集控站自动化监控系统构造模式的分析与设计

1、第卷第期年月北华大学学报（自然科学版）（）文章编号：（）集控站自动化监控系统构造模式的分析与设计宫慧颖（北华大学信息技术学院，吉林吉林）摘要：在分析集控站自身特点、功能要求及性能要求的基础上，对当前国内集控站自动化监控系统的构造模式进行了探讨，提出选用性能稳定、高度可靠的实时分布嵌入式操作系统作为前置机系统的运行平台，以彻底解决操作系统的稳定性问题关键词：集控站；自动化；操作系统中图分类号：文献标志码：（，）：，：；随着电力系统自动化的快速发展，变电站已经逐渐进入了无人值守、远程监控的自动化监控阶段，在集控站对下属变电站进行管理是被国际上普遍采用的一种先进管理模式集控站自动化监控系统是一种基于

2、计算机网络技术的数据采集和控制系统，在电网中作为整体调度自动化系统的中间层次，具有承上启下的作用常规的做法是在集控站（也称监控中心）建立一套自动化系统，监控人员凭借该系统实现对本集控站所管辖的无人值班变电站的运行进行监视和控制旧本次研究主要是在分析现有集控站自身特点、功能及性能要求的基础上，对当前国内集控站自动化监控系统的构造模式进行分析，提出选用性能稳定、高度可靠的实时分布嵌入式操作系统作为前置机系统的运行平台，以彻底解决操作系统的稳定性问题集控站自动化监控系统的构成与电力系统统一调度、分层管理的体制相适应，集控站系统也是一个分层系统，主要由现场控制级的现场远程终端单元（）、通信处理级通信网

3、络（传输通道）和集中管理操作级的主站计算机大部分构成收稿日期：作者简介：宫慧颖（一），女，副教授，硕士研究生，主要从事软件自动化研究！兰！堡盔堂堂堡！皂签型兰堕！篁！鲞在无人值守的变电站中，通过与集控站间进行数据交换主控模块负责采集本变电站的全部检测数据，并进行相应处理，再通过，转发模块，以模拟信号通过电话专线传送给集控站多个变电站的均通过电话专线连接到集控站，集控站设池，可以同时接受多路电话线，进行数模转换后，将每个变电站的数字信号以串行方式传送给集控站监控系统的主站计算机主站计算机系统由多台联网的计算机组成，但只有台与远方数据源即链接，称为前置机，其他计算机共享前置机采集来的数据，称为上位

4、机前置机负责采集现场数据或进行远方操作以及将数据上传给上级调度自动化系统它与直接打交道，所以前置机运行的安全性、稳定性直接影响到整个系统的性能上位机主要完成人机接口，一般以各种图形、报表方式将现场的数据反应给用户，用户可直接在图形上进行操作，完成对远方变电站的遥控、遥调等另外，上位机要形成各种用户报表传送给上级调度，并实时记录各种历史数据以便用户查询圳集控站自动化监控系统的性能要求在变电站无人值班、集控站集中监控的模式下，集控站自动化监控系统应该能够准确、实时、有效地反映各个受控无人值班变电站的运行情况，并且有效地对操作进行合理性检查，实现防误闭锁功能从集控站所实现的功能来看，集控站自动化监控

5、系统应满足以下性能要求：可靠性由于无人值班，集控站监控系统成了对子站运行状态进行监控的唯一手段，其稳定性和可靠性极其重要整个系统的硬件和软件必须能够安全稳定、不间断地正常工作，当某种意外事故发生时，要尽量保证系统还能进行正常的工作实用性集控站系统应提供简单、方便、友好、实用的人机操作界面，要求常用操作功能简洁完备，界面表现形式灵活，便于识别操作实时性集控站系统是一个对实时生要求较高的自动化系统，在监测系统中，被控数据到达监控系统的时间要尽可能短，系统必须在规定的时间内采集到现场发生的数据变化，必须在规定的时间内对遥控量和遥调量进行操作，否则会影响整个系统的事故反应时间和操作反应时间安全性由于集

6、控站监视多个子站的运行情况，相对于传统的有人值班变电站操作人员不太熟悉现场，系统相对于单个有人值班的常规站信息量更大，情况更加复杂，这就增加了运行值班人员的工作复杂度，更容易发生误操作，所以集控站的安全性防误尤为重要开放性系统应采用通用的、主流的计算机软硬件及通讯协议等，以便将来可简单地实现系统升级和功能扩充。系统构造模式硬件系统规划通过需求分析了解到用户最需要的是整个系统运行的稳定性、安全性，其次才是人机界面的友好为了使系统在出现各种问题时尽可能地进行正常工作，系统必须实现功能冗余所以，根据系统的功能和性能要求，将系统设计成如图所示的双前置、双网、多上位机的多机热备用系统，要求至少提供两套互

7、为热备用的前置机和上位机为防止网络故障，局域网要使用互为备用的双网相关软硬件系统必须能自行查看系统状态，按要求进行实时切换，以保证系统的连续不间断运行软件系统规划根据硬件系统结构的界定，前置机软件和上位机软件在功能要求上有较大的不同对于前置机来说，主要完成数据通讯、数据处理、数据上传至上位机等功能，要求前置机既能及时地完成以上功能，又能安全稳定，长时间、不问断地运行，它的运行安全直接关系整个系统的安全与稳定上位机主要接受来自于前置第期宫慧颖：集控站自动化监控系统构造模式的分析与设计机处理完毕的数据，以各种特定方式显示给用户，同时记录历史数据供用户查询，用户也能通过上位机的操作命令，使前置机将相

8、应的指令传送给相应子站执行前置机主要进行数据操作，上位机主要完成数据显示与存储，故软件系统划分为相应的两个部分：前置机软件系统和上位机软件系统 图硬件系统体系结构软件系统运行及开发平台的选用基于的上位机软件系统国内企业开发的集控站系统基本上都运行在系列操作系统上操作系统拥有其他操作系统无法比拟的优越性，运行在其上的开发平台众多，开发资料非常齐全，图形界面非常友好，并且有许多可借鉴的程序，用户可以使用非常成熟的商用数据库系统这些优点使得在操作系统下开发应用程序的时间比较短，成功率也比较高基于以上优点，选择作为上位机的运行平台，开发工具可以选用，上位机数据库系统的开发工具可以选用基于的前置机软件系

9、统目前，大多数厂家使用或作为整个系统的运行平台，但实际经验显示，由于操作系统是为桌面计算机设计的，经过长时间的运行，会发生一些不可预料的问题，造成系统运行一段时间后死机，给程序调试带来很大难度，也给需要系统长时间稳定运行的工业现场带来很大的安全隐患现在市场上也出现了运行于平台的集控站监控系统众所周知，操作系统为开源系统，适合作为个人或网络服务器，但对系统安全性、稳定性要求极高的工业现场，当发生一些不可预料的问题时，无法得到技术支持和解决，同样也存在安全隐患另外，还有实时操作系统，是电信业各种设备常用的操作系统，但其价格高达几十万元，而且其图形界面也比较差根据以上问题，考虑到前置机系统对实时性、

10、稳定性要求很高，但规模不大，如果采用实时分布嵌入式操作系统，则可使监控系统具有高度稳定性，从而解决目前国内此类系统中最具挑战性的一个问题操作系统是加拿大软件系统有限公司的产品，它是建立在微内核和完全地址空间保护基础之上的嵌入式实时微内核操作系统，具有实时、稳定、可靠、强壮、模块程度高、裁剪自如、易于扩展的北华大学学报（自然科学版）第卷特点独特的微内核和消息传递结构为运行和开发期间提供了丰富的优点：）更多的功能更少的存储、完全可伸缩性的微内核结构是它区别于其他操作系统的显著特点哺是唯一可以将实时环境外加一个完全的窗口系统安装在以下闪储或只读存储器上的操作系统，且作为真正的微内核，具有完全的可伸缩

11、性，可以在很宽广的领域（从消费电子产品到工业控制系统）使用它）高性能以消息传递作为所有操作系统服务的基础，使上、下文切换时间很严格在保持全部真正微内核设计固有优点的同时，比传统内核结构能更迅速地发布系统服务因此，开发者使用可以开发出优于昂贵的高档系统性能的低成本的产品）健壮和可靠性在中，设备驱动程序运行在用户空间，拥有指定的系统权限驱动程序不能在其地址空间外面写任何区域，因此内核缺陷非常少，同时，也支持软件看门狗通知）到桌面的无缝连接超越了和其他传统的连接标准，可以提供无缝的图形连接到，和这样的做法可使操作员能相互作用和控制而无需离开桌面，开发者也可以在熟悉的桌面环境下创建应用由于操作系统的以

12、上特点，并且能用在其上开发面向对象的、实时的、可嵌人式的应用程序操作系统还提供友好的图形界面与相应的图形应用程序的开发工具，价格相对也比较合理，所以选用作为前置机系统的运行与开发平台基于通讯协议的异构平台之间的数据交换由于前置机与上位机采用了异构操作系统，所以只能使用协议以点对点的通讯方式完成这两个子系统之间的通讯，这也使得两个子系统的耦合性很低，可以进行并行开发，以缩短整个系统的开发时间结语近些年，集控站运行模式得到了广泛的运用，集控站自动化监控系统也有着很大的发展前景，而前置机系统的重要性也得到广泛的关注本前置机软件系统具有高稳定性、高安全性，用户界面良好、嵌人性等特性参考文献：柯小琳集控

13、站自动化系统研究山东电力技术，（）：陈银胜集控站自动化系统建设及应用电力建设，（）：马龙对集控站自动化模式的探讨宁夏电力，（）：李雅男，田大鹏浅谈集控站监控系统的构成青海电力，（）：布和，郭丽集控变电站系统建设与设计内蒙古电力技术，（增）：陈曦鸣集控站自动化系统在繁南变电站的应用设计与实施合肥：合肥工业大学，惠孛嵌入式实时操作系统在无线抄表系统中的研究和应用成都：电子科技大学，毛佳嵌入式实时系统中关键技术的研究长春：吉林大学，【责任编辑：郭伟】 集控站自动化监控系统构造模式的分析与设计作者：宫慧颖， GONG Hui-ying作者单位：北华大学信息技术学院,吉林,吉林,132013刊名：北华大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE年，卷(期：2011,12(1参考文献(8条1. 毛佳 嵌入式实时系统中关键技术的研究 20042. 马龙 对集控站自动化模式的探讨 2004(033. 惠孛 嵌入式实时操作系