電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲芯?/h1>
電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用分層分布式結(jié)構(gòu)，它將分布在機(jī)組控制室的每個現(xiàn)地監(jiān)控單元利用網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)．本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)速度的要求和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，對監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（CSCS） 網(wǎng)絡(luò)http://www.biyoush.com/article/162464.htm
Study of the Network Configuration
of Computer Surveil and Control System in Power Plant
Tao Ke1,XU Yi-shan1,HE Peng2
(1.Information and Electricity College, Three Gorges University, Yichang443002,China;
2.Information and Technology Center, Three Gorges University, Yichang443002,China)
Abstract： Computer Surveil and Control System （CSCS）is often a distributed system, and it connects all Local Control Units which are in the Unit Control Room into a computer network. According to the speed and stability demands of the CSCS , this paper analyzes the network structure and design idea of both hardware and software ,and discuss the principle of how to choose a more reasonable network topology to achieve the goal of more efficient and safer control．
Keywords： Computer Surveil and Control System（CSCS） Network topology distributed system
隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機(jī)應(yīng)用已深入到很多行業(yè)中．對于電力系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的電站監(jiān)控系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)更是極大地推進(jìn)它向自動化,網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展.
電站是電力系統(tǒng)中的電能供給方，根據(jù)它的實際生產(chǎn)要求，對處于自動控制的最高層的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有著與普通的計算機(jī)控制不同的要求，從而所構(gòu)成的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也與普通的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同，它的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用針對性強(qiáng)，對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性要求高，要求計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的局部故障不影響其他設(shè)備的正常運行．所以電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在普通計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上采取了硬件冗余方式，同時在軟件上也進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計，以滿足相關(guān)的要求.本文就計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、硬件組成及軟件設(shè)計進(jìn)行分析和討論．
一、 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通用設(shè)置
電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的計算機(jī)的要求是：
1、對于處于現(xiàn)地監(jiān)控位置的現(xiàn)地控制單元，其網(wǎng)絡(luò)需要有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，在網(wǎng)絡(luò)某處出現(xiàn)不能連接故障時不影響其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的正常的數(shù)據(jù)傳輸．
為達(dá)到這樣的要求，通常各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算機(jī)都設(shè)置為硬件的網(wǎng)絡(luò)冗余，即設(shè)置雙網(wǎng)卡，故障時自動切換．由于現(xiàn)地控制單元多為CPU模件板與其他功能插件板的組合，所以對于現(xiàn)地控制單元上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算機(jī)也實行雙機(jī)冗余，即有兩塊負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)處理的CPU模件板．從而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的設(shè)置通常為一塊模件板設(shè)置一塊網(wǎng)卡，對應(yīng)于各自的網(wǎng)絡(luò)．如下圖所示：
2、其它控制和監(jiān)視節(jié)點，如處于數(shù)據(jù)的收集和命令的發(fā)送、接受位置的監(jiān)控主站，操作人員使用的操作員工作站等，也采取硬件冗余．主要是主站的雙機(jī)加雙網(wǎng)卡冗余，操作員站等的雙網(wǎng)卡冗余。
二、 分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的有主和無主結(jié)構(gòu)
電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，對于分布式系統(tǒng)的主機(jī)的處理有兩種常見的兩種方式，即分布式有主結(jié)構(gòu)和分布式無主結(jié)構(gòu)．
分布式有主結(jié)構(gòu)是指在整個系統(tǒng)中有特定功能的計算機(jī)充當(dāng)系統(tǒng)主機(jī)功能，主機(jī)負(fù)責(zé)對現(xiàn)地控制單元傳送的數(shù)據(jù)收集以供其他計算機(jī)使用，同時，將其他計算機(jī)傳到的數(shù)據(jù)，其中包括命令，下達(dá)給系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制單元，因而，分布式有主結(jié)構(gòu)對主機(jī)的要求較高．
分布式無主結(jié)構(gòu)指的是整個系統(tǒng)中無充當(dāng)主機(jī)功能的計算機(jī)，通過設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器來收集系統(tǒng)中各種實時信息，以供需要時使用，任意的計算機(jī)現(xiàn)地控制節(jié)點與應(yīng)用計算機(jī)如操作員站之間直接進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)傳輸．
分布式有主結(jié)構(gòu)與分布式無主結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別主要集中在主機(jī)功能上，在實際應(yīng)用及軟件操作上，分布式無主結(jié)構(gòu)需要整個計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的支持，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中間鏈路層的協(xié)議，而分布式有主結(jié)構(gòu)可以避開設(shè)置專用的軟件和協(xié)議，兩者分別針對于不同的要求．
三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
由于總線型網(wǎng)絡(luò)自身特點的限制，不適合于在電站監(jiān)控系統(tǒng)這樣對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用，所以本文對其不作分析．對于應(yīng)用較為廣泛的星型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)分析并進(jìn)行擴(kuò)展，同時結(jié)合有、無主結(jié)構(gòu)分析其應(yīng)用性質(zhì)．
?、?星型網(wǎng)絡(luò)
星型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如下：
由星形網(wǎng)絡(luò)組成的監(jiān)控系統(tǒng)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過中心交換機(jī)連接，同時考慮到冗余需要，利用另外一臺交換機(jī)組成雙網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)工作原理如下：
有主結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制單元有兩塊CPU模件，實現(xiàn)該單元節(jié)點處的故障冗余，為主的CPU板實時采集各種信號，并針對故障信號采取相應(yīng)處理，同時將采集的信號量數(shù)字化，再傳送給主站；主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收，同時向操作員站送實時數(shù)據(jù)，并將操作員站的命令下達(dá)．
無主結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制單元實時采集各種信號并針對故障信號采取相應(yīng)處理，主站作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，定時向各現(xiàn)地控制單元節(jié)點要數(shù)據(jù)并記錄，操作員站通過交換機(jī)直接與現(xiàn)地控制單元通訊，傳送數(shù)據(jù)與命令．
星形網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，由于普遍通訊協(xié)議為TCP/IP，開發(fā)額外的系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單，缺點是系統(tǒng)安全性能不高，若交換機(jī)壞，則網(wǎng)絡(luò)就面臨崩潰，對主站依賴性強(qiáng)．此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在一些系統(tǒng)升級改造的電站應(yīng)用較多．
② 擴(kuò)展環(huán)型網(wǎng)絡(luò)
擴(kuò)展環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，加上各其他功能節(jié)點，或通過轉(zhuǎn)換與其他應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連接，而現(xiàn)地計算機(jī)控制依舊處于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)上．示意圖如下：
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電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用分層分布式結(jié)構(gòu)，它將分布在機(jī)組控制室的每個現(xiàn)地監(jiān)控單元利用網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)．本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)速度的要求和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，對監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（CSCS） 網(wǎng)絡(luò)http://www.biyoush.com/article/162464.htm
Study of the Network Configuration
of Computer Surveil and Control System in Power Plant
Tao Ke1,XU Yi-shan1,HE Peng2
(1.Information and Electricity College, Three Gorges University, Yichang443002,China;
2.Information and Technology Center, Three Gorges University, Yichang443002,China)
Abstract： Computer Surveil and Control System （CSCS）is often a distributed system, and it connects all Local Control Units which are in the Unit Control Room into a computer network. According to the speed and stability demands of the CSCS , this paper analyzes the network structure and design idea of both hardware and software ,and discuss the principle of how to choose a more reasonable network topology to achieve the goal of more efficient and safer control．
Keywords： Computer Surveil and Control System（CSCS） Network topology distributed system
隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機(jī)應(yīng)用已深入到很多行業(yè)中．對于電力系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的電站監(jiān)控系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)更是極大地推進(jìn)它向自動化,網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展.
電站是電力系統(tǒng)中的電能供給方，根據(jù)它的實際生產(chǎn)要求，對處于自動控制的最高層的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有著與普通的計算機(jī)控制不同的要求，從而所構(gòu)成的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也與普通的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同，它的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用針對性強(qiáng)，對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性要求高，要求計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的局部故障不影響其他設(shè)備的正常運行．所以電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在普通計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上采取了硬件冗余方式，同時在軟件上也進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計，以滿足相關(guān)的要求.本文就計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、硬件組成及軟件設(shè)計進(jìn)行分析和討論．
一、 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通用設(shè)置
電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的計算機(jī)的要求是：
1、對于處于現(xiàn)地監(jiān)控位置的現(xiàn)地控制單元，其網(wǎng)絡(luò)需要有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，在網(wǎng)絡(luò)某處出現(xiàn)不能連接故障時不影響其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的正常的數(shù)據(jù)傳輸．
為達(dá)到這樣的要求，通常各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算機(jī)都設(shè)置為硬件的網(wǎng)絡(luò)冗余，即設(shè)置雙網(wǎng)卡，故障時自動切換．由于現(xiàn)地控制單元多為CPU模件板與其他功能插件板的組合，所以對于現(xiàn)地控制單元上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算機(jī)也實行雙機(jī)冗余，即有兩塊負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)處理的CPU模件板．從而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的設(shè)置通常為一塊模件板設(shè)置一塊網(wǎng)卡，對應(yīng)于各自的網(wǎng)絡(luò)．如下圖所示：
2、其它控制和監(jiān)視節(jié)點，如處于數(shù)據(jù)的收集和命令的發(fā)送、接受位置的監(jiān)控主站，操作人員使用的操作員工作站等，也采取硬件冗余．主要是主站的雙機(jī)加雙網(wǎng)卡冗余，操作員站等的雙網(wǎng)卡冗余。
二、 分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的有主和無主結(jié)構(gòu)
電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，對于分布式系統(tǒng)的主機(jī)的處理有兩種常見的兩種方式，即分布式有主結(jié)構(gòu)和分布式無主結(jié)構(gòu)．
分布式有主結(jié)構(gòu)是指在整個系統(tǒng)中有特定功能的計算機(jī)充當(dāng)系統(tǒng)主機(jī)功能，主機(jī)負(fù)責(zé)對現(xiàn)地控制單元傳送的數(shù)據(jù)收集以供其他計算機(jī)使用，同時，將其他計算機(jī)傳到的數(shù)據(jù)，其中包括命令，下達(dá)給系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制單元，因而，分布式有主結(jié)構(gòu)對主機(jī)的要求較高．
分布式無主結(jié)構(gòu)指的是整個系統(tǒng)中無充當(dāng)主機(jī)功能的計算機(jī)，通過設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器來收集系統(tǒng)中各種實時信息，以供需要時使用，任意的計算機(jī)現(xiàn)地控制節(jié)點與應(yīng)用計算機(jī)如操作員站之間直接進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)傳輸．
分布式有主結(jié)構(gòu)與分布式無主結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別主要集中在主機(jī)功能上，在實際應(yīng)用及軟件操作上，分布式無主結(jié)構(gòu)需要整個計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的支持，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中間鏈路層的協(xié)議，而分布式有主結(jié)構(gòu)可以避開設(shè)置專用的軟件和協(xié)議，兩者分別針對于不同的要求．
三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
由于總線型網(wǎng)絡(luò)自身特點的限制，不適合于在電站監(jiān)控系統(tǒng)這樣對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用，所以本文對其不作分析．對于應(yīng)用較為廣泛的星型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)分析并進(jìn)行擴(kuò)展，同時結(jié)合有、無主結(jié)構(gòu)分析其應(yīng)用性質(zhì)．
?、?星型網(wǎng)絡(luò)
星型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如下：
由星形網(wǎng)絡(luò)組成的監(jiān)控系統(tǒng)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過中心交換機(jī)連接，同時考慮到冗余需要，利用另外一臺交換機(jī)組成雙網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)工作原理如下：
有主結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制單元有兩塊CPU模件，實現(xiàn)該單元節(jié)點處的故障冗余，為主的CPU板實時采集各種信號，并針對故障信號采取相應(yīng)處理，同時將采集的信號量數(shù)字化，再傳送給主站；主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收，同時向操作員站送實時數(shù)據(jù)，并將操作員站的命令下達(dá)．
無主結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制單元實時采集各種信號并針對故障信號采取相應(yīng)處理，主站作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，定時向各現(xiàn)地控制單元節(jié)點要數(shù)據(jù)并記錄，操作員站通過交換機(jī)直接與現(xiàn)地控制單元通訊，傳送數(shù)據(jù)與命令．
星形網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，由于普遍通訊協(xié)議為TCP/IP，開發(fā)額外的系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單，缺點是系統(tǒng)安全性能不高，若交換機(jī)壞，則網(wǎng)絡(luò)就面臨崩潰，對主站依賴性強(qiáng)．此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在一些系統(tǒng)升級改造的電站應(yīng)用較多．
② 擴(kuò)展環(huán)型網(wǎng)絡(luò)
擴(kuò)展環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，加上各其他功能節(jié)點，或通過轉(zhuǎn)換與其他應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連接，而現(xiàn)地計算機(jī)控制依舊處于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)上．示意圖如下：
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