遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)-第一章

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控技術(shù)

——電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控技術(shù)五邑大學(xué)信息工程學(xué)院賀躍幫heyuebang@QQ:5358332Tel課的主要內(nèi)容

以電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了：1.系統(tǒng)的特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)及其分類；2.系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)、功能及組成原理；3.系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信原理及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4.系統(tǒng)的信息傳輸與通信設(shè)備及有關(guān)接口

和遙測(cè)技術(shù)；5.系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)；6.系統(tǒng)的可靠性，以及微機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)

展前景?？荚嚪绞胶统煽?jī)組成方式

考試方式：閉卷考試。考試內(nèi)容：分填空、問(wèn)答、計(jì)算、設(shè)計(jì)三大類。成績(jī)組成方式：

平時(shí)成績(jī)30%，考試成績(jī)70%實(shí)驗(yàn)時(shí)間

12月3號(hào)（14周星期二下午）12月6號(hào)（14周星期五下午）實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：

恩平樓一樓軌道交通實(shí)驗(yàn)室參考資料

1.錢清泉.電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控技術(shù).北京:中國(guó)鐵道出版社,2000.2.錢清泉.電氣鐵道遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù).北京:中國(guó)鐵道出版社,1990.3.丁書(shū)文.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.4.張明光.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)及調(diào)度自動(dòng)化.北京:中國(guó)電力出版社,2010.5.柯志敏.微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)（監(jiān)控）技術(shù).北京：北京交通大學(xué)出版社，2012.第一章緒論

本章主要回答以下幾個(gè)問(wèn)題:1、遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是什么？有何作用？2、遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展怎樣？3、電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，有何特點(diǎn)？4、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本概念、基本結(jié)構(gòu)是什么？5、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)有那些？1、遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是什么？

—是調(diào)度所與各被控端（包括變電所等）之間實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙信和遙調(diào)技術(shù)的總稱

人工—自動(dòng)－無(wú)人值守電力調(diào)度中心（控制中心）電力變電所發(fā)電—輸電－配電－用電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成主站、控制端or調(diào)度端，CC包括主機(jī)、備用主機(jī)、人機(jī)接口、模擬盤、通訊裝置、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。傳輸介質(zhì)包括音頻實(shí)回線（電話線）、光纖、電力載波、無(wú)線電等。遠(yuǎn)動(dòng)通道示意圖（2）通信通道RTU主要配置有CPU、I/O（輸入/輸出）模板、通信接口單元，以及通訊機(jī)、GPS天線、電源、機(jī)箱等輔助設(shè)備。（3）被控端或遠(yuǎn)方終端單元（RTU,RemoteTerminalUnit)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)功能測(cè)量功能控制功能報(bào)警功能指示功能累加功能事件順序功能遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本功能:可分為遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信、遙視（1）遙控YK：（Romote-Control,Telecontrol）從調(diào)度端發(fā)出命令以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作和切換。如開(kāi)關(guān)的“分”、“合”、故障信號(hào)的復(fù)歸等。（2）遙調(diào)YT：(Teleadjusting)

調(diào)度端直接對(duì)被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的調(diào)整。如變壓器電壓（抽頭）等。（3）遙測(cè)YC：(Telemetering)

將被控站的某些運(yùn)行和環(huán)境參數(shù)傳送給調(diào)度端。如有功和無(wú)功功率、電度、電壓、電流等電氣參數(shù)，溫/濕度、接觸網(wǎng)故障點(diǎn)的距離等非電參數(shù)。（4）遙信YX：(Telesignal)

將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送給調(diào)度端。如開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等。（5）遙視YS：(Teleseeing，RemoteVideoMonitoring)

現(xiàn)場(chǎng)重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、重要場(chǎng)所的環(huán)境狀態(tài)等通過(guò)視頻圖像傳送到調(diào)度端。安全監(jiān)視。遙測(cè)信息：各種運(yùn)行參數(shù)，分為電量和非電量?jī)深?。遙信信息：斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等的狀態(tài)信號(hào)。遙調(diào)信息：改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令。必須進(jìn)行返送校核。無(wú)誤才能發(fā)送執(zhí)行命令。遙控信息：傳送改變運(yùn)行設(shè)備參數(shù)的命令。—遙視（一）遠(yuǎn)動(dòng)信息遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要作用提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，大大提高生產(chǎn)效率;及時(shí)采集系統(tǒng)信息，隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性;及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、及時(shí)處理故障，有效縮短故障處理時(shí)間，減少故障損失；減小了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證第一線人員的操作安全;減少不必要的人工浪費(fèi)，達(dá)到減員增效的目的;為變電站無(wú)人職守、以及智能電網(wǎng)提供必備的技術(shù)手段和裝備……2.遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展

——以電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為例廣泛使用的電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)均為微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)在20世紀(jì)30年代首先用于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)我國(guó)在20世紀(jì)50年代末才在電力系統(tǒng)中采用電氣化鐵道(簡(jiǎn)稱電鐵)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)60年代開(kāi)始研制80年代微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)的研制成功，才得到了廣泛應(yīng)用目前：牽引全部采用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，電力逐步采用2.遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展—分類第一代---布線邏輯式（繼電器式、晶體管式、集成電路的遠(yuǎn)動(dòng)裝置）特點(diǎn)：所有功能由硬件電路完成。按預(yù)定的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、使構(gòu)成裝置的各部分電路按固定的時(shí)間順序工作來(lái)完成預(yù)定的功能。第二代---軟件化的遠(yuǎn)動(dòng)裝置：功能由計(jì)算機(jī)硬件和完成指定功能的軟件（加工程序）來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)程序進(jìn)行修訂，就能夠改變系統(tǒng)的功能。第三代---基于PC機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）

——目前普遍采用片級(jí)設(shè)計(jì)：用戶根據(jù)自己的要求選用不同種類的微處理器片、存儲(chǔ)器片、輸入輸出片等聯(lián)成各自的系統(tǒng)。模塊級(jí)設(shè)計(jì)：直接采用單板機(jī)或軟硬件結(jié)合的多功能集成模塊構(gòu)成用戶系統(tǒng)。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)：直接使用具有完整的硬件和軟件結(jié)構(gòu)的微型機(jī)系統(tǒng)，適當(dāng)配置一些接口電路，構(gòu)成系統(tǒng)。從硬件設(shè)計(jì)上劃分：缺點(diǎn):1軟件之間的耦合程度高，系統(tǒng)難于擴(kuò)展、維護(hù)；2軟件依賴于硬件平臺(tái)，不能實(shí)現(xiàn)資源重用；3容錯(cuò)性差，局部故障影響整體；4系統(tǒng)開(kāi)放性差。主機(jī)A主機(jī)B切換裝置通訊設(shè)備通訊設(shè)備（1）第一/二代SCADA系統(tǒng)缺點(diǎn):

1、系統(tǒng)中客戶與服務(wù)器之間的通信協(xié)議（應(yīng)用層協(xié)議）依賴于不同的廠家，不同廠家開(kāi)發(fā)的軟件或硬件難于實(shí)現(xiàn)集成；2、服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。（2）第三代SCADA系統(tǒng)服務(wù)器客戶機(jī)客戶機(jī)人機(jī)接口通信設(shè)備外設(shè)目前正在發(fā)展的是第四代：第四代---基于信息化的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

主要特征是采用Internet技術(shù)、Agent技術(shù)、自律分布系統(tǒng)技術(shù)ADS、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、組件技術(shù)以及JAVA等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的增值集成，實(shí)現(xiàn)控制和管理過(guò)程的綜合化、智能化。具體特征：1、變（配）電所采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；

2、控制中心采用綜合調(diào)度；

3、以上新技術(shù)的采用等。（3）第四代SCADA系統(tǒng)幾種典型的遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)：（1）電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(2)配電網(wǎng)自動(dòng)化MDS:Micro-computerbasedDispatchingSystem樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)示例

監(jiān)控房屋設(shè)施的各項(xiàng)設(shè)備事務(wù)，如門警、電梯運(yùn)營(yíng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、水工、備用電力系統(tǒng)等等的自動(dòng)化管理。(3)樓宇自動(dòng)化(4)石油和天然氣等各種管道監(jiān)控管理系統(tǒng)

(5)地鐵、輕軌電力系統(tǒng),列車信息自動(dòng)采集系統(tǒng)

3電氣化鐵道微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，鐵路遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：電氣化鐵道供電系統(tǒng)，也稱為牽引供電系統(tǒng)(TractionPowerSupplySystem)，是電力系統(tǒng)的一個(gè)特殊用戶，它的特殊性決定了電氣化鐵道的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng))與電力系統(tǒng)中的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng))有共性，也有區(qū)別。它們的基本功能和作用是一樣的，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约耙恍┚唧w技術(shù)和要求又不盡相同。主要表現(xiàn)在：1、干擾：牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷——電力機(jī)車，目前大多采用整流型的交—直流傳動(dòng)。由于采用晶閘管整流，因而在整流過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生諧波成份。這些諧波，對(duì)與接觸網(wǎng)相距不遠(yuǎn)的遠(yuǎn)動(dòng)通道，有相當(dāng)嚴(yán)重的諧波干擾。因此在設(shè)計(jì)電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，必須采取強(qiáng)有效的措施來(lái)克服這種通訊干擾(包括硬件抗干擾措施和軟件抗干擾措施)。2、通訊結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)：各變電所、發(fā)電廠(站)的地理布局大多為輻射狀的分散布局，因此其相應(yīng)的電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的通道結(jié)構(gòu)也多為星型輻射狀結(jié)構(gòu)；

牽引供電系統(tǒng)：各變電所、分區(qū)亭、開(kāi)閉所則是沿鐵路線分布，其通訊線路呈相應(yīng)的分布。因此電鐵遠(yuǎn)動(dòng)通道為適應(yīng)這種特點(diǎn)，大多采用鏈型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線型結(jié)構(gòu)，有時(shí)也要包含星型結(jié)構(gòu)。對(duì)于鏈型、環(huán)型結(jié)構(gòu)，必須考慮到信號(hào)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)、實(shí)時(shí)性以及誤碼累積等問(wèn)題，這在星型結(jié)構(gòu)中是不需特別考慮的。

3、系統(tǒng)功能及容量

電力系統(tǒng)：側(cè)重的是對(duì)遙測(cè)量的采集和監(jiān)視，要求遙測(cè)數(shù)量大、采集精度高而對(duì)遙控開(kāi)關(guān)的控制數(shù)量少、操作頻率低。

牽引供電系統(tǒng)：由于每天都需要對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行停電檢修，因此對(duì)變電所開(kāi)關(guān)的操作頻繁，開(kāi)關(guān)數(shù)量多，且可靠性要求極高，以確保行車安全和檢修人員人身安全。4、通訊媒介

電力系統(tǒng)：多采用電力線載波作為遠(yuǎn)動(dòng)通道，目前發(fā)展光纖；

電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：多采用音頻實(shí)回線、載波電纜或光纖作為遠(yuǎn)動(dòng)通道，這是因?yàn)殡婅F的電力線(接觸網(wǎng))存在大量的諧波，這些諧波的存在嚴(yán)重影響到用電力線作為傳輸通道的通訊質(zhì)量，從而影響到遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。另一方面，電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的管轄范圍內(nèi)常包括多個(gè)變電所、分區(qū)亭等，電力線是分段不同相供電的。在不同相的交會(huì)處，電力線是不連通的。載波如何有效地在這些交會(huì)處傳輸，這也是一個(gè)問(wèn)題。因此，電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)都不采用電力線載波的方式。5、可靠性牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷——電力機(jī)車，是一個(gè)移動(dòng)沖擊性負(fù)荷，與電力系統(tǒng)的靜止負(fù)荷相比，電氣量變化幅度大，更容易造成牽引供電網(wǎng)故障，也要求電鐵遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地將故障信息送到控制中心進(jìn)行處理，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作控制，以縮短事故的影響時(shí)間。4微機(jī)（遠(yuǎn)動(dòng)）監(jiān)控系統(tǒng)基本概念、結(jié)構(gòu)—以微型機(jī)為主構(gòu)成、以完成常規(guī)“四遙”功能為目標(biāo)的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，即SCDAS系統(tǒng)。

由于距離較遠(yuǎn)，再加上信道的存在，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上就存在著一定的弱點(diǎn)，即易受外來(lái)的干擾，降低了命令的準(zhǔn)確性和整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。因此，需要有一系列的措施來(lái)保證系統(tǒng)的正常、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。其基本原理框圖如下：

遠(yuǎn)動(dòng)裝置控制端傳輸系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)裝置被控端循環(huán)傳輸模式CDT（CyclicDataTransmission）方式：以被控端為主，被控站的遠(yuǎn)動(dòng)信息按規(guī)約規(guī)定組成幀，再編排幀的順序，周期性地以循環(huán)方式向調(diào)度端傳送。信息傳送是周期性的，發(fā)端不顧及收端的需要，也不需收端給以回答。問(wèn)答傳輸模式Polling（查詢）方式：調(diào)度端與被控端采用一問(wèn)一答的方式進(jìn)行通訊。調(diào)度端需要主動(dòng)向被控端發(fā)送查詢報(bào)文，被控端按調(diào)度端的查詢要求發(fā)送回答報(bào)文。要保證調(diào)度端發(fā)問(wèn)后收到正確的回答，必須保證有上下行信道。遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳輸模式1:1工作方式1:N工作方式M:N工作方式遠(yuǎn)動(dòng)裝置的工作方式：常用的遠(yuǎn)動(dòng)信道專用有線信道：由遠(yuǎn)動(dòng)裝置產(chǎn)生的遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)，以直流電的幅值、極性或交流電的頻率在架空明線或?qū)Ｓ秒娎|中傳送。常作近距離傳輸。電力線載波信道：載波電話，遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)占用一個(gè)話路（音頻段）：0.3-3.4kHz。直接利用電力線作信道，無(wú)需額外投資，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。信道（通道）：信號(hào)傳輸時(shí)經(jīng)過(guò)的通道。遠(yuǎn)動(dòng)信道：傳輸遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)的通道。無(wú)線電信道：由發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、自由空間、接收天線和接收機(jī)組成。利用自由空間傳輸，不需架設(shè)通信線路，可節(jié)約大量金屬材料并減少維護(hù)工作量。微波信道；頻率300MHz－300GHz的無(wú)線電傳播信號(hào)。直線傳播，遠(yuǎn)距離時(shí)設(shè)中繼站。頻帶寬，傳輸穩(wěn)定，方向性強(qiáng)，保密性好。光纖信道：電光轉(zhuǎn)換、光信號(hào)傳播，光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。信道容量大，衰減小，不受外界電磁場(chǎng)干擾，誤碼率低。常用的傳輸方法頻分制：各種遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)是用不同頻率的信號(hào)來(lái)傳送的。這些不同頻率的信號(hào)可以在同一信道中同時(shí)傳送。為了使傳送的各種遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)互不干擾，在發(fā)送端和接收端需要設(shè)有通帶頻率濾波器（如GSM）。時(shí)分制：待傳的遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)是按規(guī)定的時(shí)間先后順序，依次在信道中逐個(gè)傳送（如以太網(wǎng)）。碼分制：是指一種擴(kuò)頻多址數(shù)字式通信技術(shù)，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來(lái)區(qū)分（如CDMA）。

5、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.可靠性的定義設(shè)備在技術(shù)要求規(guī)定的工作條件下，能保證所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)的能力。不拒動(dòng)，不誤動(dòng)。2.可靠性包括兩個(gè)方面

裝置本身的可靠性，信息傳輸?shù)目煽啃浴?.每個(gè)設(shè)備可靠性

平均故障間隔時(shí)間(MTBF)：

兩次偶然故障的平均間隔時(shí)間

要求：控制中心5000h以上，被控站10000h以上。一、可靠性

系統(tǒng)可靠性：常用系統(tǒng)可用率來(lái)表示系統(tǒng)可用率＝運(yùn)行時(shí)間/（運(yùn)行時(shí)間＋停用時(shí)間）×100％停用時(shí)間包括：故障時(shí)間、檢修時(shí)間

影響系統(tǒng)可用率因素：設(shè)備質(zhì)量、維護(hù)檢修情況、環(huán)境條件、電源供電可靠性及其備用的程