對(duì)城軌交通供電SCADA系統(tǒng)構(gòu)成及功能的探討

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-925X(2012)O7-0126-01

摘要：城軌交通 SCADA系統(tǒng)是一個(gè)基于城域網(wǎng)的適應(yīng)地理上分散，面向系統(tǒng)集成應(yīng)用的實(shí)時(shí)分布式綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及通信通道三大部分組成。它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)在城軌交通中的重要應(yīng)用。城軌交通 SCADA系統(tǒng)實(shí)施對(duì)全線變電所供電設(shè)備的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集以及對(duì)接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視控制，完成供電系統(tǒng)調(diào)度、事故分析、維護(hù)、維修。

關(guān)鍵詞：SCADA；城軌交通；監(jiān)視控制

一、電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)

1、調(diào)度端數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。所謂數(shù)據(jù)庫(kù)，就是數(shù)據(jù)的匯集，它們以一定的組織形式存于存儲(chǔ)介質(zhì)上。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)不再僅僅服務(wù)于某個(gè)程序或用戶，而是看成一個(gè)單位的共享資源，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) (DBMS， Database management system) 軟件統(tǒng)一管理，從全單位著眼，合理組織數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的獨(dú)立性；通過(guò) DBMS，用戶看到的數(shù)據(jù)是其邏輯形式，操縱數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言是非過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言，從而優(yōu)化用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)請(qǐng)求；此外，DBMS 還要求有并發(fā)控制機(jī)制，訪問(wèn)控制機(jī)制、恢復(fù)功能以及完整性約束檢查等功能來(lái)保障數(shù)據(jù)一致性。

2、調(diào)度端信息收集系統(tǒng)

信息收集的任務(wù)通常由前置機(jī)來(lái)完成。信息收集系統(tǒng)的功能包括收集各被控站送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫(kù)、下發(fā)遙控指令、通道檢查、切換、時(shí)鐘同步以及記錄和統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤信息。信息收集分多級(jí)進(jìn)行。信息收集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和通信專(zhuān)業(yè)提供的通信信道接口直接相關(guān)。如果接口方式是是串行方式，則在前置機(jī)前級(jí)配置終端服務(wù)器，終端服務(wù)器在采集中的作用完全等價(jià)于串口卡，并且它的擴(kuò)展能力不受主機(jī) I/O插槽個(gè)數(shù)的限制，基本的 I/O處理不累及主機(jī)。此外，終端服務(wù)器與前置機(jī)的通信基于 TCP/IP，易于支持各種硬軟件平臺(tái)的訪問(wèn)，使得前置機(jī)硬軟件平臺(tái)的選擇不受任何限制。

3、調(diào)度端人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)

人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)功能主要包括圖形生成，畫(huà)面調(diào)用以及畫(huà)面顯示等功能。圖形生成軟件除了支持基本圖素的選擇、刪除、恢復(fù)、移動(dòng)、拷貝、變色等操作以外，還包括自擴(kuò)充圖素的建立和調(diào)用，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔δ芤詽M足用戶不同的需求。畫(huà)面調(diào)用包括大鍵盤(pán)方式，圖號(hào)調(diào)用，以及靈敏點(diǎn)調(diào)用分圖功能，以簡(jiǎn)化用戶操作。人機(jī)界面可以用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作，顯示接線圖、參數(shù)表等各種畫(huà)面，顯示畫(huà)面可進(jìn)行漫游、變焦、移動(dòng)、放大、縮小，并可在不同的層次和平面觀察不同的顯示效果。

二、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

在城軌交通系統(tǒng)中，變電站綜合自動(dòng)化單元分散設(shè)置在各個(gè)變電站中，為二層結(jié)構(gòu)，即分為站控層單元和間隔層單元(IED)。站控層單元置于變電站控制室側(cè)，集中組屏安裝；間隔層單元?jiǎng)t就地設(shè)置在中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)或其它一次設(shè)備附近。兩層設(shè)備之間用網(wǎng)絡(luò)電纜或光纜連接為整體，站控層為通信主站，間隔層為通信從站。適合于變電所的網(wǎng)絡(luò)總線包括局域網(wǎng)(LAN) 技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。站控層單元功能包括全所監(jiān)控、中央信號(hào)、智能自動(dòng)化、通信、自檢與自診斷、畫(huà)面顯示、事件記錄與報(bào)表、RTU全部功能等，是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的“大腦”。鑒于變電站本身環(huán)境惡劣，站控層單元通常采用性能好、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的工控機(jī)或 PLC單元。但由于 PLC技術(shù)由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，比較適合應(yīng)用在以順序控制為主的自動(dòng)化工程中，此外，PLC開(kāi)發(fā)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)通訊支持都有與生俱來(lái)的局限性，這也是 PLC單元逐漸淡出的原因。間隔層單元通常包括測(cè)控單元和保護(hù)裝置兩種類(lèi)型，分散布置在中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，完成一次電氣系統(tǒng)各種模擬量、開(kāi)關(guān)量和脈沖量的采集和轉(zhuǎn)換，按預(yù)定目標(biāo)與參量執(zhí)行一次設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。間隔層單元之間以及與站控層單元之間采用雙絞線或光纖連接。間隔層單元“面向?qū)ο蟆?的模塊化設(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)的布置、擴(kuò)建和故障隔離，魯棒性強(qiáng)，但是其畢竟來(lái)自不同的供應(yīng)商，其處理器性能，通信軟件、接口形式以及通訊規(guī)約的異構(gòu)性往往增加了間隔層網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，制約了站內(nèi)通信網(wǎng)的通訊效率。

三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信功能

在城軌系統(tǒng)中，由于變電站地理位置分散、分布廣，為了使站間及站與控制中心間系統(tǒng)相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)工作，一般設(shè)立專(zhuān)用的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)以完成諸如語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等各種類(lèi)型信息的交換。以功能劃分，大致可分為廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、公務(wù)電話子系統(tǒng)、專(zhuān)用電話子系統(tǒng)、列車(chē)運(yùn)行調(diào)度的專(zhuān)用通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等，該網(wǎng)絡(luò)屬?gòu)V域網(wǎng)范疇，其建設(shè)及維護(hù)由通信專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)。目前主干網(wǎng)主要包括 SDH (Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系) 和 ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步轉(zhuǎn)移模式) 兩種形式。其特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹如下：SDH技術(shù)是基于時(shí)分復(fù)用 (TDM)的傳輸技術(shù)，將帶寬分成幾個(gè)固定容量的通道傳送，支持固定接入速率；SDH中沒(méi)有虛電路交換的概念，租用的線路為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連線路，提供 1: 1 的線路保護(hù)，重路由時(shí)間在幾十毫秒內(nèi)；SDH技術(shù)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口規(guī)范，包括數(shù)字速率等級(jí)、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、光線路口、網(wǎng)絡(luò)管理等。ATM技術(shù)是基于統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的傳輸技術(shù)，虛電路的帶寬可以根據(jù)需要進(jìn)行分配，從幾百 K到 622Mbps可以靈活分配，擴(kuò)展能力強(qiáng)。同時(shí) ATM 是一種具有服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)，其服務(wù)質(zhì)量能夠控制網(wǎng)絡(luò)上傳輸流的帶寬、延時(shí)和精度水平，特別適合于圖像信息的傳輸。當(dāng) ATM 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部出現(xiàn)物理線路、交換機(jī)板卡、交換機(jī)節(jié)點(diǎn)等故障時(shí)，重路由的時(shí)間在 1-2 秒內(nèi)。SCADA 設(shè)備就是通過(guò)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的子速率接口板接入主干網(wǎng)中傳輸，從而實(shí)現(xiàn)前置網(wǎng)功能的。

基于平臺(tái)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心在于軟件平臺(tái)，如何開(kāi)發(fā)一套功能強(qiáng)大的、接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的、面向城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用模式乃是今后工作的重中之重。

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