集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構造模式的分析與設計

1、第卷第期年月北華大學學報（自然科學版）（）文章編號：（）集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構造模式的分析與設計宮慧穎（北華大學信息技術學院，吉林吉林）摘要：在分析集控站自身特點、功能要求及性能要求的基礎上，對當前國內集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構造模式進行了探討，提出選用性能穩(wěn)定、高度可靠的實時分布嵌入式操作系統(tǒng)作為前置機系統(tǒng)的運行平臺，以徹底解決操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題關鍵詞：集控站；自動化；操作系統(tǒng)中圖分類號：文獻標志碼：（，）：，：；隨著電力系統(tǒng)自動化的快速發(fā)展，變電站已經逐漸進入了無人值守、遠程監(jiān)控的自動化監(jiān)控階段，在集控站對下屬變電站進行管理是被國際上普遍采用的一種先進管理模式集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于

2、計算機網絡技術的數據采集和控制系統(tǒng)，在電網中作為整體調度自動化系統(tǒng)的中間層次，具有承上啟下的作用常規(guī)的做法是在集控站（也稱監(jiān)控中心）建立一套自動化系統(tǒng)，監(jiān)控人員憑借該系統(tǒng)實現(xiàn)對本集控站所管轄的無人值班變電站的運行進行監(jiān)視和控制舊本次研究主要是在分析現(xiàn)有集控站自身特點、功能及性能要求的基礎上，對當前國內集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構造模式進行分析，提出選用性能穩(wěn)定、高度可靠的實時分布嵌入式操作系統(tǒng)作為前置機系統(tǒng)的運行平臺，以徹底解決操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構成與電力系統(tǒng)統(tǒng)一調度、分層管理的體制相適應，集控站系統(tǒng)也是一個分層系統(tǒng)，主要由現(xiàn)場控制級的現(xiàn)場遠程終端單元（）、通信處理級通信網

3、絡（傳輸通道）和集中管理操作級的主站計算機大部分構成收稿日期：作者簡介：宮慧穎（一），女，副教授，碩士研究生，主要從事軟件自動化研究！蘭！堡盔堂堂堡！皂簽型蘭墮！篁！鲞在無人值守的變電站中，通過與集控站間進行數據交換主控模塊負責采集本變電站的全部檢測數據，并進行相應處理，再通過，轉發(fā)模塊，以模擬信號通過電話專線傳送給集控站多個變電站的均通過電話專線連接到集控站，集控站設池，可以同時接受多路電話線，進行數模轉換后，將每個變電站的數字信號以串行方式傳送給集控站監(jiān)控系統(tǒng)的主站計算機主站計算機系統(tǒng)由多臺聯(lián)網的計算機組成，但只有臺與遠方數據源即鏈接，稱為前置機，其他計算機共享前置機采集來的數據，稱為上位

4、機前置機負責采集現(xiàn)場數據或進行遠方操作以及將數據上傳給上級調度自動化系統(tǒng)它與直接打交道，所以前置機運行的安全性、穩(wěn)定性直接影響到整個系統(tǒng)的性能上位機主要完成人機接口，一般以各種圖形、報表方式將現(xiàn)場的數據反應給用戶，用戶可直接在圖形上進行操作，完成對遠方變電站的遙控、遙調等另外，上位機要形成各種用戶報表傳送給上級調度，并實時記錄各種歷史數據以便用戶查詢圳集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求在變電站無人值班、集控站集中監(jiān)控的模式下，集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)應該能夠準確、實時、有效地反映各個受控無人值班變電站的運行情況，并且有效地對操作進行合理性檢查，實現(xiàn)防誤閉鎖功能從集控站所實現(xiàn)的功能來看，集控站自動化監(jiān)控

5、系統(tǒng)應滿足以下性能要求：可靠性由于無人值班，集控站監(jiān)控系統(tǒng)成了對子站運行狀態(tài)進行監(jiān)控的唯一手段，其穩(wěn)定性和可靠性極其重要整個系統(tǒng)的硬件和軟件必須能夠安全穩(wěn)定、不間斷地正常工作，當某種意外事故發(fā)生時，要盡量保證系統(tǒng)還能進行正常的工作實用性集控站系統(tǒng)應提供簡單、方便、友好、實用的人機操作界面，要求常用操作功能簡潔完備，界面表現(xiàn)形式靈活，便于識別操作實時性集控站系統(tǒng)是一個對實時生要求較高的自動化系統(tǒng)，在監(jiān)測系統(tǒng)中，被控數據到達監(jiān)控系統(tǒng)的時間要盡可能短，系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內采集到現(xiàn)場發(fā)生的數據變化，必須在規(guī)定的時間內對遙控量和遙調量進行操作，否則會影響整個系統(tǒng)的事故反應時間和操作反應時間安全性由于集

6、控站監(jiān)視多個子站的運行情況，相對于傳統(tǒng)的有人值班變電站操作人員不太熟悉現(xiàn)場，系統(tǒng)相對于單個有人值班的常規(guī)站信息量更大，情況更加復雜，這就增加了運行值班人員的工作復雜度，更容易發(fā)生誤操作，所以集控站的安全性防誤尤為重要開放性系統(tǒng)應采用通用的、主流的計算機軟硬件及通訊協(xié)議等，以便將來可簡單地實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴充。系統(tǒng)構造模式硬件系統(tǒng)規(guī)劃通過需求分析了解到用戶最需要的是整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性，其次才是人機界面的友好為了使系統(tǒng)在出現(xiàn)各種問題時盡可能地進行正常工作，系統(tǒng)必須實現(xiàn)功能冗余所以，根據系統(tǒng)的功能和性能要求，將系統(tǒng)設計成如圖所示的雙前置、雙網、多上位機的多機熱備用系統(tǒng)，要求至少提供兩套互

7、為熱備用的前置機和上位機為防止網絡故障，局域網要使用互為備用的雙網相關軟硬件系統(tǒng)必須能自行查看系統(tǒng)狀態(tài)，按要求進行實時切換，以保證系統(tǒng)的連續(xù)不間斷運行軟件系統(tǒng)規(guī)劃根據硬件系統(tǒng)結構的界定，前置機軟件和上位機軟件在功能要求上有較大的不同對于前置機來說，主要完成數據通訊、數據處理、數據上傳至上位機等功能，要求前置機既能及時地完成以上功能，又能安全穩(wěn)定，長時間、不問斷地運行，它的運行安全直接關系整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定上位機主要接受來自于前置第期宮慧穎：集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構造模式的分析與設計機處理完畢的數據，以各種特定方式顯示給用戶，同時記錄歷史數據供用戶查詢，用戶也能通過上位機的操作命令，使前置機將相

8、應的指令傳送給相應子站執(zhí)行前置機主要進行數據操作，上位機主要完成數據顯示與存儲，故軟件系統(tǒng)劃分為相應的兩個部分：前置機軟件系統(tǒng)和上位機軟件系統(tǒng) 圖硬件系統(tǒng)體系結構軟件系統(tǒng)運行及開發(fā)平臺的選用基于的上位機軟件系統(tǒng)國內企業(yè)開發(fā)的集控站系統(tǒng)基本上都運行在系列操作系統(tǒng)上操作系統(tǒng)擁有其他操作系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性，運行在其上的開發(fā)平臺眾多，開發(fā)資料非常齊全，圖形界面非常友好，并且有許多可借鑒的程序，用戶可以使用非常成熟的商用數據庫系統(tǒng)這些優(yōu)點使得在操作系統(tǒng)下開發(fā)應用程序的時間比較短，成功率也比較高基于以上優(yōu)點，選擇作為上位機的運行平臺，開發(fā)工具可以選用，上位機數據庫系統(tǒng)的開發(fā)工具可以選用基于的前置機軟件系

9、統(tǒng)目前，大多數廠家使用或作為整個系統(tǒng)的運行平臺，但實際經驗顯示，由于操作系統(tǒng)是為桌面計算機設計的，經過長時間的運行，會發(fā)生一些不可預料的問題，造成系統(tǒng)運行一段時間后死機，給程序調試帶來很大難度，也給需要系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行的工業(yè)現(xiàn)場帶來很大的安全隱患現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了運行于平臺的集控站監(jiān)控系統(tǒng)眾所周知，操作系統(tǒng)為開源系統(tǒng)，適合作為個人或網絡服務器，但對系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性要求極高的工業(yè)現(xiàn)場，當發(fā)生一些不可預料的問題時，無法得到技術支持和解決，同樣也存在安全隱患另外，還有實時操作系統(tǒng)，是電信業(yè)各種設備常用的操作系統(tǒng)，但其價格高達幾十萬元，而且其圖形界面也比較差根據以上問題，考慮到前置機系統(tǒng)對實時性、

10、穩(wěn)定性要求很高，但規(guī)模不大，如果采用實時分布嵌入式操作系統(tǒng)，則可使監(jiān)控系統(tǒng)具有高度穩(wěn)定性，從而解決目前國內此類系統(tǒng)中最具挑戰(zhàn)性的一個問題操作系統(tǒng)是加拿大軟件系統(tǒng)有限公司的產品，它是建立在微內核和完全地址空間保護基礎之上的嵌入式實時微內核操作系統(tǒng)，具有實時、穩(wěn)定、可靠、強壯、模塊程度高、裁剪自如、易于擴展的北華大學學報（自然科學版）第卷特點獨特的微內核和消息傳遞結構為運行和開發(fā)期間提供了豐富的優(yōu)點：）更多的功能更少的存儲、完全可伸縮性的微內核結構是它區(qū)別于其他操作系統(tǒng)的顯著特點哺是唯一可以將實時環(huán)境外加一個完全的窗口系統(tǒng)安裝在以下閃儲或只讀存儲器上的操作系統(tǒng)，且作為真正的微內核，具有完全的可伸縮

11、性，可以在很寬廣的領域（從消費電子產品到工業(yè)控制系統(tǒng)）使用它）高性能以消息傳遞作為所有操作系統(tǒng)服務的基礎，使上、下文切換時間很嚴格在保持全部真正微內核設計固有優(yōu)點的同時，比傳統(tǒng)內核結構能更迅速地發(fā)布系統(tǒng)服務因此，開發(fā)者使用可以開發(fā)出優(yōu)于昂貴的高檔系統(tǒng)性能的低成本的產品）健壯和可靠性在中，設備驅動程序運行在用戶空間，擁有指定的系統(tǒng)權限驅動程序不能在其地址空間外面寫任何區(qū)域，因此內核缺陷非常少，同時，也支持軟件看門狗通知）到桌面的無縫連接超越了和其他傳統(tǒng)的連接標準，可以提供無縫的圖形連接到，和這樣的做法可使操作員能相互作用和控制而無需離開桌面，開發(fā)者也可以在熟悉的桌面環(huán)境下創(chuàng)建應用由于操作系統(tǒng)的以

12、上特點，并且能用在其上開發(fā)面向對象的、實時的、可嵌人式的應用程序操作系統(tǒng)還提供友好的圖形界面與相應的圖形應用程序的開發(fā)工具，價格相對也比較合理，所以選用作為前置機系統(tǒng)的運行與開發(fā)平臺基于通訊協(xié)議的異構平臺之間的數據交換由于前置機與上位機采用了異構操作系統(tǒng)，所以只能使用協(xié)議以點對點的通訊方式完成這兩個子系統(tǒng)之間的通訊，這也使得兩個子系統(tǒng)的耦合性很低，可以進行并行開發(fā)，以縮短整個系統(tǒng)的開發(fā)時間結語近些年，集控站運行模式得到了廣泛的運用，集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)也有著很大的發(fā)展前景，而前置機系統(tǒng)的重要性也得到廣泛的關注本前置機軟件系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性、高安全性，用戶界面良好、嵌人性等特性參考文獻：柯小琳集控

13、站自動化系統(tǒng)研究山東電力技術，（）：陳銀勝集控站自動化系統(tǒng)建設及應用電力建設，（）：馬龍對集控站自動化模式的探討寧夏電力，（）：李雅男，田大鵬淺談集控站監(jiān)控系統(tǒng)的構成青海電力，（）：布和，郭麗集控變電站系統(tǒng)建設與設計內蒙古電力技術，（增）：陳曦鳴集控站自動化系統(tǒng)在繁南變電站的應用設計與實施合肥：合肥工業(yè)大學，惠孛嵌入式實時操作系統(tǒng)在無線抄表系統(tǒng)中的研究和應用成都：電子科技大學，毛佳嵌入式實時系統(tǒng)中關鍵技術的研究長春：吉林大學，【責任編輯：郭偉】 集控站自動化監(jiān)控系統(tǒng)構造模式的分析與設計作者：宮慧穎， GONG Hui-ying作者單位：北華大學信息技術學院,吉林,吉林,132013刊名：北華大學學報（自然科學版）英文刊名：JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE年，卷(期：2011,12(1參考文獻(8條1. 毛佳 嵌入式實時系統(tǒng)中關鍵技術的研究 20042. 馬龍 對集控站自動化模式的探討 2004(033. 惠孛 嵌入式實時操作系