6 数据采集系统

第六章 数据采集系统

6．1 概述

数据采集系统是SUPER POWER8000系统的基础，它主要完成对各种RTU设备各种数据（如遥测、遥信、电度量、SOE、录波数据等）的接收，并将各种操作命令（如遥控、遥调、定值修改、校时等）转发给相应的RTU设备。

对电力调度系统和铁路水电调度系统而言，数据采集系统主要采用串行通信方式，通过电力载波、专线、光纤、电话线路、微波等通道与RTU子站系统连接，子站系统通过某种数据传输协议（如CDT、101以及各厂家自定义协议等）将子站系统的一些自检信息和采集的各种数据（如电流、电压、有功、无功、电度量、开关信号、各种水机信号、录波数据等）传送到数据采集系统，数据采集系统接收分析这些数据的同时，以将SUPER POWER8000系统的各种控制指令（如遥控、遥调、遥设、定值修改、校时、电度冻结等）按相同的协议下发相应的子站系统，从而将整个电力公司或铁路水电段所管辖的各变电站、水电站或者各铁路车站连接成一个整体。

SUPER POWER8000系统用于变电站、水电站时，数据采集系统直接使用各种现场总线（如CAN、RS422/RS485等）、点对点的RS232等方式与各种单元控制设备（如EDCS6000系列、TTG2000系列、各种电度表、温度巡检仪、转速测控仪、PLC、直流屏、励磁屏等）相连，与电力调度系统和铁路水电调度系统相似，这些单元控制设备按各自

6-1

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

的通信协议将所采集的数据信息传送给数据采集系统，数据采集系统按相同的协议对这些信息进行处理，同时将SUPER POWER8000系统的各种控制指令下发各单元控制设备。

6．2 数据采集系统的功能

数据采集系统主要功能包括：

 通道管理：完成通道的打开、关闭、复位；通道初始信息的设定；通道数据的收发及通报；通道故障的检测及自动恢复、报警；通道误码统计；通道工作状态通报。

 通信协议管理：完成通道收发数据按照各自使用协议的双向转换，将通道数据按协议断帧，从数据帧中分离出原始数据，同时将各种操作控制命令翻译成协议数据帧向通道发送；按通信协议的要求完成其自动操作过程；协助通道进行通道误码统计。  厂站设备管理：对各种RTU设备进行管理，根据设备使用的通道和协议，从协议库中选择相应的协议，对使用的通道进行打开、关闭、复位操作；对实时数据库提供设备数据服务，并对设备相关的各种突发事件、故障进行通报；完成对所辖设备的各种操作。

6．3 数据采集系统的结构设计

数据采集系统采用通道、协议、厂站设备三层管理模式，模块化设计，对不同的系统自须选择不同的厂站设备、协议和通道类型，并对他们进行相应的设置即可，结构如图6-1所示。

6-2

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

协议管理 设备管理模块 调度RTU (厂站铁路双电源（子站）卫星时钟（）未来开发的产品GPS )

部颁CDT新世纪CDT部颁模块 101模块模块 通道管理 RTU子站设备 以前，数据采集系统传统做法是将各种设备、协议、通道等模

块集中开发在一个应用程序或动态链接库中，这样新添加一种设备或

6-3

RS232 RS485CANMODEM模块模块模块模块 图6-1 数据采集系统结构框图 SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

协议往往要对整个应用程序或动态链接库进行重新编译、连接，甚至受到各种限制。SUPER POWER8000系统的数据采集系统和以前系统相比具有以下优点：

 技术先进性，采用先进的面向对象的COM（组件对象模型）技术

 优良的可扩展性，各设备模块、协议模块、通道模块可根据需要添加、删除，甚至各模块可热插拔

 语言无关性，各模块只需要按定义好的接口去编程就可以了，至于采用啥编程语言、由何人编写均无要求

 灵活性，各种模块在工程应用时可灵活使用，如某一设备可采用各种协议，亦可采用各种通道进行搭配

6．4 数据采集系统与厂站设备的通信

数据采集系统与厂站设备可采用多种通讯介质和通讯方式，以满足不同用户的需求。

通信介质包括双绞线、电力载波、微波、光纤等，通讯方式由全双工、半双工；同步、异步；各种通信介质和通讯方式可混合使用，以下介绍几种典型的通信网络结构。

6．4．1 点对点通信

点对点通信指一个RTU设备独占一个通道与数据采集系统通信，这种方式结构清晰、实时性好（只与通信速率有关），其结构如图6-2所示。

6-4

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

数据采集系统 专线、电力载波、微波、光纤、市话线路等 这种方式典型应用于电力调度系统，由于电力系统的通讯介质大多采用电力载波，通信速率低，投资较省。

6．4．2 点对多点通信

点对多点通信指一个数据采集系统通道同时与多个RTU设备进行通信，这种方式在采集系统中心设备较少、投资省，实时性与通信速率和RTU设备个数有关。其典型应用于现场总线（如CAN、RS485等，RTU设备集中、通信速率高，如图6-3所示）、铁路双电源系统（RTU设备分散、实时性要求不高，如图6-4所示）等。

6-5

RTU1 图6-2 点对点通信结构图 RTU2 RTUn SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

数据采集系统 CAN、RS485总线（双绞线、光纤等） RTU1 RTU1 图6-3 现场总线点对多点通信网络 数据采集系统 市话网、光纤等 RTU2 RTU2 RTUn RTUn

图6-4 铁路双电源点对多点通信结构图 6-6

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

在图6-4中，可用一个通道对所有RTU设备查询数据完成各种控制，同时还可用一个或几个通道随时接收RTU设备随机传送到中心的一些事故信息。

在工程应用中，可根据用户选择的通讯介质的具体情况及系统的要求混合、灵活地选择子站组网方案。

6．5 数据采集系统与实时数据库的通信

数据采集系统是SUPER POWER8000系统的基础，他将采集的数据送到实时数据库，供其他应用系统调用；同时对其他应用系统的控制命令进行协议转换后，下传到各子站RTU设备。

数据采集系统与实时数据库采用TCP/IP通信，在此，数据采集系统作为服务器（Server）端，提供所辖设备的各种数据服务，如遥测数据、遥信数据、电度量数据、SOE数据、故障录波数据等，同时提供各种控制服务，如遥控、遥调、定值设定、RTU设备校时等。实时数据库或其他应用系统作为客户（Client）在多个数据采集系统中提取所需数据和下达各种控制命令，结构如图6-5所示。

6-7

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

数据采集系统 1 实时数据库 1 实时数据库 2 数据采集系统 2 数据采集系统 N

图6-5 数据采集系统与实时数据库的通信结构图 6．5 数据采集系统的冗余备份

每一个数据采集系统均可进行双机、双网冗余备份，已达到用户高标准、高可靠性要求。

6．5．1 数据采集系统的双机热备份

数据采集系统双机热备份结构图如图6-6所示。

6-8

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

主数据采集系统 心跳线 热备数据采集系统 通信服务器 RTU 设备 图6-6 数据采集系统的双机热备份 当主数据采集系统正常工作时，接受各种网络控制命令，同

时定时发出心跳信息；热备份数据采集系统不接受网络中任何操作控制命令，他自检测主数据采集系统的心跳信息。一旦发现主数据采集系统无心跳信息，立即接管主数据采集系统的工作，同时发出心跳信息。如果主数据采集系统恢复正常，就处于热备份状态。

双数据采集系统也可通过人机界面进行手动切换，强行命令

某一台数据采集系统处于主工作状态，另一台处于热备用状态。

6．5．2 数据采集系统的双网备份

每一个数据采集系统均可安装两片网卡，对网卡设置不同的IP地址，分别接入系统的两个交换机（网段地址不同）中，实现双网备份的目的，结构如图6-7所示。

6-9

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

图6-7 数据采集系统的双网热备份 数据采集系统 1 数据采集系统 2 在双网热备份的数据采集系统中，当双网均正常时，系统根据网络负荷情况自动将负荷分配给两个网络，其中一个网络故障时，另一个网络独自承担所有工作。

6．5．3 子站RTU设备的双机备份

数据采集系统还支持子站RTU设备的双机热备份，当子站RTU设备支持双机热备份工作时，数据采集系统自动适应子站双机热备，如图6-8所示。即主RTU和热备份RTU个占用数据采集系统的一个通道，数据采集系统在主RTU正常时均只与主RTU通信，一旦数据采集系统经过多次联络仍无法与主RTU联络上时，将自动切换到与热备份RTU通信。

6-10

SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

数据采集系统 图6-8 RTU设备的热备份 在RTU设备支持双机热备份自动转换工作时，数据采集系统可根据RTU设备的通告信息进行自动切换。

6．7 数据采集系统的人机界面（HMI）

数据采集系统的所有信息均可通过人机界面进行监视，也可通过单独的信息监视应用程序进行监视。这些信息包括设备运行状态、通道运行状态、通道通信数据原码、经过协议转换后的数据原码等，监视信息可分类、分通道察看。同时通过监视界面可通过安全验证后进行通道的复位、打开、关闭等操作。

6．7．1 数据通信原码监视

数据采集系统的原码按原码位置可分为通道（通道收发数据，

6-11

主RTU热备份RTU设备设备 SUPER POWER8000 系统概要设计V1.0

不进行协议分帧数据）、协议（按通信数据帧）、设备（通过协议转换后的一个一个的原始数据）三种方式显示；按原码性质分为接收数据、发送数据两种方式。在现实窗口可按以上方式组合进行显示。对按设备原码显示还可分成十进制、十六进制、二进制三种方式显示。

因此，工程调试人员可根据这些显示信息灵活、快速解决调试中的通信问题。

6．7．2 数据采集系统的其他界面

数据采集系统的界面还包括对数据采集系统热备份机的状态显示，双机热备的手动切换；通道的手动打开、关闭、复位；以及数据采集系统自身的一些控制、设置信息。

6-12