对城轨交通供电SCADA系统构成及功能的探讨

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中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O7-0126-01

摘要：城轨交通 SCADA系统是一个基于城域网的适应地理上分散，面向系统集成应用的实时分布式综合监控系统，由电力调度自动化系统、变电所综合自动化系统及通信通道三大部分组成。它是计算机网络和通讯技术在城轨交通中的重要应用。城轨交通 SCADA系统实施对全线变电所供电设备的监视控制和数据采集以及对接触网电动隔离开关设备运行状态的监视控制，完成供电系统调度、事故分析、维护、维修。

关键词：scada；城轨交通；监视控制

一、电力调度自动化系统

1、调度端数据库系统

数据库系统是远动系统的重要组成部分。所谓数据库，就是数据的汇集，它们以一定的组织形式存于存储介质上。在数据库系统中，数据不再仅仅服务于某个程序或用户，而是看成一个单位的共享资源，由数据库管理系统 (DBMS, Database management system) 软件统一管理，从全单位着眼，合理组织数据，减少数据冗余，提高数据的独立性；通过 DBMS，用户看到的数据是其逻辑形式，操纵数据库的语言是非过程数据库语言，从而优化用户对数据库的访问请求；此外，DBMS 还要求有并发控制机制，访问控制机制、恢复功能以及完整性约束检查等功能来保障数据一致性。

2、调度端信息收集系统

信息收集的任务通常由前置机来完成。信息收集系统的功能包括收集各被控站送来的实时数据、更新数据库、下发遥控指令、通道检查、切换、时钟同步以及记录和统计错误信息。信息收集分多级进行。信息收集系统的硬件构成和通信专业提供的通信信道接口直接相关。如果接口方式是是串行方式，则在前置机前级配置终端服务器，终端服务器在采集中的作用完全等价于串口卡，并且它的扩展能力不受主机 I/O插槽个数的限制，基本的 I/O处理不累及主机。此外，终端服务器与前置机的通信基于 TCP/IP，易于支持各种硬软件平台的访问，使得前置机硬软件平台的选择不受任何限制。

3、调度端人机联系系统

人机联系系统功能主要包括图形生成，画面调用以及画面显示等功能。图形生成软件除了支持基本图素的选择、删除、恢复、移动、拷贝、变色等操作以外，还包括自扩充图素的建立和调用，网络拓扑功能以满足用户不同的需求。画面调用包括大键盘方式，图号调用，以及灵敏点调用分图功能，以简化用户操作。人机界面可以用鼠标或键盘操作，显示接线图、参数表等各种画面，显示画面可进行漫游、变焦、移动、放大、缩小，并可在不同的层次和平面观察不同的显示效果。

二、变电所综合自动化系统

在城轨交通系统中，变电站综合自动化单元分散设置在各个变电站中，为二层结构，即分为站控层单元和间隔层单元(IED)。站控层单元置于变电站控制室侧，集中组屏安装；间隔层单元则就地设置在中低压开关柜内或其它一次设备附近。两层设备之间用网络电缆或光缆连接为整体，站控层为通信主站，间隔层为通信从站。适合于变电所的网络总线包括局域网(LAN) 技术和现场总线技术。站控层单元功能包括全所监控、中央信号、智能自动化、通信、自检与自诊断、画面显示、事件记录与报表、RTU全部功能等，是变电站综合自动化系统的“大脑”。鉴于变电站本身环境恶劣，站控层单元通常采用性能好、功耗低、抗干扰能力强的工控机或 PLC单元。但由于 PLC技术由继电器逻辑系统发展而来，比较适合应用在以顺序控制为主的自动化工程中，此外，PLC开发环境，网络通讯支持都有与生俱来的局限性，这也是 PLC单元逐渐淡出的原因。间隔层单元通常包括测控单元和保护装置两种类型，分散布置在中低压开关柜内，完成一次电气系统各种模拟量、开关量和脉冲量的采集和转换，按预定目标与参量执行一次设备的控制和调节。间隔层单元之间以及与站控层单元之间采用双绞线或光纤连接。间隔层单元“面向对象” 的模块化设计有利于系统的布置、扩建和故障隔离，鲁棒性强，但是其毕竟来自不同的供应商，其处理器性能，通信软件、接口形式以及通讯规约的异构性往往增加了间隔层网络的复杂程度，制约了站内通信网的通讯效率。

三、变电站综合自动化系统的通信功能

在城轨系统中，由于变电站地理位置分散、分布广，为了使站间及站与控制中心间系统相互联系，协调工作，一般设立专用的综合业务数字通信网以完成诸如语音、图像、数据等各种类型信息的交换。以功能划分，大致可分为广播系统、闭路电视系统、公务电话子系统、专用电话子系统、列车运行调度的专用通信系统以及数据通信子系统等，该网络属广域网范畴，其建设及维护由通信专业负责。目前主干网主要包括 SDH (Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系) 和 ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步转移模式) 两种形式。其特点简单介绍如下：SDH技术是基于时分复用 (TDM)的传输技术，将带宽分成几个固定容量的通道传送，支持固定接入速率；SDH中没有虚电路交换的概念，租用的线路为点对点直连线路，提供 1: 1 的线路保护，重路由时间在几十毫秒内；SDH技术具有统一的网络节点接口规范，包括数字速率等级、帧结构、复接方法、光线路口、网络管理等。ATM技术是基于统计时分复用的传输技术，虚电路的带宽可以根据需要进行分配，从几百 K到 622Mbps可以灵活分配，扩展能力强。同时 ATM 是一种具有服务质量的网络，其服务质量能够控制网络上传输流的带宽、延时和精度水平，特别适合于图像信息的传输。当 ATM 网络内部出现物理线路、交换机板卡、交换机节点等故障时，重路由的时间在 1-2 秒内。SCADA 设备就是通过数据通信子系统的子速率接口板接入主干网中传输，从而实现前置网功能的。

基于平台化的实时监控系统的核心在于软件平台，如何开发一套功能强大的、接口标准开放的、面向城市轨道交通综合监控系统的应用模式乃是今后工作的重中之重。

参考文献:

[1]刘家军.微机远动技术[M].中国水利水电出版社.2009 37-50.

[2]高鸣燕.城市轨道交通电力监控控制中心系统设计研究[J]. 2010: 51-55