电力系统监控培训电力系统监控培训2014.12 第一章、监控系统组成第一章、监控系统组成l一个完整的监控系统分主控层、网络层、一个完整的监控系统分主控层、网络层、间隔层三部分。间隔层三部分。l主控层设备有监控计算机、打印机、语音主控层设备有监控计算机、打印机、语音报警系统、五防系统、报警系统、五防系统、UPS电源、电源、MODEL等与监控系统配套的设备。等与监控系统配套的设备。l网络层主要是连接通讯的通讯线、光纤线、网络层主要是连接通讯的通讯线、光纤线、通讯服务器、通讯服务器、RS485转换器等转换器等.l间隔层主要是各种要通讯的设备，如综保、间隔层主要是各种要通讯的设备，如综保、电表、电表、PLC、励磁装置等。、励磁装置等。远方调度远方调度UPS通讯管理器通讯管理器保护装置保护装置电表电表其它装置其它装置打印机监控机五防系统监控系统示意图监控系统示意图变电站层变电站层通讯层通讯层间隔层间隔层1、间隔层、间隔层l在电力系统自动化中，保护一般采用集中在电力系统自动化中，保护一般采用集中组屏，综保称为保护间隔，故称为间隔层，组屏，综保称为保护间隔，故称为间隔层，在火电、水电等供电系统中，除了综保外在火电、水电等供电系统中，除了综保外还有励磁装置、还有励磁装置、PLC、油气水等，这些设、油气水等，这些设备安装在现场，也称为现地层。备安装在现场，也称为现地层。l在监控系统中，与间隔层设备用通讯线连在监控系统中，与间隔层设备用通讯线连接，要连接装置都带有通讯口。接，要连接装置都带有通讯口。1.11.1、智能设备通讯接口、智能设备通讯接口l间隔层的智能设备（下位机）的通讯接口间隔层的智能设备（下位机）的通讯接口有两种，一种是串行接口，一种是网络接有两种，一种是串行接口，一种是网络接口。口。l串口总线一般采用端子、串口总线一般采用端子、DB9、或网络接、或网络接口形式。其中口形式。其中RS485为二线制，为二线制， RS232为为三线制，三线制， RS422为四线制。为四线制。lCAN总线采用双绞线时为四线制、网络接总线采用双绞线时为四线制、网络接口时只使用口时只使用4根线。根线。1.21.2、串口通讯、串口通讯l串口通讯一般分位串口通讯一般分位RS232、RS485、RS422三种通讯方式，常用的是三种通讯方式，常用的是RS232、RS485两种，两种， RS232通讯时使用通讯时使用Rx、Tx、GND三根线，通讯距离一般只有三根线，通讯距离一般只有15m左右，左右，全双工通讯；全双工通讯；RS485通讯时使用通讯时使用Rx、Tx、两根线，通讯距离两根线，通讯距离1200m左右，半双工通左右，半双工通讯；讯；RS422通讯时使用通讯时使用Rx+、 Rx-、 Tx+、Tx-四根线，通讯距离和四根线，通讯距离和RS485一样，全双一样，全双工通讯工通讯 。1.31.3、CANCAN通讯通讯lCAN通讯是德国一家公司提出的应用于汽通讯是德国一家公司提出的应用于汽车厂生产的内部通讯，由于其具有高性、车厂生产的内部通讯，由于其具有高性、高可靠性，其应用领域向工业控制领域发高可靠性，其应用领域向工业控制领域发展，现国内很多电力系统厂家已经采用展，现国内很多电力系统厂家已经采用CAN通讯。通讯。CAN通讯采用以太网接口或双通讯采用以太网接口或双绞线，传输距离最远为绞线，传输距离最远为6.7KM,通讯速度最通讯速度最快为快为1M。通讯协议功能强大，协议通讯效。通讯协议功能强大，协议通讯效率高。率高。2 2、网络层、网络层l网络层主要在监控系统中作为通讯连接、网络层主要在监控系统中作为通讯连接、中转作用。中转作用。l典型接线模式是间隔层各智能装置通讯接典型接线模式是间隔层各智能装置通讯接到通讯服务器，通讯服务器再通过以太网到通讯服务器，通讯服务器再通过以太网接到后台机。接到后台机。l通讯服务器自带操作系统，支持与各种通通讯服务器自带操作系统，支持与各种通讯协议的连接，然后采用通讯协议讯协议的连接，然后采用通讯协议(如如CDT-91远动规约、远动规约、103协议等）与后台机连接。协议等）与后台机连接。2.12.1、通讯服务器、通讯服务器l通讯服务器主要做通讯采集和中转作用，通讯服务器主要做通讯采集和中转作用，通讯服务器根据下位机通讯协议，设置其通讯服务器根据下位机通讯协议，设置其对应的通讯协议和下位机通讯。然后将所对应的通讯协议和下位机通讯。然后将所用下位机数据采集后通过处理，转发到后用下位机数据采集后通过处理，转发到后台电脑。通讯服务器还兼有和远方调度通台电脑。通讯服务器还兼有和远方调度通讯，讯，GPS对时等其它功能。要实现上述功对时等其它功能。要实现上述功能，能，单单靠单片机硬件和编程很难实现功能靠单片机硬件和编程很难实现功能多样化、易调整的目的，故通讯服务器一多样化、易调整的目的，故通讯服务器一般都采用嵌入式操作系统。般都采用嵌入式操作系统。l国内做的通讯服务器通常使用的硬件国内做的通讯服务器通常使用的硬件平台是单板电脑，最常用的是平台是单板电脑，最常用的是PC104单板机，高档一点的通讯服务器选用单板机，高档一点的通讯服务器选用GX或或SOCKET 370/478单板电脑。单板电脑。l通讯服务器为其运行安全性和稳定性，通讯服务器为其运行安全性和稳定性，一般采用嵌入式的一般采用嵌入式的Unix或或Linux操作系操作系统，极少有厂家采用统，极少有厂家采用windows操作系操作系统。统。2.22.2、串口联网服务器、串口联网服务器l串口联网服务器其功能是将串口数据接收串口联网服务器其功能是将串口数据接收后，通过以太网口和后台电脑连接，后台后，通过以太网口和后台电脑连接，后台电脑采用虚拟的串口方式。电脑采用虚拟的串口方式。l串口联网服务器主要作用是将串口接线的串口联网服务器主要作用是将串口接线的方式网络化，数据的接受和处理还是通过方式网络化，数据的接受和处理还是通过后台电脑进行。后台电脑进行。l串口联网服务器可以实现服务器和多台电串口联网服务器可以实现服务器和多台电脑连接，也大大减少可通讯线布置数量。脑连接，也大大减少可通讯线布置数量。 2.3 2.3、通讯口接线、通讯口接线lRS232通讯可以直接通讯可以直接接线，其连线如图：接线，其连线如图：图1: DB9各针脚功能图2: RS232连线方式lRS485只能与支持只能与支持RS485接口的设备直接接口的设备直接连接，否则需要使用连接，否则需要使用RS232/RS485转换器。转换器。接线方法按照转换器的说明将接线方法按照转换器的说明将RS485A和和RS485B接到转换器接到转换器485接口的对应端子上。接口的对应端子上。232的一端和电脑或通讯服务器直接相连。的一端和电脑或通讯服务器直接相连。手工焊线时手工焊线时232接线为接线为22,33。lCAN通讯采用通讯采用RJ45网线接口，或采用双绞网线接口，或采用双绞通讯线，接线方式通讯线，接线方式 。2.42.4、通讯布线、通讯布线lRS232、RS422通讯时采用点对点通讯方通讯时采用点对点通讯方式，一个下位机只能对应一个串口。式，一个下位机只能对应一个串口。lRS232通讯距离只有通讯距离只有15m左右，如与后台左右，如与后台电脑距离远，可以通过转换头将电脑距离远，可以通过转换头将RS232转转换成换成RS485后到后台机后再转成后到后台机后再转成RS232，或直接采用或直接采用RS232延长器。延长器。lRS485通讯最远可达通讯最远可达1200m,最多可允许最多可允许32台下位机并联使用。台下位机并联使用。3 3、主控层、主控层l主控层核心设备为后台监控电脑，后台监主控层核心设备为后台监控电脑，后台监控电脑的配置按照监控对象的多少可配置控电脑的配置按照监控对象的多少可配置为单后台，双后台或更多。为单后台，双后台或更多。l后台电脑通过安装多串口卡可以直接和间后台电脑通过安装多串口卡可以直接和间隔层的综保等智能设备直接连接通讯，也隔层的综保等智能设备直接连接通讯，也可以通过以太网和网络层的通讯服务器连可以通过以太网和网络层的通讯服务器连接。接。3.13.1、监控软件基本功能、监控软件基本功能l后台整个监控的通讯连接和监控通过后台后台整个监控的通讯连接和监控通过后台监控软件来实现，监控软件需要具有以下监控软件来实现，监控软件需要具有以下一些功能：一些功能：数据的采集和处理数据的采集和处理 将下位机的采集后处理我们可以直接识别将下位机的采集后处理我们可以直接识别的数据。的数据。人机接口人机接口 软件能够实现操作员对数据的输入输出等软件能够实现操作员对数据的输入输出等操作设定。操作设定。报警、记录、打印等功能报警、记录、打印等功能 能够对数据设定，实现报警功能，采集数能够对数据设定，实现报警功能，采集数据能够自动记录和调阅打印等。据能够自动记录和调阅打印等。控制与调节控制与调节 设定的流程和参数，软件能够自动执行并设定的流程和参数，软件能够自动执行并输出控制或调节信号。输出控制或调节信号。数据库管理数据库管理 软件将采集的数据记录下来，形成可供用软件将采集的数据记录下来，形成可供用户调用的实时数据库管理和历史数据库户调用的实时数据库管理和历史数据库 。时钟同步时钟同步 软件系统可以实现与调度系统或软件系统可以实现与调度系统或GPS对时，对时，并可对下位机进行对时。并可对下位机进行对时。多机切换多机切换 在双机或多机实现热备用时，主控机有故在双机或多机实现热备用时，主控机有故障可以自动切换到备用机工作。障可以自动切换到备用机工作。通讯功能通讯功能 监控软件要求有良好的扩展性，对未连接监控软件要求有良好的扩展性，对未连接过的设备，通过写入通讯协议后能够和此过的设备，通过写入通讯协议后能够和此设备连接。设备连接。3.23.2、监控软件性能、监控软件性能l监控系统除要求具有基本功能外，还要求监控系统除要求具有基本功能外，还要求具有实时性、可靠性、可维护性、可用率、具有实时性、可靠性、可维护性、可用率、安全性、可扩性、可变性的要求。安全性、可扩性、可变性的要求。实时性实时性 一般情况下，数据的更新要求小于一般情况下，数据的更新要求小于2S，系，系统响应能力不超过统响应能力不超过1S。可靠性可靠性监控系统要求有很高的可靠性，通讯正确要监控系统要求有很高的可靠性，通讯正确要求超过求超过99%，遥控必须，遥控必须100%可靠。可靠。安全性安全性 电脑硬件故障、电脑死机或监控软件运行电脑硬件故障、电脑死机或监控软件运行故障、监控软件在线修改等不影响电脑正故障、监控软件在线修改等不影响电脑正常运行，禁止输出任何故障给现场设备常运行，禁止输出任何故障给现场设备扩展性扩展性 监控系统要求尽量少占用监控系统要求尽量少占用CPUCPU及内存，能及内存，能适用于低配置电脑。监控系统还要留有足适用于低配置电脑。监控系统还要留有足够余量，可供监控系统扩展或更改使用。够余量，可供监控系统扩展或更改使用。 第二章、通讯的实现第二章、通讯的实现l监控系统的硬件搭建好了后，具体是如何监控系统的硬件搭建好了后，具体是如何来进行数据的采集和处理的呢？本章就针来进行数据的采集和处理的呢？本章就针对对WZB系列综保的通讯来进行讲解。系列综保的通讯来进行讲解。l后台通讯中常用的是串行通讯方式，还有后台通讯中常用的是串行通讯方式，还有一种通讯方式为并行通讯方式。两者的区一种通讯方式为并行通讯方式。两者的区别是并行通讯适用于别是并行通讯适用于30米以内距离通讯，米以内距离通讯，数据各位同时发送，传输数据有多少位通数据各位同时发送，传输数据有多少位通讯线有多少根。讯线有多少根。l串行通讯的距离可以从几米到几千米，数据是一串行通讯的距离可以从几米到几千米，数据是一位一位顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。位一位顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。单工、半双工和全双工三种。 两种通信方式的连接如下图：两种通信方式的连接如下图：1 1、串行通讯介绍、串行通讯介绍1.1、异步通讯、异步通讯 在异步通讯中，数据是一帧一帧传送的在异步通讯中，数据是一帧一帧传送的,在帧格式在帧格式中，一个字符由中，一个字符由4部分组成：起始位、数据位、奇部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始位偶校验位和停止位。首先是一个起始位o，然后，然后是是58位数据位数据(规定低位在前，高位在后规定低位在前，高位在后)，接下，接下来是奇偶校验位来是奇偶校验位(可省略可省略)，最后是停止位，最后是停止位1。起。起始位始位o信号只占用信号只占用1 位，用来通知接收设备一个位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到来。线路上在不传送字符时待接收的字符开始到来。线路上在不传送字符时应保持为应保持为“1 。接收端不断检测线路的状态，若。接收端不断检测线路的状态，若连续为连续为1以后又检测到一个以后又检测到一个o，就知道发来一，就知道发来一个新字符，应马上准备接收。个新字符，应马上准备接收。 l以综保通讯为例：通讯方式以综保通讯为例：通讯方式9600,m,8,1波特率：波特率：9600b/s,通讯协议所规定的上位通讯协议所规定的上位机和下位机传送速度，如果一致增能够确机和下位机传送速度，如果一致增能够确保设备同步，传输不会出错。常用设置有保设备同步，传输不会出错。常用设置有300b/s,600b/s,1200b/s,2400b/s,4800b/s, 9600b/s,19200b/s,38400b/s。校验方式：校验方式：mark，标志位校验（，标志位校验（D8)。校。校验位始终为验位始终为“1”；其它的有奇校验；其它的有奇校验(odd)：“1”个数为奇数；偶校验个数为奇数；偶校验(even)： “1”个数为偶数；空校验个数为偶数；空校验(space)：校验：校验位始终为位始终为“0”；无校验；无校验(none)：无校验位。：无校验位。数据位：数据位：8,即每帧数据为即每帧数据为8位（位（D0-D7），），数据为可以为数据为可以为5,6,7,8位。位。停止位：停止位：1,停止位表示一帧数据的结束，停止位表示一帧数据的结束，停止时间为停止时间为1/9600S,停止位可以为停止位可以为1.5,2。l每帧数据长度为每帧数据长度为11位（一位起始位，位（一位起始位，8位数位数据位，一位校验位，一位停止位）。据位，一位校验位，一位停止位）。l通讯方式由所使用的通讯协议决定，特别通讯方式由所使用的通讯协议决定，特别注意的是通讯方式的设置上位机和下位机注意的是通讯方式的设置上位机和下位机要保持一致，否则通讯不通或出现误码。要保持一致，否则通讯不通或出现误码。1.21.2、同步通讯、同步通讯l同步通讯中，数据开始传送前用同步字符同步通讯中，数据开始传送前用同步字符开指示开指示,并有时钟来实现发送端和接受端同并有时钟来实现发送端和接受端同步，当监测到同步字符后，接连续按照顺步，当监测到同步字符后，接连续按照顺序接受数据，知道通讯告一段落。序接受数据，知道通讯告一段落。l如如CDT91循环远动传送规约，采用同步传循环远动传送规约，采用同步传送方式，同步头为送方式，同步头为EB 90 EB 90 EB 90,后后面紧跟同步数据块。面紧跟同步数据块。1.31.3、通讯协议、通讯协议l确定了通讯协议后，异步通讯或同步通讯确定了通讯协议后，异步通讯或同步通讯由上位机监控软件和下位机程序内部实现，由上位机监控软件和下位机程序内部实现，可以不必过多的了解，但是一个装置采用可以不必过多的了解，但是一个装置采用什么通讯协议，如何检验其通讯功能，如什么通讯协议，如何检验其通讯功能，如何分析数据则需要认真学习。何分析数据则需要认真学习。l通讯协议约定了相互通讯的必要设置，这通讯协议约定了相互通讯的必要设置，这样双方才能正确交换数据和信息，常用的样双方才能正确交换数据和信息，常用的通讯协议有很多，标准的通讯协议经过更通讯协议有很多，标准的通讯协议经过更改后可变成非标协议。改后可变成非标协议。1.41.4、通讯协议讲解、通讯协议讲解l综保通讯协议采用综保通讯协议采用MODBUS协议，要了解综保协议，要了解综保的通讯，首先要熟悉的通讯，首先要熟悉MODBUS协议，然后再看协议，然后再看综保的通讯协议。综保的通讯协议。l如综保遥测量，主机要下发的代码为：如综保遥测量，主机要下发的代码为：l01, 04, 2A, 00, 55, 00, 2F, 00, 12, 13, 88, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 00, 01, 00, 00, 00, 00, 00, 01, 00, 01, 00, 00, 00, 00, 00, 02, 00, 02, C1, 61, 其中其中0x01为回传装置单元号，为回传装置单元号，0x04为回传功能码，为回传功能码，0x2A为回传数据长度（为回传数据长度（42个，个，2字节一个数据，字节一个数据，共共21个数据），个数据），0x55表示有表示有SOE， 0x12表示模表示模拟量数据为拟量数据为18个。个。 0055，002F,0012,1388 .0002分别依次为分别依次为1-21的数据大小，其格式为的数据大小，其格式为16进制，如进制，如1388变十进制为变十进制为5000,按照协议对照为按照协议对照为频率。频率。C1,61为校验位。具体数据分析对照为校验位。具体数据分析对照WZB通讯协议。通讯协议。l校验码是检查上传下发的数据是否正确，校验校验码是检查上传下发的数据是否正确，校验码有很多种类型，如码有很多种类型，如CRC16校验、累加校验、校验、累加校验、DL451校验等，我们可以根据串口调试软件计校验等，我们可以根据串口调试软件计算校验码。如下图：下发算校验码。如下图：下发01,04,00,00,00,15,检检验码验码C531，低位在前高位在后则为，低位在前高位在后则为31C5。1.5 1.5 通讯的软件处理流程通讯的软件处理流程l后台监控电脑和综保通讯时，后台软件需要后台监控电脑和综保通讯时，后台软件需要对发送和接受的数据有一套处理流程，这样对发送和接受的数据有一套处理流程，这样才能保证通讯的可靠。才能保证通讯的可靠。l后台电脑和综保通讯时，软件首先要打开串后台电脑和综保通讯时，软件首先要打开串口连接，通过串口保证数据的交换。口连接，通过串口保证数据的交换。l综保通讯协议共有综保通讯协议共有5 5中查询命令，其中的遥中查询命令，其中的遥信、遥测、电度量等实时性要求高的命令要信、遥测、电度量等实时性要求高的命令要求循环发送，其它一些命令如上传定值、录求循环发送，其它一些命令如上传定值、录l波数据、遥控命令等需要操作者执行波数据、遥控命令等需要操作者执行操作后才会下发命令。操作后才会下发命令。l大致的操作流程如下：大致的操作流程如下： 1.遥信、遥测、电度量的循环查询；遥信、遥测、电度量的循环查询； 2.下发遥信、遥测、电度命令；下发遥信、遥测、电度命令； 3.接受数据的校验核查，正确接受，错误省接受数据的校验核查，正确接受，错误省略继续下一数据。略继续下一数据。 4.接受的数据处理。接受的数据处理。 5. 转移到数据库的数据显示处理。转移到数据库的数据显示处理。l在遇到遥控、上传定值、录波时，采用插在遇到遥控、上传定值、录波时，采用插值处理，即在正常情况下循环发送和接受值处理，即在正常情况下循环发送和接受收据，接受操作命令时，停止正常的数据收据，接受操作命令时，停止正常的数据下发和接受，先完成操作命令，完成后再下发和接受，先完成操作命令，完成后再继续中断的数据的接受和发送。继续中断的数据的接受和发送。1.6.1.6.监控软件应用介绍监控软件应用介绍l我公司监控系统采用面安装模式，点击主我公司监控系统采用面安装模式，点击主运行程序后，自动链接其它文件，组成一运行程序后，自动链接其它文件，组成一个监控系统。个监控系统。l一个监控系统不可缺少的文件如下图显示：一个监控系统不可缺少的文件如下图显示：lCams.exe文件为主程序，通讯协议的处理文件为主程序，通讯协议的处理 数据的发送接受，图形界面、数据库的显数据的发送接受，图形界面、数据库的显示编辑，所有功能模块都集成在里面。示编辑，所有功能模块都集成在里面。lPcomm.dll,串口驱动链接模块，通过串口串口驱动链接模块，通过串口的交换数据的识别和处理。的交换数据的识别和处理。lSymbol.dll，图形库链接模块，在主监控，图形库链接模块，在主监控界面编辑时所有的图形块都由其提供，如界面编辑时所有的图形块都由其提供，如下图：下图：lIndex.cas，图形界面文件，监控界面在此文件中编辑。如下图：lInit.ini,std1def.ini,std2def.ini等，软件配等，软件配置文件，其中置文件，其中Init.ini配置了一个系统所需要配置了一个系统所需要的串口地址、通讯协议类型、通讯方式、的串口地址、通讯协议类型、通讯方式、通讯地址、站点个数等各种参数，软件通通讯地址、站点个数等各种参数，软件通过读取过读取Init.ini文件的参数运行整个系统。文件的参数运行整个系统。stdxdef.ini为具体的为具体的x站点的参数配置，如站点的参数配置，如综保配置综保配置: 遥测点遥测点 遥测点名遥测点名1=f 遥测点名遥测点名2=Uab 遥测点名遥测点名3=Ubc 遥测点名遥测点名16=Ia 遥测点名遥测点名17=Ib 遥测点名遥测点名18=Ic 遥信点遥信点 遥信点名遥信点名1=10千伏一段进线断路器分位千伏一段进线断路器分位 遥信点名遥信点名2=10千伏一段进线断路器千伏一段进线断路器 遥信点名遥信点名3=10千伏一段进线弹簧未储能千伏一段进线弹簧未储能 遥信点名遥信点名240=10千伏一段出线装置自检出千伏一段出线装置自检出错错 电度点电度点 电度点名电度点名1=1号电能表号电能表 电度点名电度点名2=2号电能表号电能表 遥控点遥控点 开关名称开关名称1=1进线开关合进线开关合 保护地址保护地址1=1 继电器号继电器号1=0x02 l软件运行后，会自动生成一些文件夹，记软件运行后，会自动生成一些文件夹，记录各种记录的数据、报警、操作等信息，录各种记录的数据、报警、操作等信息，如下图：如下图：l软件的部分监控画面如下图：软件的部分监控画面如下图：l主监控画面主监控画面l主监控画面主监控画面2l数据报表数据报表l通讯状态监视通讯状态监视l状态监视画面状态监视画面l防误编辑界面防误编辑界面l以上内容对监控系统做了简要的介绍，让以上内容对监控系统做了简要的介绍，让大家对后台监控有一个大致的了解，如果大家对后台监控有一个大致的了解，如果需要熟悉并能够使用，需要看软件使用说需要熟悉并能够使用，需要看软件使用说明书和实践操作才能有一个更深刻的印象，明书和实践操作才能有一个更深刻的印象，希望有兴趣的朋友有空不妨多学习，公司希望有兴趣的朋友有空不妨多学习，公司有现成的提供学习的平台。有现成的提供学习的平台。 此次培训内容就是这些，谢谢大家！此次培训内容就是这些，谢谢大家！