SCADA信息系统

SCADA信息系统（共10篇）

SCADA信息系统 篇1

0 引言

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,即数据采集与监控系统。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。当前,SCADA系统的应用领域很广,它主要应用于电力系统、给水排水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制。

当前SCADA系统通常的基本结构是:智能监测设备+数据采集设备+网络系统+用户终端。其中智能监测设备主要是指测量仪表或传感器,如压力表、液位计、流量计等。也可以是控制水流动的阀门。网络系统则是实现远程监控点与SCADA控制中心之间进行数据传输的线路。数据采集设备通常是一个独立的数据获取与控制单元,它的作用是在远端与现场设备,获得设备数据,并通过网络系统将数据传给SCADA系统的调度中心,也可以将SCADA系统调度中心的数据或命令传给现场设备。目前,充当这一角色的主要是PLC(Programmable logic Controller)和RTU(Remote Terminal Unit)。而与传统的可编程控制器PLC相比,RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量,而且更适用于恶劣的温度和湿度环境,提供更多的符合专有标准的计算功能。正是由于RTU完善的功能,使得RTU产品在SCADA系统中得到了大量的应用,更适用于现代化新兴行业的分散监控的需求。以下的将要介绍的案例就是以RTU为数据采集设备的SCADA系统。

1 项目背景

案例名称:天铁集团供水管网SCADA系统

天铁集团是座落于北方山区的一个大型钢铁制造及加工企业。具有占地面积大,水源监测点分布广,地势起伏明显等特点。供水网络分布在全厂区和周边地区很远的地方。水源包括了生产水、生活用水、污水等,其中有些是循环用水,有些是非循环水。调度中心需要对各个水源泵站、管段及蓄水池进行管理。在使用SCADA系统前,是通过人工对仪表及设备进行24小时监视,并通过电话定期向调度中心汇报数据,再由人工将数据录入电脑进行数据分析和报表打印。在远程设备出现异常时则由人工进行报警并对设备进行现场控制。

建立SCADA系统的主要目的是解决全厂区内各分厂、各地区水源监测点的数据采集和监控。通过对远程现场的运行设备进行监视和控制,以实现管道压力、水流量、水池液位、阀门开度状态的数据传送及阀门开关的自动控制,以达到降低故障率和提高了对系统的反应时间,便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门,并节省人力资源的目的。同时各水源监测点的数据信息传输到监控中心,还可与监控中心的GIS系统进行接口,为GIS系统提供数据基础,通过对传输回的数据进行分析,可及时找出故障的地点并排除故障隐患。从而实现全厂生产生活用水管理的信息化、现代化。

2 方案选择

该系统由监控中心和各个水源监测点组成,各个水源监测点的数据采集终端可监视和采集水位、压力、流量、阀门等各种数据,供控制中心及有关部门分析和决策取用。

2.1 网络系统

在此SCADA系统中,由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远,个别点还地处偏僻,因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际,向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话号,况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程,速度慢,运营成本较高,总之采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高,不便于大规模使用;与之相比,无线通信方式则显得非常灵活,它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。

经过比较分析,我们选择中国移动的GPRS系统作为此项系统的数据通信网络平台。

目前,GSM网络经过电信部门的多年建设,覆盖范围不断扩大,已成为成熟、稳定、可靠的通信网络,特别是中国移动的GPRS数据业务。而且利用GRPS网络实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。在设计时,为了提高数据传输效率,和网路的稳定性,数据中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络,即将项目监测网点及数据中心组成一个APN专网,所有点都采用内网固定IP,这样的网络结构无论实时性,安全性和稳定性都得到很大的提高。

GPRS无线监控系统具备如下特点:

1)良好的实时响应与处理能力。由于GPRS具有实时在线特性,系统无时延,系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据,无需轮循就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2)远程仪器设备控制。由于采用GPRS双向传输系统,监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能。

3)建设成本低:可充分利用现有GSM网络,设备安装即接通,而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境,还需要配备天线铁架等附属设备。

4)安装调试简单,建设周期短。利用现有成熟GSM网络,系统投入运行时基本不需要调试,安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大,要先进行现场信号测试,天线铁架架设,天线方向角度调试等工作。

5)覆盖范围广。由于管网监控点数量众多,分布在全厂范围内,部分管网监控点位于偏僻地区,而且地理位置分散。而采用GPRS方式,理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内,都可以实现监控。

6)数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s,实际应用时数据传输速率在40Kbps左右,而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。

7)系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

8)通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式,运营维护成本低,按当地月通信费用每点花费35元所带的流量(200M)即可满足数据通讯的需求。

2.2 RTU设备

根据用户的需求,系统需要监控的设备主要有压力、流量、液位和阀门等。因此在RTU的选型上,要求必须具有的IO接口点包括了AI,DI和D0等三种。在进行网络布局时,尽量做到多点集中,充分利用RTU的接口资源,以节约设备购置上的花销。同时,由于厂家地处北方,大量的监测点分布点在长期无人值守的室外,因此还要充分考虑到温度与湿度。综合考虑,我们选用了RIAMB SR-4160-1E和Versa TRAK u IPm。

这两种产品都具有数据存储量大、接口便利、扩展性强、IO点多等特点。尤其是它们都具有很宽的工作温度(-40℃~70℃)和工作湿度(5%~95%RH),完全可以确保产品在北方室外低温和潮湿的环境下正常工作。

其中RIAMB SR-4160-1提供4个DI、6个AI、1个D0等不同的IO接口。模拟量输入为4~20m A电流信号,而离散量输入,既可直接读取开头状态,也可以进行脉冲计数,最大支持到32位计数。因此可以用来进行水流压力、流量数据的采集。利用AI读取压力、瞬时流量数据,利用DI的计数功能采集累积流量数据。

对于水池的监控,则相对复杂一些,要求读取液位值,当液位高于警戒值时,要远程报警且自动关闭入水阀门;相反的,当液位低于警戒值时,要远程报警并根据实际需要远程控制入出水阀门的开关。而Versa TRAK u IPm有8个DI、4个DO、2个AI,每台设备能够同时监控2个阀门,并同时读取水池液位状态和阀门开关状态。且Versa TRAK u IPm所具有的Isa GRAF编程功能更能让系统以触发式进行数据传输,因此,与轮循方式相比,很大程度上提高了工作效率,并减少了的数据流量方面的花销。

3 解决方案介绍

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,监控中心路由器和各端站配置固定的APN专网IP地址,各个端站的GPRS模块与中心站RTU进行通信。

3.1 管网监控点

管网监控点:各监控点通过数据采集模块(RTU)采集如压力、流量、液位及阀门开头状态等数据,通过以太网接口与GPRS数据传输终端相连,通过GPRS数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后,使用移动通信公司统一的SIM卡进行身份认证并与GPRS网络连接。发送到GPRS网络。

3.2 监控中心

监控中心路由器申请配置固定IP地址,采用当地移动通信公司提供的APN专线,与GPRS网络相连。APN专线2M带宽,当管网监控点数量增加,中心不用扩容即可满足需求。

3.3 GPRS/GSM移动数据传输网络

现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理,转换成在公网数据传送的格式,通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输,最终经APN专网传送到监控中心IP地址。

3.4 应用系统

数据传输到数据中心后,监控系统将数据一方面实时显示,另一方面定期存入数据库系统中。SCADA系统管理软件可以将数据按用户的实际需求,对实时数据、历史数据进行查询、生成数据统计报表、生成数据分析曲线图表等。同时SCADA系统还与调度中心的GIS系统、OA系统进行数据接口,为GIS系统提供及时可靠的基础数据。

4 结论

采用GPRS网络系统构建的天铁集团供水管理SCADA系统,截止目前为止,已正式运行一年多,系统运行稳定、数据准确及时,已逐步成为企业用户不可或缺的管理工具和助手。原来的手工抄表、手工录入和分析统计,被由系统定期自动生成日常的数据统计报表所取代,24小时的人工值守被自动化的数据监控系统所代替,从而为企业节约了大量的人力资源,提高了工作效率。企业的自动化程度得到了很大的提高。而且,在不久的将来,随着企业的不断发展,对系统的需求不断的增加,SCADA系统的监测范围还将进一步扩大,功能还在进一步的完善,在企业的发展过程中也将发挥更大的作用。

参考文献

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[2]梅丛银.现代企业集成服务平台、发展和趋势.DB/EL,http//www.amteam.org/web/docs/bpwebsite.asp

[3]邱关源.电路(第三版)[M].高等教育出版社,1989.

[4]张云勇.移动Agent及其应用[M].清华大学出版社,2002.

[5]周兆滨,胡学工.XSLT应用于数据库编程的研究[J].制造业自动化,2004.

SCADA信息系统 篇2

电力监控系统（英文为Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA系统），其主要功能是对供电设备（包括变电及接触网设备）进行监视、控制和采集。

1．SCADA系统功能简介

电力监控系统（简称SCADA系统）的主要设备设置在控制中心。远程控制终端设备（即RTU设备）设置在各变电所内，RTU通过通信网络OTN与控制中心设备相连接，控制中心命令由OCC发往各RTU，再由RTU传向供电系统，供电系统的所有信息通过RTU传向控制中心。SCADA系统所有计算机和RTU都有自监功能，系统设备具有高度可靠性，各设备状态可在CRT上显示出来。

1.1.被控对象设备

1.1.1.变电所设备

a.2个110kV/33kV主变电所（坑口、广和）

b.8个牵引降压混合变电所（西朗、车辆段B所、芳村A所、长寿路A所，公园前B所、列士陵园A所、体育西B所、广州东站A所）

c.25个降压变电所

1.1.2.接触网设备

a.西朗牵引降压混合变电所→7个接触网电动隔离开关

b.车辆段牵引降压混合变电所→2个接触网电动隔离开关

c.芳村牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

d.长寿路牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

e.公园前牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

f.列士陵园牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

g.体育西牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

h.广州东站牵引降压混合变电所→6个接触网电动隔离开关

1.2.SCADA系统全线运行运作模式

SCADA系统全线运作模式采用OCC中央设备集中监视和控制，并在车辆段B所、坑口主变所及广和主变所设立站控计算机，辅以站控控制模式。在灾害模式下，执行站控控制方式。SCADA系统可以根据运行实际需求，更改部分运行模式。全线运行后，在各牵引所各增设一台站控计算机（型号是PG740）。

2．SCADA系统主要设备名称数量及投入使用情况

2.1 RTU设备共36台，其中35个分别设置在沿线各站变电所及车辆段变电所；另一个放在材料总库.2.2 站控计算机(PC机)共3台,全部投入使用,分别设置在车辆段B所,广和主所和坑口主所;

2.3 站控PG机共11台,其中7台设置于除车辆段B所外的其他牵引变电所,一台放在OCC六楼监视通道用,一台为抢修用备机,其余备用.2.4 TCI柜共一台,设置于OCC六楼SCADA设备房;

2.5 UPS系统一套(包括UPS柜两个、蓄电池柜、配电盘各一个),设置于OCC六楼UPS房，UPS柜一用一备。

2.6 模拟屏一个，设置于OCC八楼，在线使用。

2.7 控制中心操作站计算机五台，两台主备机，一台归档机、一台信号机设置于OCC八楼，一台维护机设置于OCC六楼SCADA设备房。

SCADA信息系统 篇3

【摘 要】随着国内成品油管道的大量建设，特别是长距离数字化管道的发展，要求其控制系统在控制、安全等方面具有更高的可靠性、开放性。对于工厂企业等最终用户而言，面对各种各样的 SCADA 系统，由于国内外众多厂商SCADA系统的结构及实现方式各不相同，恰当的选型成为重要的核心问题。

【关键词】数据采集与监视控制；长输管道；集中式结构；分布式结构

1.长输管道监控特点

长输管道一般分布广泛、站点较多，输送介质多为天然气、原油、成品油、液态天然气、水和其他液态化工产品等。一般采用密闭输送流程，所有泵站、压气站、分输下载站、配气站、截断阀室和管路等构成完整的水力系统。因此，长输管道一般设立调度控制中心由SCADA系统进行集中监控、统一调度，实现中心控制、站控和就地控制相结合的控制方式。有的管道设立站点监控，有的并不设立站点监控，而是通过调度控制中心统一进行管理。站点的远程端由PLC或RTU进行数据采集和监督控制，将控制数据传输到调度中心，从而完成整个管道的自动化控制。长输管道的通信系统是决定整个SCADA系统可靠性和有效性的重要基础，目前多采用自建光纤、卫星、微波、电话等多种方式，不同的通信基础直接决定了SCADA系统调控中心数据库系统结构的选择方式。通过以上分析，可以看到非光纤通信条件下，长输管道要求SCADA系统设计必须满足低速和有限带宽的长距离通信要求。在SCADA系统中，控制器中的数据以非常小的数据包进行传输，许多历史数据存储在中心数据库中。监控数据以逢变则报或进行内部轮询以达到最小数据的目的传输，并且控制器都具有历史回填的功能，在通信恢复时，能够将传送失败的历史数据重新传输到中心数据库，以保证数据的完整性。

2.长输管道SCADA系统国内外现状及发展

SCADA系统是建立在数据库基础之上的一系列应用软件的组合，其主要功能有系统模拟图实时监控—实时监测沿线各站库生产运行数据；历史数据分析—包括历史数据曲线、超限额运行时间统计等。经概括，SCADA系统的硬件构成有四种形式：PC+板卡，PLC，DCS及RTU远程终端单元，在功能上都有完成数据采集与控制的能力，但它们各有不同的适用范围。DCS适合于大型生产装置，如炼油厂、化工厂的大型成套化工装置，DCS具有独立的软硬件，运行稳定可靠；缺点是价格昂贵，扩充麻烦。PLC适用于控制，规模可大可小。RTU则适用于小型局部的场合，优点是通信灵活，计算与数据存储能力强，如用于输气管道进出口的流量采集，天然气计量采用RTU产品，具有明显的甚至不可替代的优势。可实现SY/N6143计量标准嵌入式应用，大幅提高可计量程序运行的可靠性和实时性；流量累计等重要数据在RTU内做备份，而不仅依赖传统的计算机做数据备份，即使计算机和通信设备出现故障，数据依旧可恢复，大幅提高了数据存储的安全性。SCADA系统由 PLC和通信技术共同发展而来，具备高度灵活的通信方式；可选择自建光纤，租用公网，卫星通信，CDMA，GPRS等有线和无线通信方式；根据不同的通信方式选择适合的通信协议，目前常用的有DNP，OPC，CIP，Modbus TCP/IP，IEC60870-5-104 TCP/IP 等；可根据施工和投资的具体方案及数据通信所需带宽的要求，选择合适的通信方式。基于目前采用集中控制的要求，一般设有两个独立的物理网络，并保证SCADA 通信系统的冗余性。

3.调度控制中心数据库的集中式和分布式结构

集中式系统结构虽然效率高，但由于负荷集中，计算机硬件和软件的扩充受到限制，目前国外很多厂家的远程站点的数据库都限制在25000点以内。如中石油北京油气调控中心，由于不同管段的建设时间不同，其选用的 SCADA系统不同，造成调控中心必须选取集中式系统结构。其天然气管道，为保证调度中心SCADA 系统的稳定性，将所有站点分为几套服务器分别进行处理。在这种特大型结构中，必须选择最佳数据存储方法和访问结构，集中式也要解决这些差异问题。再如，中国石化运行的珠三角成品油管道，采用 ABB公司的SCADAVISON集中式数据库，目前站点为22个，数据点达22000点，也基本达到了它的运行负荷能力。目前，世界范围内天然气长输管道多采用该种结构，需要调度中心数据服务器根据站点数量进行统筹划分设置。

在集中式数据库系统和通信技术发展的基础上产生和发展了分布式数据库系统，虽然已发展成熟，但工业化控制系统采用这种数据库的SCADA系统的情况出现在20世纪90年代末，成功推出应用的也不是很多。各个站点服务器的采集数据原理同集中式；区别在于调度中心总服务器对各个站点服务器数据库进行实时访问，通过一定的数据访问权限和验证模式的设置和授权形成了全局共享结构，实现了全局数据库信息的调用。历史存储信息分布在各个远程站点中，站点中的数据库服务器的数据实时发布到调度中心总服务器内存中，调度中心总服务器仅对重要数据进行处理和归档，而实时操作日志分别存储在调度中心总服务器和相应数据源的站点服务器中，从而实现了数据、网络优化的高效数据库。目前典型应用的场合是中国石化的西南成品油管道，全线共21个站点，2座调度控制中心。这种分布式数据库实现了对处于极度分散的远程数据的无缝访问，实现操作控制信息的交互、动态调整用户和信息应用需求。不同数据库间的历史查询，避免了数据库的复制，同时避免了控制层 PLC控制器数据的双重响应。实时数据、报警、操作日志只有在发生变化时才会递交给调度中心服务器；没有设置内部系统的轮询机制，也降低了对通信系统的要求。虽然目前工业用分布式数据库系统还处于中小型阶段，能否向更大数据库的规模化发展，受到通信系统、计算机和软件应用系统的可用性、可靠性及数据的存取效率等的直接影响，有待理论的进一步突破。

4.集中式和分布式系统结构比较

两种数据库技术在工业领域都有实际的应用，分布式系统结构是在集中式系统结构的基础上发展起来的，但并不是简单地将集中数据库分散到不同的场地，它在实现数据库的独立性、数据共享、数据冗余、并发控制、完整性、安全性、事务处理等方面具有更加丰富的内容。分布式数据库较集中式数据库有着自己不可替代的优势，若网络结构中通信恢复、诊断、优化的问题能得到解决，必将在SCADA系统和生产管理系统等融合扩展方面取得更大的发展。

5.结束语

集中式系统结构的SCADA系统作为经典、成熟的结构方式，已在长输管道领域得到广泛的应用；而分布式系统结构是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的成果。作为一门创新技术，若网络结构中通信恢复、诊断、优化的问题能得到解决，分布式系统结构的SCADA系统将有更加长足的发展。因此，在实际应用中要灵活选用，根据系统的安全可靠性和运行模式要求配置主控中心、备用控制中心、分控站和站控，最大限度地发挥不同结构的作用。

【参考文献】

[1]田洪波，姜波，武建宏.SCADA系统在长输管道的应用和发展[J].石油化工自动化，2008，（04）.

[2]吴琋瑛.长输管道备用通信系统的选用[J].石油规划设计，2009，（03）.

浅议SCADA系统安全防护 篇4

SCADA系统在实现数据采集和监视控制的时候, 主要是建立在现代计算机系统的基础上, 在此基础上对生产和调度进行自动化控制。应用最广泛、技术发展最成熟的SCADA系统主要在电力系统中。加强对SCADA系统安全方面的防护至关重要。也是我国在信息安全方面的一个重大研究课题, 所以找到它在系统安全的主要风险就显得特别重要。

2 SCADA系统安全的主要风险

2.1 SCADA系统的主要组成

对于SCADA系统安全的主要风险进行分析, 我们就有必要去了解SCADA系统的主要组成, 一般的SCADA系统主要包括控制中心、通信网络和现场的设备。而这些组成部分又包括好多的小部件。控制中心主要包括应用服务器、历史数据服务器、调度人员工作站、Web发布服务器和移动设备。通信网络主要包括现场总线网络、控制网络、主站网络、远程接入点、主站网络与企业网络接口。现场的设备主要包括可编程逻辑控制器、远程测控终端和智能电子设备。对于这些组成部位进行分析可以找到对SCADA系统构成安全威胁的主要风险。

2.2 主要安全风险

由于受到我国科学技术水平的限制, 部分设备是从国外购置进来的, 这些设备在一定程度上就存在着风险, 可能有漏洞的存在, 会导致数据的丢失和网络中断等, 这就是一个重要的安全风险;通信网络上有可能有漏洞的存在, 一些攻击系统的攻击者就会利用通信网络上的漏洞对SCADA系统发送一些错误的控制命令, 这也就成为这个系统中容易受到攻击的一个关键部位, 控制中心和基站之间的控制系统主要是采IEC60870-5-101/104规约实现的通信, 可是104规约不具备加密和认证功能, 这也就成为一个安全问题, 同时在固定的2404端口, 还存在有被窃听、分析和代换的风险, 特别是一些厂站他们在不具备光纤通信的时候, 竟然采用GPRS和CDMA无线通信技术, 有些厂站直接将101规约在GPRS的环境中去使用, 通过APN虚拟网络进行数据采集与发送控制命令。这些没有采用加密和身份认证等安全措施, 在较大程度上存在有风险;各种通讯技术的不断发展, 使得TCP/IP网络通信技术和一些智能型的组件在SCADA系统中得到了广泛的应用, 这种应用就会将网络里的各类病毒、木马等引入到这一系统中, 此时SCADA系统将会面临黑客和木马的攻击。遭到攻击后, 将会发生网络中断、系统信息泄露等不安全事故。所以这种高端的网络通信在一定意义上存在着较大的风险:系统之间的控制在信息传输过程中有时候不能保证信息的安全性和完整性, 同时各个控制系统之间的网络需要定期的进行更新和检查, 确保不被病毒入侵, 总之是多方面的, 归结起来就是故意的破坏和自然的破坏。故意的破坏指的就是恐怖组织、敌对势力等, 而自然的破坏可能是操作者的失误、自然方面的天灾等。表1列出了SCADA系统可能的安全威胁。

3 对于SCADA系统安全防护的措施

3.1 强化安全管理体系的实施

SCADA系统的安全保证可以从强化安全管理体系的实施方面进行防护, 在具体实施中, 建立相对比较完善的规章制度, 实行岗位责任制, 明确各自的职责范围, 不越权行使权利, 实行责任具体到人, 做好相应的数据记录, 对于每天进行操作的人员时间都要进行详细的记录, 同时对参与到工作中的人员定期进行理论知识的学习, 让他们了解更多安全使用方面的知识, 学会快速的解决出现的简单问题, 同时加强法律法规的学习, 提高法律意识。

3.2 规范工作人员技术水平操作

参与操作的工作人员, 技术水平一定要到位, 同时也要进行规范化的操作, 不能采用不安全的网络进行连接, 对于计算机操作系统要采取相应的安全措施, 防止病毒木马等的入侵。对于SCADA系统在上线之前必须要进行安全测评, 上线之后的安全风险也要去进行评估, 对于需要整改的要及时去操作, 同时技术人员要建立好相应的应急预案, 在发生紧急情况时, 可以快速的启动应急预案, 最大程度的降低经济损失。

3.3 计算机主机系统的安全保证

在SCADA系统中, 计算机系统是一个基础的组成部分, 但也是关键的部位。它关系着数据处理和信号的传输转化等作用。所以加强对计算机系统主机的保护是很关键的, 对于系统采用随时更新的安全补丁, 对于不用的账号和密码要及时的删掉。在密码形式上要采用大小写和数字并用的混合模式, 增加破解的难度。

4 结束语

SCADA系统的应用越来越广泛, 加强SCADA系统安全防护至关重要, 只有增加了SCADA系统安全性, 我国的众多行业的发展也就多了一份保障。

摘要：本文通过对SCADA系统的概念阐述, 分析了当前形势下在SCADA系统安全方面的主要风险, 并对SCADA系统安全防护采取的措施进行了总结, 希望这些措施能够在SCADA系统安全防护方面发挥它的有效作用。

关键词：SCADA,系统安全,防护

参考文献

[1]方兰, 王春雷, 赵刚.SCADA系统结构特点及其脆弱性分析[A].全国抗恶劣环境计算机第十七届学术年会论文集, 2012 (03) .

SCADA信息系统 篇5

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。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。

SCADA系统发展瞻望

SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：

SCADA/EMS系统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EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水”。所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS(调度员模拟培训系统)、企业MIS系统的连接。SCADA系统与电能量计量系统，地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向。

变电所综合自动化

以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、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，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。

专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用

利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或出来故障的方法，以达到合理、经济地进行电网电力调度，提高运输效率的目的。

面向对象技术、Internet技术、及JAVA技术的应用

面向对象技术(OOT)是网络数据库设计、市场模型设计和电力系统分析软件设计的合适工具，将面向对象技术(OOT)运用于SCADA/EMS系统是发展趋势。

随着Internet技术的发展，浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台，将浏览器技术运用于SCADA/EMS系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的SCADA/EMS系统中，传统的MMI界面将保留，主要供调度员使用，新增设的Web服务器供非实时用户浏览，以后将逐渐统一为一种人机界面。

JAVA语言综合了面向对象技术和Internet技术，将编译和解释有机结合，严格实现了面向对象的四大特性：封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多线程支持和安全性上优于C++，以及其它诸多特性，JAVA技术将导致EMS/SCADA系统的一场革命。

什么是SCADA?

在役管线SCADA系统改造研究 篇6

鲁宁输油管道, 担负着长江中下游地区的南京、扬子等数十家石化企业进行胜利原油和进口原油的输送任务, 为促进长江中下游及华东地区的国民经济发展起着至关重要的作用。虽然2000年对鲁宁线连续进行改建与扩建, 但是目前这个现在系统也呈现出以下不足和隐患:PLC无热备冗余支持, 安全性较热备冗余系统差;上位HMI基于Citect V5.42组态开发, 版本较旧, 部分功能支持不完善, 可靠性较新版本差;上位机原HP工作站利旧使用5年以上, 已近寿命期, 故障几率逐渐提高;上位机为单机运行, 无冗余备用机, 一旦出现故障, 整个SCADA系统运行参数及设备将失去有效监控, 给生产带来较大风险。

2 控制系统升级改造

对于在役管线而言, 对其进行自动化改造, 不可能等同于新建, 必须以在役SCADA为基础对系统进行进一步的优化改造, 以此来提高整个控制系统的自动化水平。

2.1 硬件升级及系统构成

2.1.1 系统冗余功能及处理器的功能升级

PLC系统沿用原系统AB公司Controllogix5000的新一代产品系列, 用户内存空间升级到2MB, 并且新系列在功能上可实现硬件底层热备冗余功能。使用配置一套完整冗余功能的处理单元, 组件包括CPU (L61) 、CNBR、ENBT、SRM、SRC。

原CPU及以太网模块不支持冗余结构, 新增加两个本地机架, 配置冗余结构, 由主控制单元、备用控制单元、扩容IO机架、原IO机架的组成的架构。主控制单元与备用控制单元互为热备用, 组成了冗余结构。

2.1.2 系统网络及总线

原系统Control Net通讯网络与冗余系统兼容, 在设计上充分利用原本地机架和远程扩展机架等硬件, 将原系统的多个本地机架转换为新系统的远程IO单元, 仍使用Control Net介质冗余网络作为远程IO网络扩展, 原机柜配线与现场接线均可利旧;系统扩容部分新增加一个远程IO机架, 配置所需IO模块与接线。

通讯网络的构成:1) 机架内通讯。各I/O模块通过底板通讯, 数据通过总线通过controlnet模块CNBR上传至PLC进行处理运算。2) Controlnet通讯。每个I/O机架单元都有一个controlnet模块CNBR, I/O数据通过controlnet总线进线数据交换, 完成数据上下行。3) 以太网通讯。主处理单元有一组以太网模块ENBT, 通讯速率10/100M, 上位HMI通过以太网和CPU进行数据交换, 实现监控。

2.1.3 系统冗余功能特性

冗余系统对异常情况的响应如下:1) 主控制单元的CPU模块故障或掉电等异常情况, 备用单元自动切换至备用控制单元运行主控制单元的Enet模块故障、掉电、以太网网络中断等异常情况, 备用单元自动切换至备用控制单元运行。2) 主控制单元的CNBR模块故障、掉电、Controlnet网络丢失等异常情况, 备用单元自动切换至备用控制单元运行。3) 热插拔主处理单元中的任何模块。4) 主处理单元上的任何模块发生硬件故障或固件版本问题。5) 通过发送指令到CPU或通过RSlinx中可进行人工热备切换。6) 主处理单元机架掉电或模块故障。

2.2 软件升级及功能

2.2.1 系统PLC程序升级

系统硬件升级后, 控制器、处理器等Firmware和PLC程序需要进行升级。考虑对冗余功能的技术支持及整个系统的稳定性等因素, 对硬件CPU控制器模块、CNBR网络模块、ENBT网络模块的Firmware进行升级。

Citect新版V6.1软件不仅在功能、可靠性、稳定性、运行优化等方面都较原版本有很大提高, 并且界面也更友好, 对新版的操作系统也有更好的支持。经过测试, 综合数据响应速度及运行稳定性因素, Citect HMI与PLC之间的通讯采用RSlinxprofessional所支持的OPC开放协议。

2.3 系统安全

系统安全包括现场运行设备的安全联锁保护及整个SCADA系统的运行安全。

1) 安全联锁保护。依据工艺情况进行监视、预警和安全联锁保护, 分为两级保护, 一级为参数报警, 二级为参数停机保护, 在每台操作员计算机上, 系统设置了参数越限声光报警功能, 当出现如压力超限、温度超限、油气泄漏引发可燃气体报警等不安全因素时, 越限的参数会发出显示颜色变化和闪烁告警, 报警画面中将显示详细报警信息报警, 同时发出蜂鸣器警告, 以提醒值班人员采取相应措施, 保证系统的安全稳定。2) 系统运行安全。a.设计中采用热备冗余结构, 提高系统运行可靠性。b.所有操作站系统开机直接进人站控SCADA系统, 屏蔽用户环境及外接设备, 杜绝非SCADA系统的操作, 从技术上保证专机专用。

3 接地与防雷

3.1 系统隐患

鲁宁线各站站控系统接地的普遍情况为:站控室室外设有人工接地装置, 通过接地扁铁引入站控室内。站控室室外设有接地极, 站控室PLC机柜接地通过接地电缆与之连接。PLC机柜内设有一根接地汇流排, 接地扁铁引线、机柜外壳、机架、电缆屏蔽层和铠装层等都连接到机柜内的这一根汇流排上。此种接地方式已不符合相关标准规定, 须按照新标准进行改造。

3.2 整治方案

1) 室内接地。站控室内PLC机柜等仪表自控设备的金属外壳和正常不带电的金属部分, 由于绝缘破坏而有可能带危险电压时, 均应作保护接地。仪表、PLC、计算机系统等, 应作工作接地, 主要包括信号回路接地、屏蔽接地。信号回路接地是仪表、PLC、计算机系统等电子设备需要建立统一的基准电位的需要。屏蔽接地是仪表系统中电缆屏蔽层、排扰线、屏蔽接地端子等用以降低电磁干扰的需要。各仪表设备及元器件按规范要求分别接入工作地汇流排、保护地汇流排、工作地汇总板。浪涌保护器接地接入工作接地汇总板。仪表24V电源负极、电缆屏蔽层等接入工作接地汇流排;PLC柜体、PLC机架等接入工作接地汇总板。2) 接地网。鲁宁线各个站场的接地装置应进行改造, 在摸清站区各种接地装置的情况下, 合理进行接地装置间的连接。控制室所在的建筑物, 应作环绕建筑一周的环形闭合接地装置, 所有进出建筑物的金属管道、电缆桥架、电缆金属保护管, 都要与环形接地装置可靠连接, 新安装的接地体与原接地网可靠连接, 在该环形接地体沿线, 每隔5米距离打垂直接地体并进行水平接地体的连接。

参考文献

[1]许兆宽.输油管道项目后评价特点及需注意的几个问题[J].当代石油石化, 2011.

SCADA信息系统 篇7

水务行业电气设备需要不间断运行, 使得青年职工平时无法更新调试或用作电气教学培训。引滦工程潮白河管理处新建培训室, 依托培训室先进的自动控制设备, 搭建SCADA系统, 模拟泵站整个自动控制流程, 演练真实泵站中机电设备的全部操作, 以提高青年职工业务水平和知识技能。SCADA系统参照真实泵站架构, 在保留泵站系统功能基础上, 相应完善配套设施, 为适应新技术、新设备和新方法, 系统预留硬件接口及丰富的扩展API以满足日后升级改造需求。培训室SCADA系统包括下位机智能控制系统、上位机HMI系统和通信网络 (图1) 。

二、下位机智能控制系统

下位机智能控制系统主要负责采集SCADA系统中各种输入信息、控制输出设备, 涉及的下位机主要有传感器、电磁阀、电机、PLC和智能仪表, 其中PLC是核心, 通过其实现大部分的数据采集和控制功能。

1. PLC选型

经过多方调研, 管理处最终选用西门子SIMATIC S7-300系列产品。该系列产品配备多种不同性能等级的CPU, 以及为应对不同电气状况而研发的扩展模块, 可根据不同控制环境选择特定功能模块。PLC组件选型见表1。

2. 控制系统设计

培训室内建有1个沙盘, 具备系统控制所需的水泵、压力变送器和电磁阀等设施设备。设备分工: (1) 液位计实时监测前池水位变化; (2) 改变电磁阀开度模拟供水流量变化; (3) 变频器改变频率实现电机软启动; (4) 调节水泵叶片角度控制输水流量范围; (5) 压力变送器实时监测水泵内管道压力; (6) 热电偶实时监测电机及水泵温度; (7) 冷却风机对水泵进行降温处理; (8) 流量计实时监测输水流量。

(1) 下位机智能控制系统属于自动控制系统, PLC、变频器和智能仪表是控制器;液位、压力、风速和流量等是被控对象;低压水泵、电机、电磁阀和冷却风机等是执行结构;液位计、热电偶和压力变送器等是变送器。

(2) 该系统中, 水泵开停控制、电磁阀及风机启闭等顺序控制均属于开环控制;水泵叶片角度的自动调节属于闭环控制, 被控对象为前池水位, 控制器为叶片角度调节装置。

(3) 系统主要是将采集的前池水位作为PID控制指令的输入, 经过分析处理和自整定后作用于水泵叶片角度的调节, 根据前池水位变化自动调节叶片角度。调节器采用PID控制方式。P、I、D参数整定采用工程整定法, 依据经验, 直接在系统上反复调节验证, 方法简单, 易于掌握。在实际调试时, 先设定1个经验值, 然后根据调节效果再进行修正。虽然SIMATIC S7-300系列PLC产品可利用自身闭环控制模块实现PID控制, 但为实际验证不同参数对控制结果的影响, 增加两块具备PID调节功能的宇电AI808智能仪表。

3. PLC控制程序编制

(1) 编程语言选择。培训室选用西门子公司标配STEP7 V5.4编写PLC控制程序。为满足不同自动化任务所需, STEP 7支持Statement List (STL) 、梯形图 (LAD) 和功能块图表 (FBD) 等3种标准化编程语言。考虑到管理处人员实际情况, 编写控制程序主要以梯形图为主。梯形图非常接近于继电器电路, 很容易被熟悉继电器控制的新老职工掌握, 方便、易读且便于调试, 特别适合于数字量逻辑控制。

(2) 程序逻辑设计。为尽可能全面真实模拟水泵设备运行情况, 参照泵站设备实际情况, 自动控制系统设置的正常开机条件[1]有: (1) 油压装置压力正常; (2) 真空破坏阀已关闭; (3) 停机继电器未动作; (4) 低压空气储气罐压力正常; (5) 前池水位达到开机允许水位; (6) 水泵叶片角度为-8°; (7) 同步电机未投励; (8) 机组断路器为闭合状态。

8个开机条件全部设置为数字量输入信号, 当其值全部为1时满足开机条件, 执行正常开机任务, 上位机组态画面显示水泵叶片运转并在沙盘上模拟水体流动。前池水位数据设置为模拟量输入, 沙盘内液位计将实时液位信息以4~20 m A电信号输入至模拟量输入输出模块, 后传输至CPU。水泵叶片角度既为模拟量输入, 也为模拟量输出。培训室PLC控制程序以开停机过程为核心, 主要逻辑流程见图2、图3, 涉及的各种信号量见表2。

三、上位机HMI系统

上位机HMI系统与SCADA系统的数据库及软件相连, 读取设备相关信息, 实时显示各种趋势、诊断数据及相关信息。上位机HMI系统包括硬件和软件两部分。硬件部分主要是触摸屏或通用PC, 软件部分是运行在PC机上的组态软件。组态软件以图形界面形式显示系统整体信息, 并动态模拟系统中的状态变化。

Windows平台下常用组态软件主要有Wonderware公司的Intouch、GE公司的i Fi X、Citect和西门子公司的Win CC。培训室内PLC已选用西门子产品, 组态软件选用对应的Win CC 7.0, 其与SIMATIC S7-300系列PLC在软硬件上无缝集成, 可实现高效率数据传输, 并且能直接使用STEP 7中的符号变量表, 运行时也能直接跳转到STEP 7的功能块, 并可启用STEP 7的硬件诊断功能, 方便故障分析调试。

1. 组态画面设计

培训室SCADA系统组态画面逻辑树见图4。

2. 报表设计

培训室SCADA系统通过PLC采集大量数据, 对数据进行分析后将数据记录分为3类: (1) 周期性记录, 如电压、电流、温度和叶片角度等; (2) 非周期性动作触发记录, 如分合闸状态改变、报警信息等; (3) 动作触发产生的周期记录, 即分合闸或报警后各种电压电流的数值变化信息。最基本和最常用的周期性报表设计样式见图5, 样式设计完毕, 应用Win CC报表系统进行详细设计。Win CC用户归档编辑器可在通用PC上建立数据库连续保存数据, 其图形化的编辑界面可快速组态Win CC归档控件, 以图表等样式显示系统的运行数据。当需要对归档的数据进行访问时, 可以使用Win CC的归档控件或安装Connectivity Pack选件编写脚本程序读取数据。Win CC V7.0用户归档控件可实现工具栏的动态化。例如, 动态化打开控件的组态对话框, 其脚本程序是VBScript:Screen Items (“Control1”) .Toolbar Button Click=2。生成的报表可连接打印机实时或定时打印, 打印内容也定期以CSV文件形式存储, 方便日后查找。

四、通信网络设计

培训室内通信网络分为两部分: (1) 以PROFIBUS总线构建的PLC与PC之间的通信网络; (2) 应用工业以太网技术建立的与管理处内网相连接的OPC服务器。

1. PROFIBUS-DP总线控制系统

西门子公司研发的PROFIBUS (Process Field Bus, 过程现场总线) 是目前应用最广泛的现场总线。在自动控制系统与分布式设备通信时, PROFIBUS-DP在数据的传输速率、整体效率及通信成本等方面具有明显优势。该培训系统PROFIBUS-DP总线组成:SIMATIC S7-300系列PLC中集成PROFIBUS-DP主/从站接口的CPU 315-2DP作为一类DP主站;通用PC作为二类DP主站;系统中各种传感器、电机、电磁阀等作为DP从站。通过西门子公司的PCI卡CP 5611完成作为一类主站的PLC与二类主站通用PC的通信, 其网络拓扑见图6。

2. 工业以太网及OPC服务器

工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet) 的强大区域和单元网络。OPC是一个工业标准, 定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法, 为基于Windows的应用程序和现场过Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。

3.SCADA系统OPC服务架构

(1) 培训室内OPC服务设计思路。硬件部分使用CPU315-2DP完成运行控制, 利用通信模块CP343-1, 使用TCP/IP协议将SIMATIC S7-300接入管理处内部网络, 以现有的网络设备为基础, 将SCADA系统的预留端口接入内网, 从而实现系统整体的远程访问。软件部分使用SIMATIC NET网络通信软件和STEP 7编程软件配置OPC服务, 其中SIMATIC NET软件可为支持OPC服务的非西门子公司的组态软件 (如Intouch、i Fi X、Citect和国内的组态王等) , 提供访问PLC数据信息的API。

(2) 应用OPC服务也能解决系统数据不能被编程语言直接访问的问题。OPC作为自动控制系统数据访问的通用模式, 简单配置即可实现PLC和PC的通信。配置完成后, 使用Visual Basic、Delphi、C#、JAVA等程序设计语言编写客户端程序, 访问PLC及PC内的各种数据, 并通过图形界面, 可视化展现数据。需要指出通信网络中的核心模块CP343-1中仅一个RJ45接口接入管理处内网, 当网络需要进行功能扩展或组件升级时, 可直接连接至空闲的RJ45接口, 以满足系统变更需求, 不必大幅度更改网络拓扑。

五、应用效果

培训室建成后, 超出预想效果, 系统运行稳定, 取得显著经济和社会效益, 主要表现在以下几方面。

(1) 缩短了新职工学习时间, 提高了学习效率。依托培训室的先进设备和SCADA系统, 经历短期业务培训和模拟练习, 新职工即可熟悉泵站日常工作所需理论知识及大部分实践操作技能, 相当于系统建成前学习积累多年的熟练程度, 同时可接待本系统其他单位新职工的培训工作。

(2) 真实泵站发生故障后, 方便技术骨干总结分析故障原因。机组出现故障时, 为影响正常输水工作, 要及时准确排除故障, 基本无暇细致分析故障原因。培训室SCADA仿真系统投用后, 在排除真实泵站的故障后, 可通过培训室内设备进行故障模拟, 探寻故障原因, 研究出多套解决方案, 并详细分析其利弊。日后出现类似故障时, 可更加快速高效解决问题。

(3) 培训室内设备, 尤其是PLC系统, 具有很强的扩展能力, 通过新增功能模块和添加新型科技设备, 拓展原有系统功能, 不断进行科技创新, 构建实验模型, 为日后在真实泵站应用提供有价值的参考。

(4) 培训室内沙盘和水泵模型严格遵循真实泵站比例, 泵站及配套设施设备全貌一览无余。在接待领导及参观人员时, 先在培训室内将泵站整体情况做清晰明确讲解, 再去泵站现场时, 对泵站概况已经有一定认识, 可深入讲解实际泵站的设施设备, 并有针对性地对比讲解不同规模泵站的机电设施设备差异及控制保护系统差距。

潮白河管理处培训室, 成功实现了电气模型复现实际电气控制系统, 填补了水务行业中水泵运行仿真控制系统的空白, 实现了对水泵及配套机电设备整体模拟, 加快了水务工作者的知识更新速度, 全面提高了水务工作者的技能水平, 在华北地区乃至全国都具有很强的前瞻性, 在技术上保持领先地位。

参考文献

SCADA信息系统 篇8

关键词：SCADA系统,设计原则,方案,特点

1 引言

大庆-铁岭输油管道(简称:庆铁线)是七十年代初建成投产的两条并联的输油干线,直径为7 2 0 m m,长度分别为516km和524km。1994年以来对庆铁线的泵站进行了大规模的改造并同期设计建成了庆铁线S C A D A系统。由于S C A D A系统设备均为上世纪九十年代初的产品,已经不间断运行十四年,加上有些工艺运行参数调整和加入,故障率与维护量很高。2009年又对其进行了改造,改造后仍采用SCADA系统,用可编程逻辑控制系统(PLC)取代原来的远程控制单元(RTU),各站PLC系统完成对本站的数据采集和控制。

庆铁线S C A D A系统是由一个沈阳调度中心,林源-昌图8个站控端,远程微波信道所组成的分布式计算机监控网络系统。

2 设计原则

为保证庆铁线SCADA系统安全、平稳、高效运行,其采用以下设计原则:

2.1 系统容量

系统硬件应具有3 0%以上的扩展余量,以保证系统的灵活性和可扩展性;系统软件预留100%的扩展余量;站控机具有一定的数据存储记忆功能,以便在通信信道中断后恢复时,向沈阳控制室自动传送中断期间的现场数据。

2.2 可靠性

系统能实时监视全线及各站的运行状态,对全部控制设备和信道进行监控,系统能定期进行自诊断并形成报告;系统设备因故障重启动时,应保证首先与现场数据及设备状态进行同步,并且不会对现场设备的状态造成影响;系统中的重要设备进行冗余配置,并以热备用方式运行。当发生故障时,在线系统自动切换成备用系统,自动对系统的相关数据进行备份,同时对故障现象进行记录和报警。

2.3 模块化

系统硬件应具有模块化的特点,如P L C的I/O模板、主机的存贮器、终端、外部设备等,这样有利于系统容量或性能改变时进行扩展和更新。系统软件也应是模块化的,各部分功能在设置时可独立运行,便于今后的修改或与其它外部程序的链接。

2.4 灵活性

在控制中心和各站的任何一个操作员工作站上,都可以完成其所要求的功能。

2.5 可扩展性

系统应允许将来数据库、存储器、软件容量、通信信道等进行扩展。

2.6 可用性

系统的软件和硬件的利用率应达到99.9%,实时采集具有最高优先级,它不会因系统的打印、编程、显示等功能进行而中断。

2.7 开放性

系统数据应以O D B C方式或其它相近的方式,与其它应用程序共享。

2.8 安全性

⑴操作系统的安全:保证操作人员在未经授权的情况下,不会对操作系统造成损害。

⑵应用软件的安全性:应用软件设置不同的级别进行登陆,以保证操作运行时的安全。只有系统管理人员才有权对这些级别的用户和权限进行设置和改变。这些级别应至少有:只读级、操作员级、运行维护级、系统管理员级。

⑶硬件的安全性:应对系统中电源系统、通讯系统、信号系统等进行过电流、过电压保护,并要防止雷击、静电、电磁感应等对系统造成的危害。

⑷对黑客和电脑病毒要进行有效地防范,严格禁止S C A D A系统与I N T E R N E T的连接。

2.9 数据处理能力

控制系统的硬件和软件的数据处理能力,应能满足整条管线控制管理的需要;系统应具有对模拟数据、偏差数据、计算数据、统计数据、报警和事件(按优先级)的有效处理能力。

3 控制方案

3.1 分级控制

庆铁线采用的是集散控制系统,即调度中心的集中控制和各泵站分散控制相结合的控制体系。庆铁线S C A D A系统改造后,由中心控制级、站控机控制级和就地控制级组成。

3.1.1 中心控制

处于中控方式下,采用冗余工作站为网络服务器的调度中心系统,主要完成管道全线的数据采集和监控管理任务,将各站控制系统传送来的数据信息进行处理、分析及存贮,并向各站发送调度及控制命令,同时向大庆、长春和沈阳分公司监视终端传送各自所辖输油站以及廊坊控制中心进行数据交换。

中控监控功能主要体现在如下方面:对各站数据进行实时采集、处理和存储;显示各站动态工艺流程图;显示实时和历史数据趋势图、柱状图及其它画面;对各站现场的工艺变量、全线的工艺设备运行状态进行监视;下达调度和操作命令;报警和事件管理;流程切换;生产报表的生成和打印;控制权限的确定;系统的同步和对时;网络监视和管理;水击超前保护;通信信道故障时主备信道的切换。

3.1.2 站控机控制

站控监控功能与中控监控功能基本相同,它主要体现在如下方面:本站工艺变量、设备状态的检测及数据处理;本站主要工艺设备的控制操作;本站工艺流程的自动控制操作;流程画面的显示;趋势图的显示;工艺参数报警和事件记录;打印生产报表;设备状态检测和故障报警;压力自动保护控制;逻辑控制;水击信号检测和控制;对阴极保护系统的相关变量的检测;对电力设备及其相关变量的监控;与本站其它监控子系统,如:机泵监视系统、变电所自动化系统、热媒炉控制系统、消防自动控制系统等进行数据交换;为沈阳控制室提供有关数据;接受并执行沈阳控制室下达的命令等。

3.1.3 就地控制级

就地控制方式的设置主要是为了方便设备维护。对输油泵机组来讲,每台泵都设置一个“离线(OFF)-手动(HAND)-自动(AUTO)”选择开关,当开关处于“自动”位置时,调度中心或站控室操作员通过控制台控制相应的泵机组,否则该泵机组脱离监控系统的控制。在设备维修过程中现场控制方式能够有效地保证人身安全。

3.2 分层控制

为了进一步提高控制的可靠性,该系统采用多层控制,即第一层不能奏效,第二层继续控制,依次类推。

例如对出站压力保护采用如下控制层次:控制程序自动控制调节阀节流;控制程序自动保护停泵;高压泄压阀自动泄压;出站压力开关动作停泵;泵出口压力开关动作停泵。

3.3 电气保护

一旦计算机或某些仪表出现故障,还设一层电气保护,例如:泵出口压力超高保护。当某管线泵出口压力超高时压力开关动作,导致电气停相应运行泵。

对输油泵的电机还有电气差流、过流、低电压保护。该故障报警信息传输至站控机及调度中心进行报警。

3.4 机械保护

对输油泵机组的轴瓦温度、定子及绕组温度、振动及机械密封参数等采用机泵P L C监控。在站控室仪表盘及站控机、调度中心均可显示报警及停泵信息。

3.5 工艺保护

采用高低压泄压阀及自动压力越站,进行站内管线压力保护。

3.6 水击超前保护控制

水击超前保护控制功能在沈阳调度中心计算机实现。

3.7 对附属系统的控制

对输油工艺设备附属系统采用可靠的仪表电气设备自成系统进行控制。例如:对污油罐液位、温度等控制。

4 设备选型

如图1所示,沈阳调度中心是由三台先进的D E L L390作为调度员工作站,在此工作站上调度员可进行各种控制操作。一台SUN 280R数据服务器、两台交换机和两台主备路由器构成数据采集通信接口。配置两台前置P L C用于生产过程的数据采集及控制。配置了一台EPSON LQ-1600KⅢ针式打印机,用作实时打印事件和报警信息,一台HP100LE激光打印机定时打印生产调度报表。构成以太局域网、数据服务器和主备信道设置,保证了通讯信道的畅通。

站控端采用美国罗克韦尔C O N T R O L O G I X系列PLC控制器,采用两台DELL T3400作为操作员工作站。配置了一台EPSON LQ-1600KⅢH针式打印机,用作实时打印事件、报警信息和定时打印生产调度报表。配置两台交换机和两台主备路由器构成数据采集通信接口。

5 庆铁线SCADA系统的特点

5.1 分布式系统结构

调度中心主机、操作员工作站、通讯服务器、打印机服务器等设备都相互独立,它们之间用以太网构成局域网络。当系统发生意外事件时,由于网络上每个结点都设计为相对独立,可使系统异常的影响减为最小。

调度中心与站控端之间是远程网链接,站控端可以脱离调度中心独立工作。

站控端P L C本身具有分布式结构的特点,主C P U与各块I/O模块相对独立,它们之间采用Ethernet网络进行通讯。站控端P L C与机泵监控器、加热炉系统之间是主从机之间的关系,各自独立工作。

5.2 对关键设备采用冗余结构

调度中心主机、通讯服务器与控制器采用双机热备份全冗余结构;局域网采用冗余配置;远程微波信道采用异群备份的主从热备用信道,由调度中心主机自动进行双信道的自动切换;调度中心UPS采用多台互为冷备用供电方案,为U P S供电的电源采用双电源冷备用供电;站控系统控制设备的CPU及电源采用冗余热备的方式,其局域网和与沈阳控制室进行数据通信的通信接口按冗余热备设置。

5.3 分层控制

为了进一步提高控制的可靠性,实时性。对主要控制设备:加热炉采用分布式控制,加热炉控制器采用美国罗克韦尔C O N T R O L O G I X系列P L C控制器;站控端PLC与各子系统是主从关系,站控端PLC或调度中心只负责对加热炉进行温度给定值的设定以及停炉控制,加热炉控制系统负责将加热炉主要数据传输给PLC,并自成系统完成此加热炉的控制保护功能。

5.4 具有卓越汉字图形功能的系统

它具有卓越的汉字功能运用于实时控制系统中,可以动态缩放及显示,可以用中文显示及打印数据库点名、报警信息、打印报表等极大地方便了调度人员的使用;具有强大的图形编辑功能,操作界面直观、友好。

5.5 具有不同的用户权限

每个操作人员都有自己的口令登陆系统,他的控制权限在一定范围内有效,只有系统管理人员才有权对这些级别的用户和权限进行设置和改变。这些级别为:只读级、操作员级、运行维护级、系统管理员级。

5.6 可靠的远程通信

远程控制的可靠性关键在于远程通信软件及信道。远程通信协议采用成熟可靠的M O D B U S通信协议。MODBUS具有开放性好,功能性强,通讯效率高的特点。远程通信信道采用可靠性比较高的微波信道。

5.7 实时性强

硬件速度和容量等技术指标满足系统实时性要求;操作系统为分时多任务并发系统;远程通信局域网络采用点对点拓扑结构,点对点通信与1:n通信相比可减少远程通信在信道所用时间,提高系统的实时性;对要求实时性强的应用软件,采用C语言进行编制。

6 结束语

SCADA信息系统 篇9

在早期的SCADA系统中,由于控制规模以及网络技术应用的局限,多采用集中式的处理方式,即将所有的功能集中在一个节点上(数据采集、数据处理和数据展示),我们称之为单机模式。这种模式结构比较简单,且维护方便。但由于单机模式的节点中包含了所有的功能,其内部功能模块之间彼此依赖性过强,某个模块出现问题时,极易造成整个系统的崩溃;再者,我们只能在一台机器节点上监视现场数据和控制现场设备,其局限性是显而易见的。随着工业现场控制规模的扩大和网络技术的发展,单机模式的SCADA系统已经很难适应需求,而分布式SCA-DA系统的应用成为必然。在分布式SCADA系统中,通信模块的作用是至关重要的[1]。本文将讨论分布式SCADA系统中的通信模块的设计思路及其实现。

2 分布式SCADA设计

2.1 早期SCADA系统概述

早期SCADA系统在一个节点上集中了所有的功能,可简单归结为几个主要功能模块:数据采集模块、数据处理模块、数据展示模块。

数据采集模块与数据处理模块:负责采集I/O设备的数据,并进行相应处理(包括数据计算、历史存储、报警、数据发布等),同时响应数据展示模块的数据请求(如实时数据、历史趋势、下行命令等)。

数据展示模块:负责现场数据的展示(文本、图形、趋势等),同时也下发命令给数据处理模块。

如图1所示,这两部分运行于一个机器节点上,两者之间采用了异步消息机制进行通信。

单机模式的消息分组格式如表1所示。

2.2 分布式SCADA的目标和实现原则

2.2.1 实现目标

将单机模式SCADA扩展为分布式SCADA过程中,我们设定必须实现以下目标。

(1)一个服务器可接受多个客户端的访问。

(2)一个客户端可访问多个服务器。

2.2.2 实现原则

原有单机模式的SCADA系统经过了长时间的运行考验,证明各功能模块的运行是可靠和稳定的。在扩展为分布式SCADA的实现过程中,应保持原有的系统架构,对现有功能模块尽量少作修改。

2.3 系统设计

要将原有系统扩展为分布式SCADA系统,首先需要将原有系统的功能进行分割。很自然地,我们将数据采集模块与数据处理模块作为服务器端的功能,而将数据展示模块作为客户端的功能。

原本两个部分部署在一个节点上,它们之间的通信采用了进程间的异步消息机制,现在两个部分分别运行在不同的机器节点上,原有的通信机制不再适用。因而我们必须新增一个通信模块。扩展后的分布式SCADA系统中,在每个节点上都必须运行通信模块。

系统组件间实现远程通信有多种方式,如Windows平台下的DCOM组件,可跨平台的CORBA组件等,但如果在系统中引入这些组件,一来引用这些组件本身就比较复杂和繁琐,二来对原本基于异步消息机制的各个功能模块需要进行大幅度的修改[2]。

我们采取的处理方式是:

(1)客户端的数据展示模块与通信模块之间依然采用异步消息通信机制,可最大限度地减少对数据展示模块的修改。同样,服务器端的数据处理模块与通信模块之间也依然采用异步消息通信机制。

(2)远程通信模块之间采用TCP/IP协议连接。TCP/IP协议是一种面向链接的可靠传输协议,能够保证数据的可靠传输[3]。同时,通信模块本身不对消息分组进行处理,基本采用透传的方式传递消息分组,只是承担消息分组转发的功能。

采用这种实现方式既简单灵活,降低了系统的复杂性,又满足了系统的需求。分布式模式如图2所示。

3 通信模块设计

3.1 通信模块初始化

分布式通信模块分为3种模式,完全客户端模式、完全服务器模式和客户端/服务器模式。

通信模块启动时首先读配置文件来决定自己的模式,作为完全客户端模式时,通信模块负责接收数据展示模块的请求,并把它转发给服务器,同时把服务器返回的数据发送给数据展示模块;作为完全服务器模式时,通信模块负责接收客户端的请求,并转发给数据采集与处理模块,同时把数据采集与处理模块返回的数据转发给客户机的通信模块;而客户端/服务器模式,这种模式即表示该节点既是服务器又是客户端。

图3描述了通信模块启动后的初始化操作。

3.2 通信模块实现

(1)在客户端线程中,通信模块根据配置文件,建立与一个或多个服务器的TCP连接,并将连接信息加入到自己的连接信息链表中。

在服务端线程中,通信模块创建服务监听,接受客户端的连接请求,并将连接信息加入到自己的连接信息链表中。

客户端和服务端放在同一模块,有利于一次开发,多处应用,通过相应的配置就可以部署在客户机和服务器处进行使用。

(2)客户端和服务端都各占用一个线程,一个线程里又维护着与外部的多条链接,链接信息存储在各自的结构链表里。客户端线程管理着与所有外部服务器的连接。服务端线程则管理着与所有外部客户端的连接。采用单线程进行多条链接通信,可以减少资源的开销。

(3)每一个链接都有独立的缓存存储本链接的传输数据。缓存是在链接建立时建立,链接断开时释放。这样的设计有利于数据的相互独立性,避免数据混乱,使每条链接的数据都能够有序存储并转发,使其速度和效率大大提升。

(4)通信模块和其他模块之间的通信采用消息传递的方式。其他模块(本地的数据展示模块或数据处理模块)把每一条数据,都封装成一个消息投递到通信模块,通信模块再转发到远程的通信模块。采用消息传递的方式实现进程间通信比较方便,并且可靠稳定。

(5)前面已经谈到通信模块本身不对消息分组进行处理,只是承担转发消息分组的功能。但通信模块会读取消息分组中的目的地址,并与连接信息链表进行比较,以便将消息分组发送到正确的目的节点。

以前的消息分组并不包含目的地址信息,所以需要对消息分组报头格式进行扩展,见表2。比较表1和表2,可以看到,新的消息分组格式仅利用了原有消息分组分组头的保留字段,增加了源地址和目的地址信息。相应地,对数据展示模块和数据处理模块也需要做出局部的修改,这里不再赘述。

消息分组分为分组头和数据两部分。分组头存储了数据的序列号、长度、类型、源地址和目的地址等信息。接收的过程中,首先接收分组头。解析分组头,得到数据的长度,根据数据的长度再接收数据。然后,分组头和数据合并,完整的数据分组存入缓存链表,以供转发。这样就能保证接收数据的完整性和准确性。

通信模块之间的分组类型可包括数据分组、心跳分组以及状态分组。通信模块之间除了转发数据分组之外,会定时彼此发送心跳分组或状态分组告知对方自己的状态,以便对方和自己及时掌握连接的最新状态。

(6)通信模块中建有内存池,通信数据所需要的存储空间可以在内存池中申请和释放。内存池的应用避免数据频繁申请内存,造成内存泄漏等问题[4]。

图4描述了分布式SCADA系统中通信模块结构及外部通信接口。包括客户端线程和一个服务端线程,每个线程维护多条通信链接。本地通信模块与远程通信模块通过网络进行通信,和本地数据展示模块以及数据库模块采用消息传递的方式进行通信。

4 总结

分布式通信模块需要长期运行,对稳定性和可靠性要求比较高。

通过以上方法实现的分布式通信模块,有效地完成了多客户端多服务器的分布式SCADA系统的需求。这种设计与实现简单有效,既节省了开发时间,又能达到很好的性能。经过测试,扩展后的系统,一个客户端连接多个服务器,一台服务器连接32个客户端的情况下,通信模块依然可长时间地稳定运行。

同时,采用以上方法实现的分布式通信模块具有一定的通用性,在进一步的完善和提炼后,可适用于采用消息透传方式的系统间通信[5]。

采用以上方法实现的分布式通信模块,对于大型控制规模的系统来说,其通信效率还是有待提高的。对于中小型控制规模的系统来说,则完全可以满足现场应用的需求。

摘要：分布式数据采集与监控(SCADA)系统中,为了保证上、下位机的数据通信,需增加通信模块为上、下位机建立数据转发通道。本文介绍了一种多对多连接的通信模块的实现方法,该通信模块采用了TCP/IP协议以及多线程技术。应用研究表明,多线程的应用可以大大提高数据传输的速度和效率。通过测试证明该方法运行稳定、可靠,即将投入工程现场应用。

关键词：分布式SCADA系统,通信,多连接,多线程

参考文献

[1]于宏霞,黄志春.嵌入式网关中分布式通信模块设计.广西科学院学报,2007

[2]任恩茂.NET框架下分布式通信技术的分析与研究.网络与通信,2006

[3]赵宏.分布式系统通信协议的研究与设计.硕士学位论文,2003

[4]王艳平,张越.Windows网络与通信程序设计.北京:人民邮电出版社,2007

SCADA信息系统 篇10

关键词：电气化铁路,SCADA,牵引供电

目前, 我国大规模地进行铁路建设和既有线电气化改造工程, 胶济客专、京沪高铁、京九线等相继开通或电气化改造完成, 在此进程中, 所有的牵引变电所都采用了SCADA系统, SCADA系统在保证电气化铁路的安全可靠供电、提高铁路运输调度管理水平等方面起了很大的作用。

1 SCADA系统简介

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) , 即监视控制与数据采集系统的简称。SCADA系统的应用领域很广, 特别是在信息化高速发展的今天, 它广泛应用于电力、石油、化工、给水系统等领域的数据采集与监视控制。SCADA系统在电气化铁路又称远动系统。

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、远方设备图像监视以及各类故障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。SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早, 近几年随着中国铁路的迅猛发展, 也带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。SCADA系统在济南局就存在交大光芒、北京南凯、北京国控等多家厂商, 并且产品升级换代较快。

2 SCADA系统的主要功能

SCADA系统主要由现场被控端、信息传输通道、调度端组成, 设备的基本结构如图1所示。该系统是对现场的运行供电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。

在电气化铁路SCADA系统中主要对牵引供电系统中的牵引变电所、分区所、开闭所及电力配电的变配电所、电力开关站、10/0.4k V低压配电所、环网柜的设备运行状态进行监控。其主要功能分为“五遥”即遥控、遥测、遥信、遥调、遥视。

(1) 遥控:即在调度端发出指令以实现开关设备的远方操作, 如断路器、隔离开关的“合”, “分”。遥控又分为单控、程控两种情况, 但在济南局只有交大光芒的系统可以使用程控操作, 北京南凯、北京国控系统尚未设置此项功能。

(2) 遥测:遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所的远动系统调度端, 使调度员时刻掌握现场设备的运行状态。牵引供电系统的主要遥测对象有电源进线电压、电流, 主变功率27.5KV母线电压, 主变一次侧有功电度、无功电度, 馈线电压、电流, 馈线故障点参数 (故障馈线号、动作电流、阻抗值、故标等) , 电容补偿装置电流。在济南局京沪高铁远动系统中还将10KV电力配电纳入到了调度所SCADA系统, 其主要遥测对象有进线电压、电流, 有功功率、电能、功率因数, 各段母线电压, 各馈线回路电流、有功功率, 有功电能, 调压器电流、有功功率等。

(3) 遥信:遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所的远动系统调度端。遥信分为位置遥信 (开关对象的状态信号) 和非位置遥信 (除开关对象位置信号外的其他故障状态信息。如预告遥信:轻故障信号, 事故遥信:重故障即事故信号) 。

铁路供电系统涉及的主要遥信量有遥控对象位置信号, 进线有压/失压、自投投入/撤除信号, 牵引变压器的各类故障及预告信号 (含保护动作信号) , 电容补偿装置的各类故障及预告信号 (含保护动作信号) , 所用变压器的各类故障预告及信号 (含保护动作信号) , 馈线的各类故障及预告信号 (含保护动作信号) , 各开关操作机构的工作状态信号 (含控制回路断线、控制方式) , 其它一次设备的故障、预告及动作信号 (含自动装置动作、压互回路断线等) , 其它智能设备故障及预告信号 (含交、直流盘等) , 远动装置、远动通道运行状态, 安全监控信号、设备环境监控信号。

(4) 遥调:即在远动系统调度端发出指令直接对被控站的调压器、变压器抽头的级数进行调整。

(5) 遥视:遥视是将被控站设备的视频信号传送给调度端, 进行远方图像监视, 亦称视频监控系统。调度员通过视频监控系统及时掌握了解被控站的设备图像, 辅助调度员进一步实时掌握被控站的实际设备运行状态及设备环境。

3 SCADA系统的传输通道

它是连接调度端与被控端的通信介质, 用于传输远动信息, 在信道中传输的远动信息分为上行信息和下行信息。下行信息即为调度员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。上行信息即为从被控站发往调度端的信息称为上行信息 (如被控站要上送的遥测量、开关状态及事故信号等等) , 所有信道称为上行信道。

4 被控站

被控站, 也叫被控端, 它是完成SCADA系统的数据采集、预处理, 发送、接收及输出执行功能。主要包括牵引综合自动化系统, 电力变配电所综合自动化系统, 电力RTU, 接触网开关控制站和监控单元等。

5 调度端的功能

调度端调度员工作站 (通常简称调度端) 是调度人员对供电系统进行监视和控制的人机联系设备, 在调度员工作站显示器上能够实时显示供电系统图、主接线图、站场线路图、设备及线路带电状态等动态画面;显示器的画面上开关符号的颜色一般显示合闸为红色、分闸为绿色, 并且能直观显示遥测量参数;在系统的功能菜单中能够在同一曲线图上可以同时用不同的颜色来显示电流、电压多条不同的相关模拟量以进行比较。调度端的控制功能主要分为以下几种即单控, 程控, 遥控试验, 复归操作, 闭锁、解锁操作, 挂牌操作等。

a) 通过调度端完成控制的功能

调度员通过调度端可以远程对被控站的断路器、隔离开关、负荷开关进行正确控制, 对有载调压变压器分接头调节, 对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) , 对进线 (变压器) 自投、重合闸的投切, 对保护功能软压板的投切等。

b) 调度端遥信监视内容及显示处理功能

值班调度员通过调度端显示器对设备的监视, 主要分为正常运行状态监视和异常运行状态的监视。正常运行状态监视即为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、合状态均可以在调度端显示器上进行显示。其中分用绿色表示, 合用红色表示。另外, 被控站通信状态 (通常称为通道) , 调度主站设备状态也可以在显示器上进行显示。异常运行状态的监视为当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, 在显示器上将有相应故障报告信息弹出和声音报警。

c) 调度端报警信息处理

以北京南凯系统为例, 调度端系统报警时有报警故障信息, 存档, 及声音报警等;当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;出现设备事故时发出紧急故障报警, 两种报警音响可以设置不同声音加以区别, 并提供警报确认、分类、归档、息音及存储等手段。报警可分为不同优先级, 所有报警可根据不同的条件特征进行过滤提取并显示, 并且自动将报警信息存入新的警报记录中。

根据不同的设备异常情况和设备故障, 故障报警主要有以下几种情况, (1) 越限告警, 即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, 越限报警在显示器的窗口中显示文字。 (2) 变位报警, 即当系统发生异常变位时, 显示器画面中变位点闪烁, 并显示变位状态, 系统显示变位状态及变化时间、事件窗口显示文字信息、同时根据需要发出音响告警, 如故障跳闸时的断路器的变位。 (3) 事故报警, 发生事故后, 系统发出事故音响报警;报警窗口显示故障细目, 跳出事故站点名称、变位点发出醒目闪烁及变色;弹出故障报告窗口, 提示故障报告。 (4) 预告报警, 系统发出预告告警, 在实时报警窗口中推出文字信息, 仔细说明预告原;音响告警、提醒操作人员直到确认。 (5) 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;推出故障报告。

6 结束语

电气化铁路牵引供电SCADA系统的广泛应用, 大大提高了牵引供电的整体功能和管理水平。了解认识SCADA系统原理及各模块功能对供电管理人员特别是供电调度员意义重大, 它能够帮助调度员尽快使用SCADA系统和提高值班水平。

参考文献

[1]张平.我国高速铁路牵引供电SCADA系统的分析与探讨[J].铁道建筑技术, 2010.

[2]卢宏伟.浅谈牵引变电所综合自动化系统[J].电站设备自动, 2010.