 悬浮固体浓度(SS 悬浮固体是水中未溶解的非胶态的固体物质,在条件适宜时可以沉淀。悬浮固体可分为有机性和无机性两大类,反映污水汇入水体后将发生的淤积情况,其含量的单位为mg/L。化学需氧量(COD 化学需氧量(COD,chemical oxygen demand,是指在酸性条件下,用强氧化剂将有机物氧化为CO2和H2O所消耗的氧量,单位为mg/L。当以重铬酸钾为氧化剂时,化学需氧量表示为CODCr;当以高锰酸钾为氧化剂时,化学需氧量表示为CODMn。与BOD相比,COD能在较短时间内,较精确地测出废水中耗氧物质的含量,而不受水质的限制,但它不能像BOD 那样表示出微生物氧化的有机物量。在城市污水处理分析中,常用BOD5/COD的比值来分析污水的可生化性。可生化性好的污水 BOD5/COD≥0.3。 溶解氧(DO 溶解氧是指溶解在水里氧的量,通常记作DO,用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。它跟空气里氧的分压、大气压、水温和水质有 密切的关系。在20℃、100kPa下,纯水里大约溶解氧9mg/L。有些有机化合物在喜氧菌作用下发生生物降解,要消耗水里的溶解氧。如果有机物以碳来计算,根据C+ O2= CO2可知,每12g碳要消耗32g氧气。当水中的溶解氧值降到5mg/L时,一

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