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牵引供电远动系统,教 程,牵引供电远动系统,一、远动系统概述：1.1名词解释 1远动（Telecontrol）：应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。2、远动系统（Telecontrol System or Remote-Control System）：对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对生产过程信息的采集、处理、传输和显示等全部功能与设备。,1.1远动系统概述,3、数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition（SCADA）：对广阔地区的生产过程进行数据采集、监视和控制的系统。4、远动网络（network in telecontrol）：若干远动站通过传输链路，彼此进行通信联系的整体。,1.1远动系统概述,5、通道（channel）在数据传输中，传输信号的单一通路或其一段频带。6、调度中心，控制中心（dispatching centre，load dispatching centre,，control centre）监视控制发电、输电或配电网运行的所在地。7、主站，控制站（master station，controlling station）对子站实现远程监控的站。,1.1远动系统概述,8、子站，被控站（slave station，controlled station，remote station，outstation）受主站监视和控制的站。9、规约（protocol）在远动系统中，为了正确地传送信息，必须有一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。这一套约定，称为规约。一般有问答式和循环式,1.1远动系统概述,10、前置机（front-end processor）对进站或出站的数据，完成缓冲处理和通信控制功能的处理机。11、远动终端（remote terminal unit(RTU)）由主站监控的子站，按规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备。（变电所站综合自动化系统）,1.1远动系统概述,12、遥测（远程测量telemetering）应用通信技术，传输被测变量的测量值。包括有功、无功、电流、电压、电度等。13、遥信（远程信号teleindication，telesignalization）应用通信技术，完成对设备状态信息的监视，如告警状态或开关位置、阀门位置等。,1.1远动系统概述,14、遥控（远程命令telecommand）应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令。如开关、刀闸闭合、断开等。15、遥调（远程调节teleadjusting）应用通信技术，完成对具有两个以上状态的运行设备的控制。如变压器档位调节。,1.2远动技术发展过程,1.2远动技术发展过程 远动技术的发展与计算机技术的发展息息相关，计算机硬件的发展经历了继电器、晶体管、集成电路、超大规模集成电路几个阶段，远动装置的发展也从继电器为主的有节点式装置，发展到晶体管式为主的无节点式装置，随之而来是由集成元件构成的全集成电路装置的诞生，这三种都属于布线式逻辑装置，它们按照预定的要求进行设计，使构成装置的各部分逻辑电路按固定的时间顺序工作，以完成预定的功能。这些装置属于硬,1.2远动技术发展过程,件式的，不能随意进行功能上的扩展。再后来就是微机远动装置，即目前广泛使用的计算机远动装置，整个装置的功能交给输入的软件进行控制，所以又称为软件化远动装置，与硬件式远动装置相比，软件化的远动装置具有了更高的灵活性和可扩展性。相应远动装置发展而言，远动系统的发展可划分为第一代、第二代、第三代、第四代。第一代、第二代、第三代远动系统成为布线式逻辑远动系统，第四代即微机远动系统。,1.3远动系统主要功能,1.3远动系统主要功能 总体上说，远动系统的主要任务有两个，一是集中监视，提供安全经济运行水平。正常情况下实现合理的系统运行方式。事故时，及时了解事故的发生和范围，加快事故处理；二是集中控制，提高劳动生产率。调度人员可以借助远动装置进行遥控或者遥调，实现无人化或者少人化，并提高运行操作质量，改善运行人员的劳动条件。,1.3远动系统主要功能,具体来说，传统远动系统(SCADA)提供了遥控、遥调、遥测、遥信，现代远动系统提供了更多的功能，如计算多个站的功率总和、计算输电线线损、误码率统计、各种图形报表制作、显示、打印，提供复示终端，与其它系统联网等等，所以现代远动系统常常称为微机调度自动化系统（Dispatching Automation System），简称为微机监控系统（Supervisory Control System），注：下文所说的电气化铁道远动系统通常指微机监控系统。,1.4电气化铁道远动系统特点,1.4电气化铁道远动系统特点 1牵引网上谐波成分对远动系统通道构成严重干扰，必须采取强有力措施克服这种通讯干扰（包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施）。谐波引起的原因是牵引供电系统的负荷-电力机车，大多采用整流型的交-直流传动，晶体管整流的过程中不可避免会产生大量谐波成分。,1.4电气化铁道远动系统特点,2电气化铁道远动系统调度所与各变电所、分区所、开闭所呈星形辐射分布，所以，通讯线路也呈星形分布，电气化铁道远动通道为适应这种特点，大多采用链型结构、环型结构、总线型结构，有时也包含星型结构。电力系统布局多为辐射状分散布局。,环型结构网络图,点对点网络图,1.4电气化铁道远动系统特点,3系统功能和容量上，电气化铁道远动系统也区别于电力远动系统。电力远动系统中，侧重遥测量的采集和监视，要求遥测数量大、采集精度高而对遥控开关的控制数量少、操作频率低。电气化铁道远动系统中，因为每天都需要对接触网进行停电检修，因此对变电所开关的操作频繁，开关数量多，且可靠性要求极高，以确保行车安全及检修人员安全。,1.4 电气化铁道远动系统特点,4通讯媒介上看，电气化铁道远动系统多采用音频实回线、载波电缆或光纤作为远动通道，这是因为谐波的存在，使用上述通讯媒介可以最大限度的降低谐波对通道的影响，获得较高的通讯质量。电力远动系统通常采用电力线载波作为远动通道。,1.4电气化铁道远动系统特点,5牵引供电系统负荷-电力机车是一个移动冲击 性负荷，与电力系统的静止负荷相比，电气量变化幅度大，更容易造成牵引供电网故障，这就要求电气化铁道远动系统具有更高的可靠性和实时性，以便及时准确地将故障信息传送到控制中心进行处理，缩短事故的影响时间。,1.5电气化铁道远动系统的性能指标,1.5电气化铁道远动系统的性能指标 1可靠性 包括装置本身的可靠性及信息传输的可靠性。2容量及功能 遥控、遥调、遥测、遥信等对象的数量，称为装置的容量。功能上应满足用户要求，并能扩充,1.5电气化铁道远动系统的性能指标,3实时性 4抗干扰能力 包括硬件抗干扰和软件抗干扰。,远动系统功能及组成,二、远动系统功能及组成：2.1控制站组成及功能 控制站设备主要由服务器，磁盘扩容设备（磁盘阵列、磁带机），冗余配置的数据库服务器，调度员操作工作站，通讯前置处理机，系统维护工作站，大幅模拟屏（或大屏幕投影显示系统），实时打印设备，报表打印设备，画面拷贝设备，电源系统，连接电缆等组成。,2.1控制站组成及功能,1、主机系统 主机系统主要用于数据和网络服务及定时任务管理，进行数据的后台处理，管理实时数据和部分历史数据，负责网上节点资源的分配、管理和网络信息交换，进行网络信息汇总、组织和派发，为数据工作站、操作工作站提供初加工数据。,2.1控制站组成及功能,主机执行主要程序时需要具备的功能模块：a、网络服务 b、数据处理（进程间通讯，下行命令及上行信息处理）c、数据服务（向操作工作站提供实时及近期数据服务，向数据工作站提供数据源，向备机提供原始数据）d、设备监管 e、定时服务（定时遥测、遥信、对钟，报表定时处理、打印，定时检测设备）f、进程监管（进程状态检测，双机切换）,2.1控制站组成及功能,备机执行备用程序时需具备的模块：a、网络通讯（与主机交换信息）b、数据处理（与主机数据处理相似，但不向外输出信息）c、监视主机工作状态 d、双机切换,2.1控制站组成及功能,2数据库服务器 数据库服务器是远动系统基础数据库（静态数据库）的人机接口。一般安装了大型商业数据库（oracle、sybase、DB2、mysql等），负责整个系统参数库、历史数据库的建立、管理，并提供数据库表创建、增、删、改、查等操作功能。每台服务器都有独立数据库，通过数据库接口软件进行的各种操作对两个独立数据库都有效，专门的软件管理双机数据库，实现二者完全相同，单个数据库故障不影响系统运行。,2.1控制站组成及功能,3通信前置处理机 通信前置处理机及远动通道线路和设备是连接监控主站及被控站的桥梁。通信前置处理机通讯应用软件具备如下功能模块：a、网络通讯（与主机交换主站的下行命令信息及RTU上行信息及通讯设备信息）b、查询RTU c、上下行信息转发 d、信道监视,2.1控制站组成及功能,4操作员工作站 操作员工作站是实施调度作业的人机界面，并集中反映调度意图效果，监视牵引供电设备运行状态。操作员工作站监控应用软件具有如下功能模块：a、网络通讯,2.1控制站组成及功能,b、操作管理（远动操作、本地操作、命令管理）远动操作包括单控、程控、遥信、遥测、遥调、故障录波数据、故障信号复归等操作。,2.1控制站组成及功能,本地操作包括各种画面调出与切换（调度员操作界面使用），统计报表的调出与切换，电量曲线的选择显示（历史曲线显示），记录的调出显示（历史事项查询），对模拟屏的一些操作（验灯，验警），报警信息确认（息音、停闪），手动开关位置设定（人工置入、遥信置反），打印设备状态标志设置，随机打印报表，记录命令操作，控制权切换，画面拷贝打印等操作。,2.1控制站组成及功能,c、上行信息处理（后台进行，获取需要的数据）,2.1控制站组成及功能,5系统维护工作站 a、数据编辑器 b、画面编辑器 c、系统监控器 d、报表编辑 e、系统功能配置,2.1控制站组成及功能,6其它设备 a、电源系统 b、实时打印机 c、报表打印机 d、画面拷贝机 e、大幅模拟屏（大屏幕显示系统）f、连接电缆,2.2被控站组成及功能,2.2被控站组成及功能 1硬件组成 a、控制处理子系统 b、遥控输出子系统 c、遥信输入子系统 d、模拟置输入接口 e、电度量输入接口 f、故障点参数接口 g、通讯接口子系统 h、电源子系统,2.2被控站组成及功能,2软件组成 a、中断服务程序 b、主模块 c、初始化模块 d、遥测采集模块 e、下行任务模块 f、上行任务模块 g、检查模块 h、键盘与显示 i、遥控选择,被控站功能结构图,被控站设备结构图(凯发),被控站装置系统局域网图(许继),2.3远动网络结构组成及功能,2.3远动网络结构组成及功能 1主要硬件设备及功能 a、路由器(Router)：用来完成在相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动设备。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成；路由器具有判断网络地址、选择路径和网络流量控制的功能。是不同网络之间互相连接的枢纽。,cisco路由器图,2.3远动网络结构组成及功能,b、网络交换机(switch)：就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层,网络交换机图,网络交换机图,2.3远动网络结构组成及功能,c、协议转换器和网桥 协议转换器简称协转,也叫接口转换器,用于构架网络连接，将一种协议转换为另一种协议。它能使处于通信网上采用不同高层协议的主机仍然互相合作，完成各种分布式应用。网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理；不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和 安全性,协议转换器图,网桥图,2.3远动网络结构组成及功能,d、光电转换器：俗称光猫,是为了将光纤介质转换成铜线接入。光电转换器是一种类似于基带MODEM（数字调制解调器）的设备，和基带MODEM不同的是接入的是光纤专线，是光信号,光电转换器图,2.3远动网络结构组成及功能,e、调制解调器(Modem):所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器。它的作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号,调制解调器图,2.3远动网络结构组成及功能,2主要远动通讯方式：a、光纤通信：光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。,2.3远动网络结构组成及功能,光纤通信在技术功能构成上主要分为：(1)信号的发射；(2)信号的合波；(3)信号的传输和放大；(4)信号的分离；(5)信号的接收。,2.3远动网络结构组成及功能,光纤通信技术的特点：(1)频带极宽，通信容量大。(2)损耗低，中继距离长。(3)抗电磁干扰能力强。(4)无串音干扰，保密性好。除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点，其不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行监测、控制。,2.3远动网络结构组成及功能,b、串口通信(RS232)：串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信，长度可达1200米。通信使用3根线完成：（2针）发送，（3针）接收，（5针）地线。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。RS-232只限于通信设备(猫)间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。,RS232串口接头图,2.3远动网络结构组成及功能,b、RJ45以太网通信：即采用统一的网线，统一的TCP/IP协议进行局域网无缝连接进行的通信。常用的接线方式为交叉式接线T568B:白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。其中使用的是1、2、3、6芯，1和2芯用于发送；3和6芯用于接收。,网线(RJ45)图,2.3远动网络结构组成及功能,c、音频通信：即线路两端采用模拟猫，通过电话线进行模拟通信的通信方式。常分为两线音频和四线音频通信。收发在同一对线上叫做两线，半双工通信。收发各自一对线叫四线 全双工通信。,3.1硬件可靠性设计,三、远动系统的可靠性 3.1硬件可靠性设计 电路优化设计（采用新工艺、新技术，如CMOS电路代替TTL电路）、外围接口电路的可靠性设计（遥信、遥测采集电路板设计采用光电隔离技术，使得执行端RTU的控制核心部分与易受外界干扰的外围接口部分在电气上实现有效隔离）,3.2软件可靠性设计,3.2软件可靠性设计 改进软件的生产管理、工具软件及操作系统选取、编程要求、采用组态软件的形式、良好的人机界面、排除硬件方面的干扰,3.3接地技术,3.3接地技术 对于以微机或单片机为核心组成的电子系统，接地的设计原理主要有四点：系统中各接地子系统均应单独构造，避免交叉混合 各种接地子系统的互连与否应该根据实际情况决定，对于需要互连的系统，应该遵循一点接地的原则 对于可能共用电源的多单元系统，应尽量减少接地电阻 避免形成封闭的地线环路。,3.3接地技术,目的：减少或消除工业地区存在的电磁干扰影响 减少设备内部干扰的影响和可能出现的接地电流或故障电流所波及到的有关设备的影响,3.3接地技术,措施：共用同一电源的多个电路模块组成的系统：每一模块的接地端单独引至电源接地端 强电与弱电设备共同组成的系统：弱电系统采取屏蔽防护措施。设备机壳接地：接入保护地 设备之间接口电路共地处理：采用阻抗小的导线作为地线 设备机壳与信号地共地的接地处理：一点接地,