盧朝暉,孟立會(huì)
(河北電力調(diào)度通信中心,河北 石家莊 050021)
摘 要:闡述了在MIS系統(tǒng)端二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用SCADA數(shù)據(jù)信息的處理過(guò)程,并通過(guò)在河北南網(wǎng)MIS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用實(shí)踐工作中的體會(huì),對(duì)電力系統(tǒng)中有關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的定義,數(shù)據(jù)文件的傳輸、存儲(chǔ)及應(yīng)用等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了剖析,提出了具體解決問(wèn)題的方法。
關(guān)鍵詞:SCADA數(shù)據(jù)信息;多線程技術(shù);FTP協(xié)議;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
Secondary Treatment and Use of SCADA Data Information at MIS System End
Abstract:The treatment process of SCADA data information for the secondary development use in MIS system end is described in this article. Through the experience of development and application of MIS system in Southern Hebei Power Network, the authors realize some important points,such as the real time data definition, data document transmission, storage and application, and some key links. They also propose concrete methods to solve problems.
Key words:SCADA data in formation;multithreading technology;FTP protocol;real-time database
在電力系統(tǒng)中,電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)首先是為電網(wǎng)調(diào)度服務(wù)的,但出于電網(wǎng)調(diào)度安全的考慮,SCADA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間都采用了隔離手段,河北省南部電網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱河北南網(wǎng))的SCADA系統(tǒng)是2001年從加拿大SNC-LAVALIN公司引進(jìn)的ECS(Energy Control System)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),ECS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間采取了比較完善的隔離方法,它與MIS系統(tǒng)是通過(guò)在ECS系統(tǒng)端保留的通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器進(jìn)行連接的。河北南網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用成熟的系統(tǒng),其專業(yè)性很強(qiáng),運(yùn)行也很穩(wěn)定,但它的應(yīng)用卻只局限于調(diào)度部門,不能滿足調(diào)度以外的其它生產(chǎn)部門以及管理和決策人員的需要,因此在MIS端以SCADA數(shù)據(jù)信息為數(shù)據(jù)源的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用就顯得十分重要。
1 SCADA數(shù)據(jù)信息在MIS系統(tǒng)端的應(yīng)用
目前河北南網(wǎng)對(duì)于SCADA數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用主要有電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息顯示系統(tǒng)、調(diào)度日?qǐng)?bào)查詢系統(tǒng)和SCADA數(shù)據(jù)信息的綜合統(tǒng)計(jì)查詢等3部分。電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息顯示系統(tǒng)主要包括河北省電力調(diào)度中心直調(diào)電廠和變電站的廠站接線圖、綜合數(shù)據(jù)畫(huà)面和重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面;調(diào)度日?qǐng)?bào)查詢系統(tǒng)用于在河北電力信息網(wǎng)上發(fā)布每天的發(fā)電、供電、檢修情況和電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)等信息;SCADA數(shù)據(jù)信息的綜合統(tǒng)計(jì)查詢主要用于基于SCADA歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成。
SCADA數(shù)據(jù)信息在MIS系統(tǒng)端的應(yīng)用,為河北省電力公司各管理部門及時(shí)掌握電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息提供了有效手段,同時(shí)也為電網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2 MIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接方式
河北南網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示,其中SCADA系統(tǒng)的通信節(jié)點(diǎn)作為通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,為1臺(tái)Compaq Alpha Server DS206/500MHz服務(wù)器,它共配有3塊網(wǎng)卡,其中前2塊網(wǎng)卡連接到SCADA系統(tǒng)A、B雙以太網(wǎng)上,第3塊網(wǎng)卡與MIS系統(tǒng)連接。在MIS系統(tǒng)端對(duì)于SCADA信息的應(yīng)用是以通信節(jié)點(diǎn)上的各種類型的數(shù)據(jù)文件作為應(yīng)用的數(shù)據(jù)源,采用穩(wěn)定可靠的信息傳輸、存儲(chǔ)技術(shù)將SCADA系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIS系統(tǒng)中。在MIS系統(tǒng),對(duì)SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化的處理和開(kāi)發(fā)以滿足各種應(yīng)用功能的要求。

3 SCADA數(shù)據(jù)信息的獲取及文件結(jié)構(gòu)
河北南網(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)文件的生成,采用了Client-Server形式的一組進(jìn)程。首先,Server進(jìn)程通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)SCADA內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)索引的檢索而得到SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)中所有點(diǎn),包括遙測(cè)、遙信、非遙測(cè),計(jì)算點(diǎn)的動(dòng)態(tài)信息:點(diǎn)值和點(diǎn)狀態(tài),同時(shí)得到靜態(tài)信息:點(diǎn)名、組名、點(diǎn)的RTU號(hào)和點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)類型、點(diǎn)描述、點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫(kù)的ID號(hào)。這些信息形成一個(gè)專用共享的數(shù)據(jù)區(qū),數(shù)據(jù)區(qū)的動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)刷新,周期為5~20 s,然后由Client進(jìn)程檢索Server產(chǎn)生的共享數(shù)據(jù)區(qū)形成一個(gè)包括點(diǎn)名、組名、RTU號(hào)、點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)類型、點(diǎn)描述的索引文件和一個(gè)包括RTU號(hào)、點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)值、點(diǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件傳送給MIS系統(tǒng)。
4 數(shù)據(jù)信息的傳輸
4.1 基于FTP服務(wù)器傳輸方式的選擇
數(shù)據(jù)信息的傳輸是在不同操作系統(tǒng)之間進(jìn)行的,SCADA系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境是UNIX操作系統(tǒng),MIS系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是Windows操作系統(tǒng)。在不同的系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)文件,較成熟的方法是利用FTP文件傳輸協(xié)議。河北南網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息傳輸便采用了FTP協(xié)議,選擇在SCADA系統(tǒng)端的通信節(jié)點(diǎn)上建立FTP服務(wù),用于兩系統(tǒng)間數(shù)據(jù)文件的傳輸,在具體應(yīng)用中又考慮到以下2個(gè)因素。
a. 基于UNIX操作系統(tǒng)的FTP服務(wù)器運(yùn)行比較穩(wěn)定,安全性更高。
b. SCADA系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)之間功能相互獨(dú)立,開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方便靈活。
4.2 文件傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)
文件傳輸根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的方法,對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用,可考慮用定時(shí)觸發(fā)的簡(jiǎn)單命令行方式或編寫(xiě)比較簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn),例如每天只傳輸一次的調(diào)度日?qǐng)?bào)文件的傳輸,可以采用這種方式。
在電力系統(tǒng)應(yīng)用中,SCADA信息在MIS系統(tǒng)中最基本的應(yīng)用是在MIS系統(tǒng)中建立起電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng),對(duì)于這種實(shí)時(shí)性要求較高或傳輸頻率較高的應(yīng)用系統(tǒng),數(shù)據(jù)信息的傳輸不僅僅是簡(jiǎn)單的文件拷貝。因此在對(duì)文件傳輸模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),不僅要解決好文件傳輸與數(shù)據(jù)處理等的并發(fā),同時(shí)也要考慮到系統(tǒng)的容錯(cuò)能力等因素。編程方法采用多線程技術(shù)編寫(xiě)文件傳輸模塊,實(shí)踐證明,采用多線程技術(shù)的FTP程序,不僅很好地解決了文件傳輸與數(shù)據(jù)處理的并發(fā),而且在系統(tǒng)容錯(cuò)性方面也解決了FTP服務(wù)器運(yùn)行出現(xiàn)異常而自己重新啟動(dòng)和人為的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)中斷或其它故障中斷。
這樣在故障恢復(fù)時(shí),MIS端的應(yīng)用系統(tǒng)就可以自動(dòng)恢復(fù)正常,而不需人為干預(yù),保證了應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性。同時(shí)文件傳輸模塊應(yīng)具備日志記錄功能,例如可以自行判斷網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài),并做相應(yīng)的記錄,根據(jù)日志文件可以改善網(wǎng)絡(luò)性能和提高運(yùn)行的可靠性。
4.3 FTP服務(wù)器的權(quán)限設(shè)置
通過(guò)在FTP服務(wù)器上設(shè)置不同的用戶訪問(wèn)權(quán)限,可以使不同的應(yīng)用訪問(wèn)不同的FTP目錄,這樣不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間互相隔離,提高了MIS端各應(yīng)用系統(tǒng)的安全性。
5 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)
5.1 實(shí)時(shí)信息的存儲(chǔ)
河北南網(wǎng)SCADA信息在MIS系統(tǒng)端的存儲(chǔ)主要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù),兩者通過(guò)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)向歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入,臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)均以時(shí)間字段為索引建立數(shù)據(jù)表,各數(shù)據(jù)庫(kù)之間的關(guān)系如圖2所示。

5.1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行的各種參數(shù),包括遙測(cè)點(diǎn)值、遙信點(diǎn)值、非遙測(cè)點(diǎn)值、計(jì)算點(diǎn)值,這些數(shù)據(jù)按周期刷新,一般刷新周期為10~20s,刷新頻率高、數(shù)據(jù)量大,通常采用內(nèi)存緩沖區(qū)作為存儲(chǔ)介質(zhì)。在電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息顯示系統(tǒng)中,根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所顯示的廠站畫(huà)面和實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。
5.1.2 臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)
臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將需要保存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)臨時(shí)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中,它的數(shù)據(jù)更新方式如下。
a. 采樣增添數(shù)據(jù)按照歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的保存周期,以增添的方式,將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)采樣數(shù)值添加到臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,一般為1~15min,根據(jù)不同的應(yīng)用可以設(shè)定不同的采樣周期。
b. 定時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)保存當(dāng)日的數(shù)據(jù)信息,在每天零點(diǎn)時(shí)將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)前一天的數(shù)據(jù)導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中前一天的數(shù)據(jù)清空。
在河北南網(wǎng)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)中,臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是按照每15min一個(gè)采樣點(diǎn)、每天96個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣的,臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)主要用于當(dāng)日曲線的顯示。
5.1.3 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)
歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)重要電網(wǎng)參數(shù)信息的存儲(chǔ),它保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中,用于顯示歷史曲線,也可用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的信息做各種類型的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。
5.2 調(diào)度日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)
在MIS系統(tǒng)端,報(bào)表轉(zhuǎn)換程序從每天的調(diào)度報(bào)表文件中讀取的各行列的數(shù)據(jù),按照一定的格式重新整理后寫(xiě)入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中保存起來(lái),再用瀏覽器方式進(jìn)行調(diào)度日?qǐng)?bào)的查詢、顯示。
6 系統(tǒng)完善
對(duì)于SCADA數(shù)據(jù)信息的處理應(yīng)提出一個(gè)全面的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)及發(fā)布的解決方案,建立SCADA信息數(shù)據(jù)庫(kù),使所有的應(yīng)用以這個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù),而不是建立多個(gè)結(jié)構(gòu)、功能重復(fù)的數(shù)據(jù)庫(kù),以保證數(shù)據(jù)信息的唯一性。另外,在保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性方面可根據(jù)應(yīng)用的需要在SCADA端保留主、備2臺(tái)通信服務(wù)器,在 MIS端也要充分考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的主、備等安全工作模式,并注意做好數(shù)據(jù)的備份,解決好數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)年限問(wèn)題。
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