今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
前言
城市軌道交通的電力系統主要由提供機車電力驅動的變電站和車站供電的變電站組成。電力系統的監控通過SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統，即“數據采集和監控”系統來實現。
城市軌道交通SCADA系統通常包括調度主站系統，變電站綜合自動化系統和所間通信通道三部分構成。其中控制中心調度主站系統通過通信專業提供的通信通道與變電所主控單元進行信息交換；變電所綜合自動化系統通過所內通信網與所內IED裝置通信，通過通信通道與調度主站進行通信，變電所綜合自動化系統由站控主單元和所內通信網及其他廠家IED裝置組成。
1 調度主站系統
城市軌道交通調度主站系統，是個十分復雜的分布式軟件系統。
除了要求系統能安全、可靠的運行外，還需根據軌道交通建設的特點，充分考慮其擴展性：在系統構成上，應采用開放式網絡體系架構以及成熟的國際標準規約，確保系統更新（包括軟硬件的升級換代、運營模式的調整以及容量的擴充與功能的增加等）時，盡可能保護利用原有的硬件資源與軟件成果，不為系統結構限制。同時考慮既有的與再建擴建系統的銜接與擴充。
開放的調度主站系統應能夠支持各種硬、軟件平臺。例如：硬件平臺支持各種64位RISC結構CPU的高端計算機，Intel 32位CISC結構奔騰CPU的PC機（Intel 64位EPIC結構安騰CPU的計算機即將進入應用）。操作系統平臺支持各種64位Unix和32位Windows（支持EPIC的64位Unix和Windows即將進入應用）。數據庫平臺支持各種主流商用數據庫Oracle、Sybase等。
以下以地鐵六號線為例，對調度主站系統簡要說明：
如圖1所示：沿著數據流的走向，城市軌道交通調度主站系統主要由如下幾個子系統組成：數據采集和SCADA服務器，數據庫服務器，操作員工作站，WEB服務器等，它們通過冗余100M以太網連接。
這里需要做個簡單說明：一般情況下數據庫服務器單獨配置機器，SCADA同數據采集可合到一塊，統稱為SCADA服務器，調度員界面單獨配置機器。
其中：
數據采集和SCADA服務器利用隔離的數據采集網，接收被控站通過通信系統專用透明以太網絡通道上傳的生數據，將其處理成熟數據后，從SCADA服務器后端的雙網提供給全系統其他節點機使用。
安裝了商用數據庫服務器的機器叫做數據庫服務器，它的功能是負責把系統的所有YC、YX、KWH、通道、廠站、接點的參數存儲到硬盤上，負責把所有的歷史數據存儲到硬盤上，歷史服務器一般冗余配置兩臺。為保證雙機數據庫的絕對一致性，可配置共享磁盤陣列。歷史數據庫保存報表、曲線的歷史數據和事件、操作的歷史記錄。有時還保存實時處理的描述參數。
調度員工作站（OPU），顧名思義就是供調度員進行數據監視，瀏覽的工作站，操作員工作站子系統為操作員提供友好的全圖形操作人機界面。各種典型操作的過程和模式總結積累行業經驗，符合行業習慣。一般調度員工作站只運行圖形界面的程序用以監視實時數據。
運行WEB程序的節點叫做WEB服務器。WEB服務器為實時系統之外的人士提供瀏覽實時畫面的方便手段。本企業的人士可以通過企業網寬帶，使用I.E.瀏覽器方便地瀏覽實時畫面。遠程人士可以通過電話撥號網瀏覽實時畫面。
2 變電站綜合自動化系統
變電所綜合自動化不僅可以完成傳統的RTU功能，還可以實現變電所各種設備的監控功能：包括各個設備的電流、電壓、功率、電度采集和電氣一次設備的控制、監視、聯動、聯鎖、閉鎖功能、自動投切等。
變電所綜合自動化系統的系統結構由站控層（站控主單元），間隔層（每個電力設備IED裝置）和所內通信網三部分組成。
站控主單元是整個變電所綜合自動化系統的核心，它負責從間隔層獲取來自現場不同類型的實時數據，并通過所間通道（通信專業提供）向控制中心調度主站發送變電所操作、事故、預告等信息，接收來自調度或當地維護計算機下發的控制命令并送達間隔層執行。變電站內先進的網絡架構，使得通信技術扮演起重要角色。在通信中，站控主單元為通信主站，微機保護裝置為通信從站。在常用的站控層單機方案中，通信呈現一主多從模式。
間隔層設備通常由保護裝置組成，一般通信接口物理層為RS485，應用層多采用各種現場總線規約，如MODBUS，也有一些通信功能較強的保護裝置支持標準電力遠動規約，如DNP3.0或IEC60870-5-103等。
所內通信網由信號屏側的交換機和開關柜側的以太網轉換設備組成。目前先進的所內通信網通常采用光纖以太交換網，配置一臺模塊式純光纖100M以太網交換機，在所內通信的帶寬和抗干擾能力上明顯提高。交換機具有用于連接不同設備群的光纖以太網接口，滿足變電所綜合自動化系統控制、測量、保護的通信技術要求；在開關柜側配置以太網轉換裝置。轉換裝置與開關柜內微機保護和IED設備的接口為標準RS485。以太網轉換裝置的網絡拓撲優化設計，能夠將傳統的多個裝置串接的共享式總線網，提升為每個裝置直接上聯的獨享式輻射網。高實時性并行聯網方案中任何裝置的實時數據更新周期將提高數倍。
下表是上海部分運營線路的技術數據：
3 所間通信通道
所間通信通道采用冗余方案，通信軟件采用冗余線程，保證系統的可靠性。目前流行的所間通信主干網結構如圖2所示：
目前上海軌道交通已實施方案中的所間骨干網的性能比較如下：
從上表中可以看出：方案1或方案2使用通信系統提供的串口，方案3采用的是IP over SDH，方案4是真正的城域以太網技術，通信系統僅提供傳輸介質。
從通信質量上來看，方案1或方案2使用通信系統提供的串口時，可以直接發現誤碼，比較直觀；在方案3或方案4中，應用軟件采用TCP建鏈，保證在以太網通訊中獲得可靠數據，通信傳輸系統的通信質量問題轉化為以太網通訊的穩定性問題。這些可以通過以太網測試儀的測試數據得知。
筆者觀察到：在方案3中，當通信傳輸設備通信質量較差時，以太網的連續ping丟包。丟包嚴重程度甚至從1/10到1/2不等，甚至有時在2-3天期間，某個網一直處于不可用狀態。隨著城域以太網設備，標準，協議各方面技術的成熟，城域以太網技術正以其布設簡單，帶寬可擴展以及內部開銷低等特點進入基礎主干網，其高性價比發揮了越來越多的優勢，使得方案4受到市場的青睞。
目前在上海軌道交通六號線，八號線均采用了方案4的技術，網絡拓撲結構為環網。
結語
伴隨著快速發展的計算機技術和工業以太網絡通信技術，今后可以結合相互關聯的其他輔助監控系統，考慮平臺一致性、網絡架構最優化、系統安全性和開放性，制定一個適合中遠期的發展體系結構。
參考文獻:
1. A Generalized Concept for Development and Integra2 tion of SCADA/EMS/DMS. Hong Kong : Proc. of ICEE99 ,1999 --Gao Mingyan.
2. 變電站自動化系統的結構和傳輸規約----電網技術，1998 譚文恕
3. 現場總線與工業以太網及其應用系統設計--工業自動化新技術叢書---人民郵電出版社，2006
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號