蘭州鐵路局牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)整合為SCADA系統(tǒng)

1、蘭州鐵路局牽引供電SCADA系統(tǒng)方案【作者】孔中秋靳東【機(jī)構(gòu)】蘭州鐵路局供電處【摘 要】: 遵循鐵道部“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施” 整合牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)的原則，針對將既有牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)整合為SCADA大調(diào)度系統(tǒng)、對多條電氣化鐵路進(jìn)行集中監(jiān)控和調(diào)度的特點，本文在深入了解既有鐵路遠(yuǎn)動系統(tǒng)運行現(xiàn)狀和特點的基礎(chǔ)上，充分分析整合的設(shè)計思想、總體設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究蘭州鐵路局牽引供電SCADA系統(tǒng)方案?！娟P(guān)鍵詞】：SCADA、調(diào)度端、方案、牽引、整合一、引言根據(jù)蘭州鐵路局整體規(guī)劃，供電調(diào)度主站實用于既有鐵路，預(yù)留新建鐵路電氣化遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備接入能力，滿足蘭州局遠(yuǎn)期電氣化鐵路發(fā)展的需求。根據(jù)蘭州鐵路局供電調(diào)度管理

2、的業(yè)務(wù)特點，牽引調(diào)度SCADA分布式調(diào)度管理自動化系統(tǒng)的設(shè)計主要圍繞系統(tǒng)的功能完備性和運行高效性兩個方向來進(jìn)行。功能完備性使得用戶在實際業(yè)務(wù)操作過程中所需要的應(yīng)用功能都被系統(tǒng)涵蓋；而運行高效性保證所有的應(yīng)用功能在這個規(guī)模巨大的系統(tǒng)中能夠輕松流暢的完成。為此，分布式調(diào)度管理自動化系統(tǒng)將系統(tǒng)中的應(yīng)用功能按照獨立子系統(tǒng)模塊設(shè)計實現(xiàn)，利用分布式運算系統(tǒng)，整合多服務(wù)器的運算能力，實現(xiàn)對復(fù)雜巨大系統(tǒng)的支撐。二、總體設(shè)計 本分布式調(diào)度管理自動化系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，以企業(yè)服務(wù)總線（ESB）為系統(tǒng)核心，利用微軟公司的COM/DCOM組件技術(shù)構(gòu)建。人機(jī)界面層（HMI）處理用戶交互過程，包括各種數(shù)據(jù)的圖形化顯示、

3、語音信息處理和用戶操作響應(yīng)等。數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)的存儲及訪問。業(yè)務(wù)邏輯層處在人機(jī)界面和數(shù)據(jù)層之間，負(fù)責(zé)處理各種業(yè)務(wù)邏輯。如圖所示： 監(jiān)控平臺層次關(guān)系圖各個業(yè)務(wù)邏輯處理模塊都遵循ESB通信規(guī)范，可以通過簡單的掛接/卸載操作與系統(tǒng)平臺進(jìn)行組合部署。任何遵循ESB通訊規(guī)范的邏輯處理模塊也可以直接掛接進(jìn)平臺并通過ESB向外提供服務(wù)。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示：監(jiān)控平臺系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖三、SCADA系統(tǒng)方案1、SCADA調(diào)度所系統(tǒng)方案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)主要硬件設(shè)備分組包括：局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、調(diào)度臺、調(diào)度管理臺、維護(hù)及域名管理臺、服務(wù)器組、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、其它配套設(shè)備等。其系統(tǒng)的配置原理如圖所示：2、局域網(wǎng)設(shè)置方

4、案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，分別獨立設(shè)置了數(shù)據(jù)處理網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、光纖存儲網(wǎng)(SAN)和接口局域網(wǎng)，這4個子網(wǎng)相互獨立，從而實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與通信數(shù)據(jù)的分流，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高了系統(tǒng)響應(yīng)時間。3、調(diào)度臺設(shè)置方案因為今后的蘭寶客運專線以及蘭新、蘭渝客運專線將采用CTC自動列車控制模式，鐵路沿線每隔2公里左右將設(shè)置為通信、信號專業(yè)供電的箱式變電所，所以電力配電系統(tǒng)的被控站點數(shù)量眾多；并且嘉紅線以及在建的客運專線牽引供電系統(tǒng)一般采用AT供電，被控站點數(shù)也較普速牽引供電系統(tǒng)的多；此外，牽引供電系統(tǒng)側(cè)重于運行調(diào)度，是整個鐵路安全運營的核心，所以SCADA調(diào)度所系統(tǒng)配置了2臺工

5、作站級計算機(jī)，互為熱備用。本方案采用每400500km設(shè)置一個牽引調(diào)度臺的配置原則，每個牽引調(diào)度臺配置2臺調(diào)度工作站計算機(jī)，管轄912個牽引變電所?？紤]到牽引調(diào)度臺的監(jiān)管范圍較大，且由于采用了AT供電方式，牽引供電系統(tǒng)的被控站數(shù)量也有所增加，為了擴(kuò)大調(diào)度員的監(jiān)視視野，每臺調(diào)度工作站采用三臺顯示器的多屏顯示配置方案，使操作員可以同時監(jiān)視多幅主接線畫面，或同時監(jiān)視主接線、報警窗口及報表記錄等畫面。4、服務(wù)器組設(shè)置方案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)包括SCADA數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)動通信管理、歷史數(shù)據(jù)存儲、接口管理及WEB發(fā)布等，根據(jù)上述不同的業(yè)務(wù)處理類型，CADA調(diào)度所系統(tǒng)中的服務(wù)器組按照不同的處理業(yè)務(wù)，

6、分別設(shè)置了接口服務(wù)器組、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組、應(yīng)用及通信服務(wù)器組。接口服務(wù)器組中包括接口服務(wù)器、WEB服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組中包括配置服務(wù)器、備份服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器。其中接口服務(wù)器、WEB服務(wù)器、配置服務(wù)器、備份服務(wù)器的數(shù)量采用固定配置，而歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用及通信服務(wù)器的數(shù)量將根據(jù)系統(tǒng)的監(jiān)控容量而變化。5、應(yīng)用及通信服務(wù)器設(shè)置方案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控容量配置可變數(shù)量的應(yīng)用及通信服務(wù)器組，用于SCADA數(shù)據(jù)的分析處理、報警記錄，以及實現(xiàn)與被控站設(shè)備的遠(yuǎn)程通信功能。每組應(yīng)用及通信服務(wù)器采用雙機(jī)冗余配置，熱備工作方式。當(dāng)組內(nèi)的2臺應(yīng)用及通信服務(wù)器均故障時，其SCADA處理業(yè)務(wù)可以部署到任何一

7、組的任何一臺應(yīng)用及通信服務(wù)器上，從而實現(xiàn)了雙機(jī)熱備加N1冷備的雙重備用方式，大大提高了SCADA業(yè)務(wù)處理的可靠性。應(yīng)用及通信服務(wù)器組的數(shù)量將根據(jù)調(diào)度所所監(jiān)管的線路長度，亦即所需處理的監(jiān)控點數(shù)而定。根據(jù)所選的通用SCADA平臺軟件的特性，每9萬個監(jiān)控I/O點配置1組應(yīng)用及通信服務(wù)器組。6、存儲系統(tǒng)配置方案存儲系統(tǒng)采用SAN存儲局域網(wǎng)，為SCADA調(diào)度所系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)及靜態(tài)數(shù)據(jù)的本地存儲及備份提供服務(wù)。存儲系統(tǒng)采用SAN存儲局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，共配置2臺冗余備用的SAN全光纖交換機(jī)，1臺RAID5光纖磁盤陣列，1臺光纖磁帶庫。7、調(diào)度管理臺設(shè)置方案調(diào)度管理臺設(shè)置1套調(diào)度長及統(tǒng)計分析工作站、1套維修管理工作

8、站。其中，調(diào)度長及統(tǒng)計分析工作站用于全面了解所有監(jiān)管線路供電系統(tǒng)的運行狀況、動態(tài)調(diào)整調(diào)度臺的監(jiān)管范圍、管理并分配調(diào)度員工作權(quán)限、調(diào)度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能。維修管理工作站亦即供電維修管理信息系統(tǒng)（PMMIS）的遠(yuǎn)程終端，主要用于完成設(shè)備履歷查詢、停送電計劃簽收等功能。為了方便調(diào)度管理工作、擴(kuò)大其工作監(jiān)視視野，調(diào)度長及統(tǒng)計分析工作站、維修管理工作站均采用多屏顯示器的配置方案，每個工作站配置三臺液晶顯示器。8、維護(hù)及域名管理臺設(shè)置方案維護(hù)及域名管理工作站一方面承擔(dān)著SCADA系統(tǒng)的維護(hù)管理工作，如靜態(tài)數(shù)據(jù)、畫面的增、刪、修、查等工作。同時，還承擔(dān)著對調(diào)度所內(nèi)的所有計算機(jī)系統(tǒng)的IT管理工作，如域的建立

9、與維護(hù)等?？紤]到SCADA調(diào)度所系統(tǒng)在終極規(guī)模時，系統(tǒng)所監(jiān)管的線路眾多，維護(hù)管理工作覆蓋范圍大，因此系統(tǒng)配置了2臺維護(hù)及域名管理工作站，這2臺工作站即可并行工作，同時也互為備用。9、時鐘同步系統(tǒng)設(shè)置方案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)配置一套NTP時鐘服務(wù)器系統(tǒng)。在正常工作情況下，該NTP時鐘服務(wù)器作為NTP客戶端，接收來自各電氣化鐵路時鐘系統(tǒng)的時鐘信號并據(jù)此同步SCADA調(diào)度所系統(tǒng)內(nèi)各計算機(jī)節(jié)點的時鐘，并通過應(yīng)用及通信服務(wù)器以NTP協(xié)議同步各被控站系統(tǒng)的時鐘。考慮到建設(shè)初期，當(dāng)某些電氣化鐵路時鐘系統(tǒng)不具備接入條件或系統(tǒng)母鐘實效時，該NTP時鐘服務(wù)器將以其自帶的GPS時鐘信號作為時鐘源，據(jù)此同步SCADA

10、調(diào)度端系統(tǒng)的時鐘。10、打印機(jī)設(shè)置方案SCADA調(diào)度所系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)打印機(jī)、畫面拷貝機(jī)、維護(hù)打印機(jī)，用于監(jiān)控數(shù)據(jù)的打印、用戶畫面的拷貝及維護(hù)數(shù)據(jù)的打印。打印機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)配置方式，連接到數(shù)據(jù)處理網(wǎng)上。畫面拷貝機(jī)及維護(hù)打印機(jī)為系統(tǒng)共用設(shè)備，每個調(diào)度所系統(tǒng)均配置1臺。數(shù)據(jù)打印機(jī)的數(shù)量與調(diào)度臺的設(shè)置有關(guān)，每個牽引調(diào)度臺、電力調(diào)度臺數(shù)據(jù)分別配置一臺數(shù)據(jù)打印機(jī)。11、網(wǎng)絡(luò)安全及病毒防護(hù)方案SCADA調(diào)度所的硬件配置還充分考慮到網(wǎng)絡(luò)安全及管理的需要，在所有與外部系統(tǒng)的接口處均設(shè)置硬件防火墻，并在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部部署IPS防入侵檢測系統(tǒng)以保護(hù)內(nèi)網(wǎng)安全，防止非法數(shù)據(jù)入侵。同時還配置專用的網(wǎng)管工作站以管理及監(jiān)視遠(yuǎn)程數(shù)

11、據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的運行。此外，系統(tǒng)還設(shè)置獨立的網(wǎng)絡(luò)病毒防護(hù)工作站，用于SCADA調(diào)度所系統(tǒng)內(nèi)所有計算機(jī)病毒的防護(hù)。12、被控站系統(tǒng)方案SCADA被控站系統(tǒng)包括牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)、接觸網(wǎng)開關(guān)控制站（含接觸網(wǎng)開關(guān)無線遙控系統(tǒng)、接觸網(wǎng)開關(guān)光纖監(jiān)控裝置）。12.1牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)方案牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)包括變電所、AT分區(qū)所、開閉所、AT所的綜合自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)運用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，采用模塊化、分層分布式結(jié)構(gòu)，本著分散控制、集中監(jiān)控的原則設(shè)計，完成各所牽引變壓器、自耦變壓器、動力變壓器、饋線和并聯(lián)電容補償設(shè)備等一次設(shè)備的保護(hù)、控制、測量、通信功能。12.2接觸網(wǎng)開關(guān)控制站方案接觸網(wǎng)開關(guān)控

12、制站采用基于光纖通信接口的分布式控制技術(shù)，模塊化的體系結(jié)構(gòu)，集監(jiān)視、控制與光纖通信技術(shù)為一體，完成對樞紐站場內(nèi)或區(qū)間的電動隔離開關(guān)的集中監(jiān)控功能, 實時采集接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)運行狀態(tài)，并與SCADA調(diào)度所系統(tǒng)或牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通信，向調(diào)度所系統(tǒng)發(fā)送現(xiàn)場設(shè)備運行信息，并在調(diào)度所系統(tǒng)指令下實現(xiàn)各種遙控和遙信功能12.2.1接觸網(wǎng)開關(guān)無線遙控系統(tǒng)方案接觸網(wǎng)開關(guān)無線遙控系統(tǒng)集監(jiān)視、控制與通信技術(shù)為一體,完成對接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)的遠(yuǎn)方集中監(jiān)控，實時采集接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)運行狀態(tài)，并與蘭州鐵路局牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)整合SCADA系統(tǒng)調(diào)度端系統(tǒng)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通信，向調(diào)度端系統(tǒng)發(fā)送現(xiàn)場設(shè)備運行信息，并在調(diào)度所系統(tǒng)指令下實現(xiàn)遙控和遙信功能12.2.2接觸網(wǎng)隔離開關(guān)光纖監(jiān)控裝置方案接觸網(wǎng)隔離開關(guān)光纖監(jiān)控裝置采用模塊化的體系結(jié)構(gòu)，集監(jiān)視、控制與通信功能為一體,，用以在接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)本體處完成對對其的控制、實時數(shù)據(jù)采集功能，并通過光纖通訊與接