牵引供电监控系统.doc

精品文档牵引供电监控系统综述1牵引供电SCADA系统1.1 SCADA系统概述SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。在铁路牵引供电系统中使用的SCADA系统常称为远动系统。牵引供电系统中使用的SCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所、分区所、开闭所的设备运行状态，完成遥控、遥测、遥信、遥调、遥视、保护及调度管理，辅助完成事故分析及处理等功能。牵引供电系统中SCADA系统有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为牵引电力调度不可缺少的工具。它在保证牵引供电设备安全稳定运行，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平等方面起着重要的作用。1.2 SCADA系统的基本组成SCADA系统由监控站，被控站及信道三大部分组成，一个典型的SCADA系统结构如图1.1所示。（1）调度端：设在电力调度所内完成远动对象的监控、数据统计及管理功能等；（2）被控站：受调度端监视的站场称为被控站，被控站完成远动系统的数据采集、预处理、发送、接收及输出执行等功能；（3）信道：远动信息传输的介质（通路）称为信道，可分为有线信道及无线信道。牵引供电SCADA系统调度控制中心与牵引供电系统的变电所、开闭所，分区所中的被控站联系了起来。按我国的习惯，一侧称为调度端，另一侧称为执行端。从监控的角度看，一侧是监控端，而另一侧是被监控端。广义而言，对其他站实现远程监控的站称为监控站或主站，而受主站监控的站称为被控站或分站、子站。在被控站内完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备称为远动终端（Remote Terminal Unit，即RTU）。习惯上还把由被控站发送监控站的信息，如遥测信息、遥信信息等称为上行信息，所用的信道为上行信道。把监控站发往被控站的信息，如遥控信息、遥调信息等称为下行信息，所用的信道称为下行信道。1.3 SCADA系统的发展SCADA系统在牵引供电系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在牵引供电SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了牵引供电SCADA系统向更高的目标发展。 SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了四代。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统。这一阶段是从计算机运用到SCADA系统开始到70年代末。 第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统。在第二代中，广泛采用小型计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护、升级以及与其它联网构成很大困难。 第三代是90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术、网络技术、通信技术都汇集进SCADA系统中。 第四代是综合SCADA系统的基础条件已经具备，并在21世纪初诞生。该系统的主要特征是采用lnternet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 SCADA系统在牵引供电系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。其技术在不断完善，不断发展。当今，随着电力系统以及牵引供电系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求。概括地说，有以下几点： 1SCADA系统与其它系统的广泛集成SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源，为系统分析提供大量的实时数据；同时在模拟培训系统、EMIS系统等系统中都需要用到系统实时数据，而没有牵引供电的实时数据信息，所有其它系统就不能得到牵引供电系统设备运行状态，无法真实的进行培训；EMIS的调度指挥抢修功能也不能很好的实现。所以SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题。现在SCADA系统已经成功实现与行车调度系统、EMIS系统等的互联。牵引供电SCADA系统与EMIS系统、地理信息系统、电力、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为综合调度管理系统的一个发展方向。 2变电所综合自动化 SCADA系统被控站以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化系统目前已取代常规被控站测控RTU而成为电气化铁道牵引变电所自动化的主导产品。 3专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用 利用这些新技术模拟牵引供电系统的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出最优化的运行方式或处理故障的方法，以达到快速判定及分析处理故障的目的。 4面向对象技术、Internet技术 面向对象技术（OOT）是网络数据库设计，将面向对象技术（OOT）运用于开放式SCADA系统是今后发展趋势。2变（配）电所远程视频（安全）监控系统2.1 概述随着铁路现代化建设的发展以及铁路自动化应用的需要，铁路电力配电所以及牵引供电系统变电所、分区所、开闭所（以下简称变（配）电所）已逐步实现综合自动化和无人值班（或无人值班、有人值守），全所综合自动化和无人值守已成为发展趋势。然而，即使采用了远动系统或综合自动化系统，变电所要真正做到“无人值班”或少人值守，人们还是心有疑虑。这是因为：第一、虽然一般的远动系统或综合自动化系统具有常规的“四遥”功能，即遥信、遥控、遥测和遥调功能，但人们早已习惯于“眼见为实”，而且“四遥”的开关对象是否动作到位、变电所状态报警是“虚”报警还是“真”报警等，常规的监控系统都难以确认，这无疑给系统的安全运行留下了隐患；第二、虽然一般的远动系统或综合自动化可以通过“四遥”或“三遥”来获取变电所的各种电气参数，遥控各个电动开关，但不能监控变电所其它方面的情况，如火警、盗警的发生，变压器、开关、刀闸等重要设备的表面检查及表计监视，甚至检修人员是否走错间隔等。因此有必要在常规监控系统的基础上，为牵引变电所配置一套完整的安全监控系统，实现“第五遥”功能“遥视”。在变电所安装了远动或综合自动化系统后，再增加远程视频安全监控系统就可以满足牵引变电所无人值班的技术和装备要求。 目前，视频安全监控系统被广泛地应用于各行各业，如电信部门的无人值守通信机房的环境监测和远程操作；电力部门的变电所、机房、电厂设备管理及防入侵监控；银行系统的营业网点安保设备的管理与监控；博物馆展览馆重要地点及要害部门的安保系统等等，因此，其作用日益重要，技术也日益成熟。 远程视频安全监控系统由一个监控中心、所辖的多个被控站（前端设备）以及通信信道组成，各被控站将采集的信号通过铁路信道发送到监控中心。为了实现全程视频监控，监控中心可选配硬盘录象机，对上传的视频进行实时录像。系统监测信号主要包括摄像机输出的视频信号、各种烟感、温感、门禁、光电传感器的报警信号，控制信号包括对摄像机的控制以及对自动消防系统的控制等。通信信道是本系统的关键。与其他视频监控系统不一样，为节约通道，铁路的通信信道多为总线型及环状引入，因此，系统必须能满足各种不同的通信信道。随着通讯技术的发展以及通信资费的降低，点对点的星形通道结构将越来越多的被采用。因此，视频监控系统应能满足星型、总线型及环状引入等多种通道形式的要求。传输介质可为光纤或电缆，推荐采用光纤。变（配）电所远程视频安全监控系统，由视频（图像）监控和防灾报警系统构成，是变（配）电所安全运营的重要设备之一，它既可作为变（配）电所综合自动化系统的一个组成单元，也可作为一套完整的独立安全监控系统。2.2变（配）电所远程视频监控系统构成 视频安全监控系统分为监控中心、通道和前端三大部分。前端设备放在各需要监控的变电所（开闭所、分区亭或配电所）。前端设备主要由摄像机、智能解码器、智能控制矩阵（带报警输入）、多媒体前端监控主机、可控镜头、可控云台、各种报警探头、多画面分割器、报警音响、摄像机、防护罩等组成。根据用户要求，前端设备也可不配置当地监视和录像设备。通道主要由通信接口设备、通讯设备（如路由器、网桥、Modem、ISDN、DDN适配器等），以及通信信道组成。 控制中心主要由多媒体中心监控主机、视频服务器、通讯单元以及领导分控等组成。2.3系统各部分主要设备功能（1） 监控中心（电调中心）设备 多媒体中心监控主机：在监控中心设有一台多媒体工业控制机，用于监控人员对系统进行人机交互、控制和图像监视，并处理视频信号、图像报警、图像存储、图像检索与回放、网络管理、前端设备控制等； 彩色监视器：用于视频图像的监视； 领导分控与复示终端，除网络管理外，领导分控与复示终端具有与中心监控主机一样的功能，但其权限由中心监控主机决定领导分控与中心监控主机之间通过局域网互传信息，复示终端与中心监控主机之间可通过局域网或电话线互传信息； 视频服务器：用于系统网络的管理、视频图像及各种操作记录、报警记录的管理等，便于图像信息的网上共享。在简单系统中，往往将多媒体中心监控主机与视频服务器配置为一台计算机； 拨号服务器：用于远程拨号服务，以便通过电话线，在任何地方对调看现场图像； 通信设备（含通道接口设备）：用于中心监控主机与通信信道的接口，接收前端送来的图像等信息，下传控制命令等，并起到网络适配的功能。通信设备主要有光端机、路由器、网桥、Modem、ISDN、DDN适配器等。如视频传输采用IP网络方式：当通道媒介为光纤时，通信接口设备采用光端机，而通讯设备常采用路由器、网桥、网络交换机以及DDN适配器等，以便于与主机接口；对于双绞线或实回线，则采用Modem、ISDN适配器等低速通信接口设备。如视频传输采用硬件编解码方式：通信接口设备常采用视频解码器。 视频解码器：用于中心监控主机与通信信道的接口，接收前端送来的图像等信息，下传控制命令等，并起到网络适配的功能。（2） 前端（变电所）设备 智能解码器：其主要功能是控制云台的上、下、左、右运动，镜头的变焦、变倍、变光圈，以及户外防护罩的雨刷、加热及风扇的控制等； 多媒体前端监控主机：多媒体前端监控主机是一台具有图像采集功能的多媒体计算机，并配置有声卡和喇叭，以提供语音报警。多媒体前端监控主机负责图像信号的数字化、图像数据的压缩、存储及传输、报警信号的处理等。根据用户需求，多媒体前端监控主机也可用数字硬盘录像机DVR来替代，其功能基本一样，只不过DVR可同时对多路图像进行录像、存储，而多媒体前端监控主机一般只对一路图像进行录像、存储，但其它辅助功能更灵活。对于不需要在变（配）电所当地进行监视、录像的系统，可不配置多媒体前端监控主机，也不配置数字硬盘录像机DVR，而直接配置一台带网络接口的数字视频编码器； 视频编码器：用于前端监控主机与通信信道的接口，接收中心下传的控制命令，上送图像等信息，并起到网络适配的功能；当视频传输采用硬件编解码方式时采用； 智能控制矩阵：智能控制矩阵是本系统的核心设备，其主要作用是对各摄像机的图像信号进行切换，是信号采集设备（如摄像机、报警探头等）和前端监控主机的连接枢纽，所有摄像机的图像信号、解码器的控制信号、报警探头的报警信号以及设备联动开关的控制信号均通过智能控制矩阵连接； 报警探头： 1）各种摄像机：用于视频图像的采集。有各种类型的摄像机，如黑白彩色、带云台不带云台、户内户外、镜头固定可控等； 2）双鉴探测器：采用微波、红外两种检测方法，有效检测人员的入侵。一般装于大门、窗户和其他重要位置处： 3）激光红外对射探头：利用物体对红外光束的遮挡来检测人员的入侵，一般安装于围墙上用于检测翻越户外围墙及闯线者； 4）玻璃破碎报警探头：安装于窗户边，用于对玻璃的破碎产生报警； 5）火灾（烟雾和温度）传感器：一般布置在高压室、控制室等场所，用于火灾的预防； 6）门禁