1、SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) 1、SCADA監(jiān)控系統(tǒng)通信方式（1） 風(fēng)電場(chǎng)SCADA的幾個(gè)術(shù)語 風(fēng)電場(chǎng)SCADA：通常是指監(jiān)視控制整個(gè)站點(diǎn)或分散在廣袤地區(qū)的若干發(fā)電站點(diǎn)的集控系統(tǒng)，該系統(tǒng)/軟件用于在控制中心監(jiān)視、控制、管理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 LCO或RCO：LCO以及RCO分別表示就地控制中 心以及遠(yuǎn)程控制中心。風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)允許用 戶在就地控制中心以及遠(yuǎn)程控制中心監(jiān)視、控制、管 理風(fēng)電機(jī)組或風(fēng)場(chǎng)。 交換機(jī)和路由器：指特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，交換機(jī)用于將風(fēng)電機(jī)組、計(jì)算機(jī)和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聯(lián)接起來；路由器用于在不同的網(wǎng)絡(luò)間接收并轉(zhuǎn)發(fā)信息。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) 風(fēng)電機(jī)組路由器：

2、是指裝設(shè)于風(fēng)電機(jī)組塔底、通過因特網(wǎng)將單臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組與一個(gè)遠(yuǎn)程控制中心聯(lián)接起來的小設(shè)備。這些路由器通常稱為“工業(yè)路由器”或“M2M路由器”（M2M是指機(jī)對(duì)機(jī)）。 控制中心路由器：是指裝設(shè)于監(jiān)控中心站點(diǎn)的路由器。這些路由器可以是以小裝置形式存在的硬件路由器，或是嵌入在Windows或Linux PC版的軟件。 VPN：是指“虛擬專用網(wǎng)絡(luò)”，就是通過一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)（通常是因特網(wǎng)）建立一個(gè)臨時(shí)的、安全的連接，是一條穿過混亂的公用網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定的隧道。它可以通過特殊的加密的通訊協(xié)議在連接在Internet上的位于不同地方的兩個(gè)或多個(gè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)之間建立一條專有的通訊線路，就好比是架設(shè)了一條專線一樣，但

3、是它并不需要真正的去鋪設(shè)光纜之類的物理線路。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)（2）工業(yè)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE制定的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號(hào)和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。工業(yè)以態(tài)網(wǎng)是指應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)的以態(tài)網(wǎng)。它有以下優(yōu)點(diǎn)：基于TCP/IP的以態(tài)網(wǎng)采用國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開放、完善不同廠商設(shè)備容易互聯(lián)具有操作性；可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問、遠(yuǎn)程診斷；可以用不同的傳輸介質(zhì)靈活組合（如同軸電纜，雙絞線，光纖等），網(wǎng)絡(luò)速度快，可達(dá)千兆甚至

4、更多；支持冗余連接配置，數(shù)據(jù)可達(dá)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)有多條通路可達(dá)目的地；容量幾乎無限制，不會(huì)因系統(tǒng)增大而出現(xiàn)不可預(yù)料的故障，有成熟可靠的系統(tǒng)安全體系；可降低投資成本。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)（3）風(fēng)電場(chǎng)SCADA監(jiān)控的組網(wǎng)方式 風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)組網(wǎng)包括數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)如下圖所示，主要是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，由各設(shè)備PLC 直接將數(shù)據(jù)上送至交換機(jī)，通過交換機(jī)與風(fēng)電場(chǎng)光纖以太網(wǎng)環(huán)路相連接，保證風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)示意圖SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) 常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有四種：總線型、星型、樹型和環(huán)型?？偩€型：總線型網(wǎng)絡(luò)指各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)通過線路

5、依次串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)?？偩€型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是組網(wǎng)簡(jiǎn)單，但信息傳輸占用同一物理鏈路，信號(hào)傳輸速率受到限制 。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) 星型網(wǎng)絡(luò)是指某一結(jié)點(diǎn)與其他結(jié)點(diǎn)均有物理鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是主結(jié)點(diǎn)與其他結(jié)點(diǎn)均有獨(dú)立的傳輸鏈路，信息傳輸速率高，信息獨(dú)立，保密性好，但組網(wǎng)復(fù)雜，成本高。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是指依次將各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)連接后，將鏈路首尾結(jié)點(diǎn)也連接的網(wǎng)絡(luò)，它使數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢礞溌酚?個(gè)方向，但在數(shù)據(jù)傳輸過程中，必須考慮數(shù)據(jù)沖突問題。樹型網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)呈樹狀排列的層次結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)包含多個(gè)分支，每個(gè)分支又可以包含多個(gè)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)按層次連接。其優(yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，易于擴(kuò)展，故障容易分離和處理。但是這種

6、結(jié)構(gòu)可靠性不高，其中任何一個(gè)工作站或者鏈路的故障都會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。與星型網(wǎng)絡(luò)相比，有很多相似的優(yōu)點(diǎn)，只是樹型的擴(kuò)展性更好而已。 SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)實(shí)際在風(fēng)電場(chǎng)由于風(fēng)機(jī)數(shù)量較多，且相互之間的距離較遠(yuǎn)，一般多采用樹型和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組之間的通信網(wǎng)絡(luò)多用環(huán)形，目前有以下幾種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)苇h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu) ：中央監(jiān)控服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)各風(fēng)機(jī)使用同一環(huán)網(wǎng) ，建議此方案建議應(yīng)用在風(fēng)機(jī)較少項(xiàng)目（10臺(tái)以下）上 。風(fēng)機(jī)單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)多環(huán)網(wǎng)接入服務(wù)器結(jié)構(gòu)：多環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)及現(xiàn)場(chǎng)線路復(fù)雜的要求，并保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)性、高效性(10臺(tái)以上

7、)。網(wǎng)卡連接多環(huán)網(wǎng) ：交換機(jī)通過多網(wǎng)卡進(jìn)入各環(huán)網(wǎng)，這樣通過物理連接確保各環(huán)網(wǎng)信息的獨(dú)立性 。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)中心交換機(jī)連接各環(huán)網(wǎng) ：使服務(wù)器端增強(qiáng)了可擴(kuò)展性，將其他外圍服務(wù)器或終端接入風(fēng)機(jī)通訊網(wǎng)，利于后期新增風(fēng)機(jī)功能 。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)多環(huán)相切結(jié)構(gòu) ：是指服務(wù)器已接入一風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)，其他風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)通過交換機(jī)切入此風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)各風(fēng)機(jī)環(huán)網(wǎng)接入同一環(huán)網(wǎng)，對(duì)此環(huán)的帶寬占用較多，對(duì)風(fēng)機(jī)通訊速度有影響，但適合現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)極為復(fù)雜線路。 多環(huán)相切結(jié)構(gòu) SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)（4）風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)卡：網(wǎng)卡（Network Interface Card，簡(jiǎn)稱NIC），也稱網(wǎng)絡(luò)適

8、配器，是計(jì)算機(jī)連接局域網(wǎng)的基本部件。在構(gòu)建局域網(wǎng)時(shí)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)上必須安裝網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的功能主要有兩個(gè)：一是將電腦的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，并通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上；二是接收網(wǎng)絡(luò)上傳過來的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到電腦中。 集線器 ：就是我們通常見到的“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集線器的主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。它工作于OSI參考模型第二層，即“數(shù)據(jù)鏈路層”。 SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)交換機(jī)（Switch）：它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，從外觀上來看的話，它與集線器基本上沒有多大區(qū)別，都是帶有多個(gè)端口的長(zhǎng)方形盒狀體。交換機(jī)是按

9、照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。因用途不同交換機(jī)的相關(guān)性能也不同，見下表：SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)路由器：用于在不同的網(wǎng)絡(luò)間接收并轉(zhuǎn)發(fā)信息。路由器主要有以下三個(gè)功能：第一，網(wǎng)絡(luò)互連：路由器支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接口，主要用于互連局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互相通信；第二，數(shù)據(jù)處理：提供包括分組過濾、分組轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu)先級(jí)、復(fù)用、加密、壓縮和防火墻等功能； 第三，網(wǎng)絡(luò)管理：路由器提供包括路由器配置管理、性能管理、容錯(cuò)管理和流量控制等功能。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)（5）風(fēng)電場(chǎng)

10、SCADA系統(tǒng)通信協(xié)議 通信協(xié)議：是指通信雙方的一種約定，約定包括對(duì)數(shù)據(jù) 格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程。 通信協(xié)議具有層次性、可靠性和有效性。局域網(wǎng)中常用的通信協(xié)議主要包括TCP/IP、NETBEUI和IPX/SPX三種協(xié)議，每種協(xié)議都有其適用的應(yīng)用環(huán)境。 TCP/IP協(xié)議：是目前最常用的一種通信協(xié)議。 TCP/IP是由一組具有專業(yè)用途的多個(gè)子協(xié)議組合而成的，這些子協(xié)議包括TCP、IP、UDP、ARP、ICMP等。TCP/IP憑借其實(shí)現(xiàn)成本低、靈活性、在多平臺(tái)間通信安全可靠以及可路由

11、性等優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展，并成為Internet中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。目前，TCP/IP已經(jīng)成為局域網(wǎng)中的首選協(xié)議，在最新的操作系統(tǒng)（如Windows XP、Windows Server2003等）中已經(jīng)將TCP/IP作為其默認(rèn)安裝的通信協(xié)議。 SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) NETBEUI協(xié)議：NETBEUI協(xié)議由NETBIOS（網(wǎng)絡(luò)基本輸入輸出系統(tǒng)）發(fā)展完善而來，該協(xié)議只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置和較少的網(wǎng)絡(luò)資源消耗，并且可以提供非常好的糾錯(cuò)功能，是一種快速有效的協(xié)議。不過由于其有限的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支持（最多支持254個(gè)節(jié)點(diǎn)）和非路由性，使其僅適用于基于Windows操作系統(tǒng)的小型局域網(wǎng)中。 IPX/SPX協(xié)議：該協(xié)議主要應(yīng)

12、用于基于NetWare操作系統(tǒng)的Novell局域網(wǎng)中，基于其他操作系統(tǒng)的局域網(wǎng)（如Windows Server 2003）能夠通過IPX/SPX協(xié)議與Novell網(wǎng)進(jìn)行通信。在Windows 2000/XP/2003系統(tǒng)中，IPX/SPX協(xié)議和NetBEUI協(xié)議被統(tǒng)稱為NWLink 。（novell網(wǎng)與internet網(wǎng)區(qū)別：novell網(wǎng)是局域網(wǎng)的一種，是局部小范圍使用的。Intenet是廣域網(wǎng)，是世界性的。novell網(wǎng)可以加入到Intenet中。novell網(wǎng)所使用的協(xié)議，不能和Windows網(wǎng)通訊。如果novell網(wǎng)要上Intenet,必須安裝TCP/IP協(xié)議 。NETWARE屬基于服

13、務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)越來越少人使用。但其優(yōu)點(diǎn)非常顯著，在NETWARE做文件服務(wù)時(shí)，可靠性及效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于MicroSoft的系統(tǒng)，這些特點(diǎn)使用的有些網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)型的系統(tǒng)，如網(wǎng)吧還是選用基本NOVELL作骨干） SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)2、風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)軟件構(gòu)成（1）軟件環(huán)境 操作站和服務(wù)器用的是軟件環(huán)境一般使用的有LINUX ,微軟的WIDOWS NT/XP 環(huán)境等 。（2）支撐平臺(tái) SCADA 系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，圖形管理系統(tǒng)，報(bào)表管理系統(tǒng)，系統(tǒng)管理系統(tǒng)組成，各個(gè)系統(tǒng)完成各自的功能。 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)一般具有以下功能：數(shù)據(jù)的快速存取,數(shù)據(jù)的組織,數(shù)據(jù)之間關(guān)

14、系的建立,電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的建立，標(biāo)準(zhǔn)的訪問接口。 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)通信以獨(dú)立進(jìn)程運(yùn)行，以COM 接口方式與其它應(yīng)用接口，它接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，送給數(shù)據(jù)需求方，其它應(yīng)用把要求發(fā)送的數(shù)據(jù)提交給網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)發(fā)送。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì) 圖形管理系統(tǒng)提供功能豐富、操作方便的圖形編輯器，通過圖形制導(dǎo)錄入數(shù)據(jù)的功能，可直觀地通過圖形上的設(shè)備，如風(fēng)電機(jī)組、開關(guān)、變壓器、母線等及其設(shè)備組，把相應(yīng)的遙信、遙測(cè)及其它參數(shù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)，還集成了地理信息系統(tǒng)和機(jī)組結(jié)構(gòu)圖監(jiān)測(cè)的功能。 系統(tǒng)管理系統(tǒng)主要包括安全管理、分布式網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)自診斷管理、定時(shí)任務(wù)管理等。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)3、國(guó)內(nèi)外著名風(fēng)電SCAD

15、A系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）GH SCADA GH SCADA風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱GH SCADA），是英國(guó)Garrad Hassan伙伴公司總結(jié)其多年開發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，專門為風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 其現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)基于MODBUS 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它可以在簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)上使用較快的TCP/IP 協(xié)議，運(yùn)行在WIDOWS NT 上，軟件系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)開放接口（OPC ODBC 和網(wǎng)頁技術(shù)）,所有的局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程用戶訪問都通過用戶訪問和易遠(yuǎn)程訪問的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問系統(tǒng)（IE Netscape Navigator），每個(gè)風(fēng)機(jī)和氣象站，電網(wǎng)端都接有一個(gè)遠(yuǎn)程接口單元（

16、RIU），通過RIU 對(duì)本地設(shè)備進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，然后通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)方監(jiān)控器上。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)GH SCADA系統(tǒng)典型系統(tǒng)示意圖SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)GH SCADA整個(gè)系統(tǒng)包括： 每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處的一個(gè)RIU 測(cè)風(fēng)塔上的一個(gè)RIU 變電站處的一個(gè)RIU 控制室內(nèi)的一個(gè)GH SCADA服務(wù)器和一個(gè)19寸的監(jiān)視器 一個(gè)備用的RIU，一臺(tái)打印機(jī) 多語言包括中文的GH SCADA軟件系統(tǒng) （2）美國(guó)SECOND WIND 賽風(fēng)公司 賽風(fēng)公司通過有線，無線，光纖連接風(fēng)機(jī)，氣象站，變電站，和操作中心，賽風(fēng)公司使用的是一個(gè)叫CTM (communicating turbine monito

17、rs)的監(jiān)視器，放在風(fēng)機(jī)里，氣象站的操作建筑物里面，然后和變電站的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行連接，它集靈敏RTU，數(shù)據(jù)記錄，和高隔離通路為一身，完成當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)處理，并通過通訊協(xié)議上傳至監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)SECOND WIND SCADA 系統(tǒng)示意圖SCADA監(jiān)控組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)（3）南瑞NS2000W 風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)是在原有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)NS2000 的基礎(chǔ)上，針對(duì)風(fēng)電監(jiān)控的特殊需求定制開發(fā)的。NS2000W 由2 層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括站控層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和間隔層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)站控層各個(gè)工作站之間和來自間隔層的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問請(qǐng)求。其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）模型。硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈路用以太網(wǎng)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率100 Mb/s，站控層網(wǎng)絡(luò)按雙網(wǎng)配置。 間隔層設(shè)備通過交換機(jī)