基于控制及信息協(xié)議的計(jì)算機(jī)監(jiān)控通信軟件研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于控制及信息協(xié)議的計(jì)算機(jī)監(jiān)控通信軟件研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】在工業(yè)設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控通信軟件的需求逐漸變高。為了滿足自動(dòng)化、信息化水平的要求，其監(jiān)控通信軟件在監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)上，主要在計(jì)算機(jī)和PCL通信上進(jìn)行結(jié)合，搭建自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。為了使車間在管理過程中能夠直接被控制，對(duì)于PCL的交互設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。同時(shí)在開發(fā)過程當(dāng)中，因?yàn)楝F(xiàn)今工業(yè)設(shè)計(jì)車間，其管理的一體化主要使用的技術(shù)都是基于以太網(wǎng)，并且CIP等協(xié)議也成了當(dāng)下控制協(xié)議的主流協(xié)議。

【關(guān)鍵詞】基于;控制及信息協(xié)議;計(jì)算機(jī);監(jiān)控通信軟件

引言

相對(duì)于傳統(tǒng)變電站來說，新一代的智能變電站并非簡單孤立的電纜連接，是通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)站控層、間隔層、過程層方面的通信連接，傳統(tǒng)的微機(jī)防誤技術(shù)已無法滿足智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，智能變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)應(yīng)用而生，它將一體化防誤技術(shù)、在線式防誤技術(shù)與數(shù)字化變電站通信有機(jī)的結(jié)合，滿足了數(shù)字化變電站對(duì)防誤技術(shù)的要求。

一、監(jiān)管系統(tǒng)及適配方式分析

CIP協(xié)議作為國際上通用的工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)議，因?yàn)槠涿嫦驅(qū)ο蟮奶厥庑裕滑F(xiàn)今大部分領(lǐng)域應(yīng)用在設(shè)備和裝置之間的連接上[2]。其連接方式主要有兩種：一是I/O連接。這種連接方式自身的連接對(duì)象不一定只有一個(gè)，往往和多個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。其對(duì)消息的傳輸和反饋及時(shí)性高，并且能夠滿足很多工業(yè)車間設(shè)備，對(duì)及時(shí)性得要求。I/O連接方式的專用性很強(qiáng)，主要體現(xiàn)在其是一個(gè)輸出和多個(gè)接受使用的對(duì)象，進(jìn)行信息傳輸。二是顯示消息連接，這種方式相對(duì)于I/O連接其面向?qū)ο蟊容^單一。其中的顯示消息，因?yàn)槭茱@示消息連接通信的限制，只能夠依靠這種連接方式進(jìn)行專用性的傳輸。并且這種消息連接方式可以用來傳輸系統(tǒng)的命令指令，對(duì)某項(xiàng)行為進(jìn)行指引和執(zhí)行同時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)反饋結(jié)果。在計(jì)算機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)當(dāng)中，其主要是針對(duì)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控，并且指揮其進(jìn)行一些簡單的函數(shù)揮著命令。所以相比于I/O連接的及時(shí)性，顯示消息連接無疑更適合用來進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控通信，能夠很大程度地滿足與PCL通信之間的信息傳輸?；诳刂萍靶畔f(xié)議的計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，其開發(fā)首先需要判斷CIP通信協(xié)議是否能在Ethernet中運(yùn)轉(zhuǎn)。CIP協(xié)議主要是在數(shù)據(jù)鏈路層中存在，其中TCP/IP協(xié)議必須在為了滿足CIP適配的需求上，對(duì)CIP協(xié)議中的消息采用封裝方式處理，對(duì)其進(jìn)行分割合并，以此進(jìn)行相關(guān)配置的契合使協(xié)議適用。在封裝過程中，其所使用的函數(shù)乃至封裝方式，都需要和CIP良好的適配，否則很難正常開發(fā)

二、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互的高速互連網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)3級(jí)監(jiān)控組件之間互連互通，其設(shè)計(jì)是滿足E級(jí)監(jiān)控分系統(tǒng)高可擴(kuò)展性和高可靠性的關(guān)鍵。在高可擴(kuò)展性方面，通過機(jī)框內(nèi)CMU上的機(jī)框交換模塊設(shè)計(jì)，滿足單機(jī)框最大組裝密度下的監(jiān)控需求;通過機(jī)框間的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和2級(jí)外部交換機(jī)選型，滿足10萬結(jié)點(diǎn)規(guī)模E級(jí)系統(tǒng)的監(jiān)控需求。在高可靠性方面，通過多級(jí)雙星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)CMU的冗余熱備、SMU的冗余多活和核心交換機(jī)的冗余熱備。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分為3層，如圖2所示：第1層為核心層，由2臺(tái)多端口高速核心交換機(jī)組成，端口數(shù)和吞吐率與匯聚層交換機(jī)數(shù)量和吞吐率相匹配;第2層為匯聚層，由若干多端口千兆以太網(wǎng)交換機(jī)組成，端口數(shù)與吞吐率與接入層CMU機(jī)框交換模塊相匹配;第3層為接入層，由所有主從CMU機(jī)框交換模塊組成，端口數(shù)由機(jī)框內(nèi)功能插件數(shù)量來決定。（1）在核心層中，考慮監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的高可用性，選用的2臺(tái)多端口高速核心交換機(jī)互為冗余，可虛擬成1臺(tái)核心交換機(jī)，核心交換機(jī)與匯聚交換機(jī)之間采用雙星型拓?fù)?，避免核心交換機(jī)單點(diǎn)故障。2臺(tái)或多臺(tái)SMU連接到2臺(tái)核心交換機(jī)上，通過核心交換機(jī)的網(wǎng)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)SMU的冗余多活。（2）在匯聚層中，若干機(jī)框分為1組，每組采用1臺(tái)48端口千兆網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。組內(nèi)每個(gè)機(jī)框的主從CMU都通過1路千兆以太網(wǎng)鏈路連接到該48端口千兆交換機(jī)上，千兆交換機(jī)分別上行2路萬兆以太網(wǎng)鏈路連接到2臺(tái)高速核心交換機(jī)上。（3）在接入層中，主從CMU與各功能插件的BMU之間構(gòu)建雙星型冗余拓?fù)?，框?nèi)2個(gè)交換平面相互獨(dú)立，通過冗余切換策略，可有效避免CMU的單點(diǎn)故障，提升機(jī)框級(jí)監(jiān)控服務(wù)的可靠性。

三、查看實(shí)時(shí)報(bào)警信息和歷史報(bào)警

在主工藝界面選擇“報(bào)警信息”按鈕進(jìn)入報(bào)警信息數(shù)據(jù)庫。在沒有發(fā)生報(bào)警時(shí)，主界面上的報(bào)警燈處于灰色狀態(tài)。一旦監(jiān)測(cè)到報(bào)警信息，界面上指示燈將由灰色狀態(tài)轉(zhuǎn)化為紅色狀態(tài)。與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集柜的指示燈也會(huì)亮起并發(fā)出提示音，提醒工作人員及時(shí)處理。工作人員可以點(diǎn)擊紅色的報(bào)警信息條，查看報(bào)警的具體信息。在處理完畢后，通過點(diǎn)擊報(bào)警窗的“確認(rèn)”按鈕，可以將報(bào)警信息變?yōu)檎?，紅色的指示燈將變?yōu)榫G色，報(bào)警器的蜂鳴聲也會(huì)消失。與此同時(shí)，監(jiān)控柜上的報(bào)警指示燈也會(huì)熄滅。報(bào)警提示消失后，報(bào)警信息將自動(dòng)存儲(chǔ)在報(bào)警歷史記錄中。歷史記錄中詳細(xì)地記錄著報(bào)警參數(shù)、報(bào)警時(shí)間以及報(bào)警信息等。在主工藝圖中選擇“信息管理”按鈕打開“信息管理”菜單。包括用戶管理、設(shè)備參數(shù)、操作說明、軟件信息，通過選擇相應(yīng)的按鈕來查看各項(xiàng)內(nèi)容。另外，可以根據(jù)用戶要求增加其它信息。

四、監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)的基本原理

（1）系統(tǒng)框架組成。變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作系統(tǒng)主要是通過在線進(jìn)行系統(tǒng)判定，將變電站中相應(yīng)的閉鎖裝置（包括：斷路器、隔開開關(guān)、臨時(shí)接地線等）作為整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)，這些連接點(diǎn)都設(shè)置有閉鎖裝置并且都連接到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，其基本原理框架如圖1所示。利用系統(tǒng)中的監(jiān)控防誤模塊、I/O測(cè)控模塊等可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)操作的邏輯判定，一旦產(chǎn)生問題操作系統(tǒng)就會(huì)將該操作鎖閉，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，并且會(huì)將相關(guān)信息傳輸給集控和調(diào)度中心用于分析。（2）設(shè)備信號(hào)的采集。該系統(tǒng)可以對(duì)一次設(shè)備所有信息進(jìn)行收集，在各個(gè)位置（接地隔離開關(guān)、臨時(shí)接地點(diǎn)、設(shè)備網(wǎng)門等）都設(shè)置有計(jì)算機(jī)監(jiān)控防誤操作專門的防誤鎖。此鎖通過其所具有的動(dòng)作接點(diǎn)將鎖產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)傳遞到I/O控制模塊，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)防誤閉鎖的邏輯判定。通過不同接點(diǎn)的接入能夠確保采樣信號(hào)的可靠性，能夠避免因?yàn)檩o助接點(diǎn)沒有達(dá)到相應(yīng)位置而對(duì)邏輯判定造成的影響。

結(jié)束語：

基于控制及信息協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，主要利用的是基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的PCL和計(jì)