远动监控系统-第一章

1、远动监控技术远动监控技术电气化铁道微机监控技术电气化铁道微机监控技术五邑大学信息工程学院五邑大学信息工程学院贺跃帮贺跃帮QQ:5358332QQ:5358332Telel气化铁道微机监控技术本课的主要内容 以电气化铁道微机监控系统为例，介绍了： 1.系统的特点、基本结构及其分类； 2.系统的主要性能指标、功能及组成原理； 3.系统的数据通信原理及网络结构； 4.系统的信息传输与通信设备及有关接口 和遥测技术； 5.系统的软件开发技术； 6.系统的可靠性，以及微机监控技术的发 展前景。电气化铁道微机监控技术考试方式和成绩组成方式 考试方式考试方

2、式：闭卷考试。考试内容考试内容：分填空、问答、计算、设计三大类。成绩组成方式成绩组成方式： 平时成绩30%，考试成绩70%电气化铁道微机监控技术实验时间 12月3号（14周星期二下午）12月6号（14周星期五下午）实验地点： 恩平楼一楼轨道交通实验室电气化铁道微机监控技术参考资料 1.钱清泉.电气化铁道微机监控技术.北京:中国铁道出版社,2000.2.钱清泉.电气铁道远动技术.北京:中国铁道出版社,1990.3.丁书文.电力系统远动原理及应用. 北京:化学工业出版社，2009.4.张明光.电力系统远动及调度自动化.北京:中国电力出版社,2010.5.柯志敏. 微机远动（监控）技术. 北京：北京

3、交通大学出版社，2012. 电气化铁道微机监控技术第一章 绪论 本章主要回答以下几个问题:1、远动技术是什么？有何作用？2、远动技术的发展怎样？3、电气化铁道远动监控系统与电力系统的远动监控系统相比，有何特点？4、微机监控系统基本概念、基本结构是什么？5、微机监控系统的性能指标有那些？电气化铁道微机监控技术1 1、远动技术是什么？、远动技术是什么？ 是调度所与各被控端（包括变电所等）之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称 人工自动无人值守电力调度中心（控制中心） 电力变电所发电输电配电用电电气化铁道微机监控技术远远动系统的基本构成动系统的基本构成包括主机、备用主机、人机接口、模拟盘、通讯装置

4、、网络等设备。电气化铁道微机监控技术传输介质包括音频实回线（电话线）、光纤、电力载波、无线电等。（2）通信通道电气化铁道微机监控技术 RTU主要配置有CPU、I/O（输入/输出）模板、通信接口单元，以及通讯机、GPS天线、电源、机箱等辅助设备 。（3）被控端或远方终端单元（RTU, Remote Terminal Unit)电气化铁道微机监控技术远动系统的基本功能:可分为遥控、遥调、遥测、遥信、遥视电气化铁道微机监控技术（1 1）遥控）遥控YKYK：（Romote-Control, TelecontrolRomote-Control, Telecontrol） 从调度端发出命令以实现远方操作和

5、切换。如开从调度端发出命令以实现远方操作和切换。如开关的关的“分分”、“合合”、故障信号的复归等。、故障信号的复归等。（2 2）遥调）遥调 YTYT：(Teleadjusting)(Teleadjusting) 调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整。如变压器电压（抽头）等。数的调整。如变压器电压（抽头）等。（3 3）遥测）遥测 YCYC：(Telemetering)(Telemetering) 将被控站的某些运行和环境参数传送给调度端。将被控站的某些运行和环境参数传送给调度端。如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数，如有功和无功功率、电

6、度、电压、电流等电气参数，温温/ /湿度、接触网故障点的距离等非电参数。湿度、接触网故障点的距离等非电参数。（4 4）遥信）遥信 YXYX：(Telesignal)(Telesignal) 将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端。将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端。如开关位置信号、报警信号等。如开关位置信号、报警信号等。电气化铁道微机监控技术（5 5）遥视）遥视 YSYS：(Teleseeing(Teleseeing，Remote Video Remote Video Monitoring)Monitoring) 现场重要设备的运行状态、重要场所的环境状现场重要设备的运行状态、重要场所

7、的环境状态等通过视频图像传送到调度端。安全监视。态等通过视频图像传送到调度端。安全监视。遥测信息遥测信息：各种运行参数，分为电量和非电量两类。：各种运行参数，分为电量和非电量两类。遥信信息遥信信息：断路器、隔离开关等的状态信号。：断路器、隔离开关等的状态信号。遥调信息遥调信息：改变运行设备状态的命令。必须进行返：改变运行设备状态的命令。必须进行返送校核。无误才能发送执行命令。送校核。无误才能发送执行命令。遥控信息遥控信息：传送改变运行设备参数的命令。：传送改变运行设备参数的命令。遥视遥视（一）远动信息（一）远动信息电气化铁道微机监控技术远动系统的主要作用远动系统的主要作用 提高系统的自动化水平

8、，大大提高提高系统的自动化水平，大大提高生产效率生产效率; ; 及时采集系统信息，随时掌握系统运行状态，提高了及时采集系统信息，随时掌握系统运行状态，提高了系统运行的系统运行的安全性安全性和和可靠性可靠性; ; 及时发现故障、及时处理故障，有效缩短故障处理时及时发现故障、及时处理故障，有效缩短故障处理时间，减少故障损失；间，减少故障损失； 减小了操作人员的劳动强度，保证第一线减小了操作人员的劳动强度，保证第一线人员的操作人员的操作安全安全; ; 减少不必要的人工浪费，达到减员增效的目的减少不必要的人工浪费，达到减员增效的目的; ; 为变电站无人职守、以及智能电网提供必备的技术手为变电站无人职守

9、、以及智能电网提供必备的技术手段和装备段和装备电气化铁道微机监控技术2.2.远动技术的发展远动技术的发展 以电气化铁道远动系统为例以电气化铁道远动系统为例广泛使用的电铁远动系统均为微机远动系统广泛使用的电铁远动系统均为微机远动系统远动技术在远动技术在2020世纪世纪3030年代首先用于铁路运输系统年代首先用于铁路运输系统我国在我国在2020世纪世纪5050年代末才在电力系统中采用年代末才在电力系统中采用电气化铁道电气化铁道( (简称电铁简称电铁) )远动系统在我国远动系统在我国6060年代开年代开始研制始研制8080年代微机远动的研制成功，才得到了广泛应用年代微机远动的研制成功，才得到了广泛应

10、用目前：牵引全部采用远动系统，电力逐步采用目前：牵引全部采用远动系统，电力逐步采用电气化铁道微机监控技术2.2.远动技术的发展远动技术的发展分类分类第一代第一代-布线逻辑式（继电器式、晶体管式、集成布线逻辑式（继电器式、晶体管式、集成电路的远动装置）电路的远动装置） 特点特点：所有功能由：所有功能由硬件硬件电路完成。按预定的要电路完成。按预定的要求进行设计、使构成装置的各部分电路按固定的时求进行设计、使构成装置的各部分电路按固定的时间顺序工作来完成预定的功能。间顺序工作来完成预定的功能。第二代第二代-软件化的远动装置：功能由软件化的远动装置：功能由计算机硬件计算机硬件和和完成指定功能的完成指定

11、功能的软件软件（加工程序）来实现，对程序（加工程序）来实现，对程序进行修订，就能够改变系统的功能。进行修订，就能够改变系统的功能。第三代第三代-基于基于PCPC机机和和网络技术网络技术的远动系统（客户的远动系统（客户/ /服务器结构）服务器结构） 目前普遍采用目前普遍采用电气化铁道微机监控技术片级设计片级设计：用户根据自己的要求选用不同种类的微：用户根据自己的要求选用不同种类的微处理器片、存储器片、输入输出片等联成各自的系处理器片、存储器片、输入输出片等联成各自的系统。统。模块级设计模块级设计：直接采用单板机或软硬件结合的多功：直接采用单板机或软硬件结合的多功能集成模块构成用户系统。能集成模块

12、构成用户系统。系统级设计系统级设计：直接使用具有完整的硬件和软件结构：直接使用具有完整的硬件和软件结构的微型机系统，适当配置一些接口电路，构成系统的微型机系统，适当配置一些接口电路，构成系统。从从硬件设计硬件设计上划分上划分：电气化铁道微机监控技术缺点缺点: :1 1 软件之间的耦合程度高，软件之间的耦合程度高，系统难于扩展、维护；系统难于扩展、维护；2 2 软件依赖于硬件平台，不软件依赖于硬件平台，不能实现资源重用；能实现资源重用；3 3 容错性差，局部故障影响容错性差，局部故障影响整体；整体；4 4 系统开放性差系统开放性差主机 A主机 B切换装置通讯设备通讯设备（1 1） 第一第一/ /

13、二代二代 SCADASCADA系统系统电气化铁道微机监控技术缺点缺点: : 1 1、系统中客户与服务器之间的通信协议（应用层协议）、系统中客户与服务器之间的通信协议（应用层协议）依赖于不同的厂家，不同厂家开发的软件或硬件难于实依赖于不同的厂家，不同厂家开发的软件或硬件难于实现集成；现集成；2 2、服务器是整个系统的瓶颈。、服务器是整个系统的瓶颈。（2） 第三代 SCADA系统客户机客户机人机接口通信设备外 设电气化铁道微机监控技术目前正在发展的是第四代：目前正在发展的是第四代： 第四代第四代-基于信息化的远动系统基于信息化的远动系统 主要特征是采用主要特征是采用InternetInternet

14、技术、技术、AgentAgent技术、自技术、自律分布系统技术律分布系统技术ADSADS、面向对象技术、组件技术以、面向对象技术、组件技术以及及JAVAJAVA等技术，实现等技术，实现SCADASCADA系统与其它信息系统的系统与其它信息系统的增值集成，实现控制和管理过程的综合化、智能化。增值集成，实现控制和管理过程的综合化、智能化。具体特征：具体特征：1 1、变（配）电所采用综合自动化系统；、变（配）电所采用综合自动化系统； 2 2、控制中心采用综合调度；、控制中心采用综合调度； 3 3、以上新技术的采用等。、以上新技术的采用等。（3 3） 第四代第四代 SCADASCADA系统系统电气化铁

15、道微机监控技术几种典型几种典型的远动监控系统的远动监控系统：（1 1）电力远动系统）电力远动系统电气化铁道微机监控技术(2) (2) 配电网自动化配电网自动化电气化铁道微机监控技术楼宇自动化系统示例 监控房屋设监控房屋设施的各项设备施的各项设备事务，如门警事务，如门警、电梯运营、电梯运营、消防系统、照消防系统、照明系统、空调明系统、空调系统、水工、系统、水工、备用电力系统备用电力系统等等的自动化等等的自动化管理。管理。(3)(3)楼宇自动化楼宇自动化电气化铁道微机监控技术石油和天然气等各种管道监控管理系统石油和天然气等各种管道监控管理系统 电气化铁道微机监控技术地铁、轻轨电力系统地铁、轻轨电力

16、系统, ,列车信息自动采集系统列车信息自动采集系统 电气化铁道微机监控技术3 3 电气化铁道微机监控系统的特点电气化铁道微机监控系统的特点与电力系统远动监控系统相比，铁路远动系统：与电力系统远动监控系统相比，铁路远动系统： 电气化铁道供电系统，也称为牵引供电系统电气化铁道供电系统，也称为牵引供电系统 (Traction Power Supply (Traction Power Supply System)System)，是电力系统的一个特殊用户，它的特殊性决定了电气化铁道，是电力系统的一个特殊用户，它的特殊性决定了电气化铁道的远动系统的远动系统( (电铁远动系统、铁路电力远动系统电铁远动系统、

17、铁路电力远动系统) )与电力系统中的远动系与电力系统中的远动系统统( (电力远动系统电力远动系统) )有共性，也有区别。它们的基本功能和作用是一样的，有共性，也有区别。它们的基本功能和作用是一样的，但系统结构、网络拓扑以及一些具体技术和要求又不尽相同。但系统结构、网络拓扑以及一些具体技术和要求又不尽相同。 主要表现在：主要表现在： 1 1、干扰：、干扰： 牵引供电系统的负荷牵引供电系统的负荷电力机车，目前大多采用整流型的交电力机车，目前大多采用整流型的交直直流传动。由于采用晶闸管整流，因而在整流过程中不可避免地会产生谐流传动。由于采用晶闸管整流，因而在整流过程中不可避免地会产生谐波成份。这些谐

18、波，对与接触网相距不远的远动通道，有相当严重的谐波成份。这些谐波，对与接触网相距不远的远动通道，有相当严重的谐波干扰。因此在设计电铁远动系统时，必须采取强有效的措施来克服这波干扰。因此在设计电铁远动系统时，必须采取强有效的措施来克服这种通讯干扰种通讯干扰( (包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施) )。 电气化铁道微机监控技术 2、通讯结构 电力系统：各变电所、发电厂(站)的地理布局大多为辐射状的分散布局，因此其相应的电力远动系统的通道结构也多为星型辐射状结构； 牵引供电系统：各变电所、分区亭、开闭所则是沿铁路线分布，其通讯线路呈相应的分布。因此电铁远动通道为适

19、应这种特点，大多采用链型结构、环型结构、总线型结构，有时也要包含星型结构。 对于链型、环型结构，必须考虑到信号的中继转发、实时性以及误码累积等问题，这在星型结构中是不需特别考虑的。 3、系统功能及容量 电力系统：侧重的是对遥测量的采集和监视，要求遥测数量大、采集精度高而对遥控开关的控制数量少、操作频率低。 牵引供电系统：由于每天都需要对接触网进行停电检修，因此对变电所开关的操作频繁，开关数量多，且可靠性要求极高，以确保行车安全和检修人员人身安全。电气化铁道微机监控技术 4 4、通讯媒介、通讯媒介 电力系统：多采用电力线载波作为远动通道，目前发展光纤； 电铁远动系统：多采用音频实回线、载波电缆或

20、光纤作为远动通道，这是因为电铁的电力线(接触网)存在大量的谐波，这些谐波的存在严重影响到用电力线作为传输通道的通讯质量，从而影响到远动系统的可靠性。另一方面，电铁远动系统的管辖范围内常包括多个变电所、分区亭等，电力线是分段不同相供电的。在不同相的交会处，电力线是不连通的。载波如何有效地在这些交会处传输，这也是一个问题。因此，电铁远动系统都不采用电力线载波的方式。 5 5、可靠性、可靠性 牵引供电系统的负荷电力机车，是一个移动冲击性负荷，与电力系统的静止负荷相比，电气量变化幅度大，更容易造成牵引供电网故障，也要求电铁远动系统具有更高的可靠性和实时性，以便及时、准确地将故障信息送到控制中心进行处理

21、，并及时进行相应的操作控制，以缩短事故的影响时间。电气化铁道微机监控技术4 4 微机（远动）监控系统基本概念、结构微机（远动）监控系统基本概念、结构 以微型机为主构成、以完成常规以微型机为主构成、以完成常规“四四遥遥”功能功能为目标的监视控制和数据采集系统，简称微机远动为目标的监视控制和数据采集系统，简称微机远动系统，即系统，即SCDASSCDAS系统。系统。 由于距离较远，再加上信道的存在，远动系统由于距离较远，再加上信道的存在，远动系统在结构上就存在着一定的弱点，即易受外来的干扰，在结构上就存在着一定的弱点，即易受外来的干扰，降低了命令的准确性和整个系统的可靠性。因此，降低了命令的准确性和

22、整个系统的可靠性。因此，需要有一系列的措施来保证系统的正常、可靠和经需要有一系列的措施来保证系统的正常、可靠和经济地运行。其基本原理框图如下：济地运行。其基本原理框图如下：电气化铁道微机监控技术 远动装置控制端远动装置控制端 传输系统传输系统 远动装置被控端远动装置被控端电气化铁道微机监控技术 循环循环传输模式传输模式CDTCDT（Cyclic Data TransmissionCyclic Data Transmission）方式：）方式：以以被控端为主，被控端为主，被控站的远动信息按规约规定组成帧，再编排被控站的远动信息按规约规定组成帧，再编排帧的顺序，帧的顺序，周期性地以周期性地以循环方

23、式向调度端传送。信息传送是循环方式向调度端传送。信息传送是周期性的，发端不顾及收端的需要，也不需收端给以回答。周期性的，发端不顾及收端的需要，也不需收端给以回答。 问答传输模式问答传输模式PollingPolling（查询）方式：（查询）方式：调度端与被控端采用调度端与被控端采用一问一答的方式进行通讯。调度端需要主动向被控端发送查一问一答的方式进行通讯。调度端需要主动向被控端发送查询报文，被控端按调度端的查询要求发送回答报文。要保证询报文，被控端按调度端的查询要求发送回答报文。要保证调度端发问后收到正确的回答，必须保证有上下行信道。调度端发问后收到正确的回答，必须保证有上下行信道。远远动信息的

24、传输模式动信息的传输模式电气化铁道微机监控技术 1 1: :1 1工作方式工作方式 1:N1:N工作方式工作方式 M:NM:N工作方式工作方式远动装置的工作方式：远动装置的工作方式：电气化铁道微机监控技术常用常用的远动信道的远动信道 专用有线信道专用有线信道：由远动装置产生的远动信号，以直流电：由远动装置产生的远动信号，以直流电的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中传送。常作近距离传输。传送。常作近距离传输。 电力线载波信道电力线载波信道：载波电话，远动信号占用一个话路：载波电话，远动信号占用一个话路（音频段）：（音频段）：0.3-3.

25、4kHz0.3-3.4kHz。直接利用电力线作信道，无。直接利用电力线作信道，无需额外投资，结构坚固。需额外投资，结构坚固。信道（通道）信道（通道）：信号传输时经过的通道。：信号传输时经过的通道。远远动信道动信道：传输远动信号的通道：传输远动信号的通道。电气化铁道微机监控技术 无线电信道：由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。利用自由空间传输，不需架设通信线路，可节约大量金属材料并减少维护工作量。 微波信道；频率300MHz300GHz的无线电传播信号。直线传播，远距离时设中继站。频带宽，传输稳定，方向性强，保密性好。 光纤信道：电光转换、光信号传播，光电转换过程。信道容量大，衰

26、减小，不受外界电磁场干扰，误码率低。电气化铁道微机监控技术常用的传输方法常用的传输方法 频分制：各种远动信号是用不同频率的信号来传送的。这些不同频率的信号可以在同一信道中同时传送。为了使传送的各种远动信号互不干扰，在发送端和接收端需要设有通带频率滤波器（如GSM）。时分制：待传的远动信号是按规定的时间先后顺序，依次在信道中逐个传送（如以太网）。码分制：是指一种扩频多址数字式通信技术，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分（如CDMA）。电气化铁道微机监控技术5 5、微机监控系统的性能指标、微机监控系统的性能指标1.1.可靠性的定义可靠性的定义

27、设备在技术要求规定的工作条件下，能保证所规定的技术设备在技术要求规定的工作条件下，能保证所规定的技术指标的能力。指标的能力。不拒动，不误动不拒动，不误动。2.2.可靠性包括两个方面可靠性包括两个方面 装置装置本身的可靠性，本身的可靠性，信息传输信息传输的可靠性。的可靠性。3.3.每个设备可靠性每个设备可靠性 平均故障间隔时间平均故障间隔时间(MTBF)(MTBF)： 两次偶然故障的平均间隔时间两次偶然故障的平均间隔时间 要求要求 ：控制中心控制中心5000h5000h以上，被控站以上，被控站10000h10000h以上。以上。一、可靠性一、可靠性电气化铁道微机监控技术 系统可靠性系统可靠性：常

28、用系统可用率来表示：常用系统可用率来表示 系统可用率运行时间系统可用率运行时间/ /（运行时间停用时间）（运行时间停用时间）100100 停用时间包括：故障时间、检修时间停用时间包括：故障时间、检修时间 影响系统可用率因素：影响系统可用率因素：设备质量设备质量、维护检修情维护检修情况况、环境条件环境条件、电源电源供电可靠性供电可靠性及其备用的程度及其备用的程度等。等。4.4.传输可靠性传输可靠性：用信息的差错率表示：用信息的差错率表示 传输信息的总数量信息出现差错的数量差错率要求：要求：在信躁比大于在信躁比大于15dB15dB时，误码率小于时，误码率小于10105 5。电气化铁道微机监控技术二、远动系统容量二、远动系统容量