風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(Supervisory ControlAnd Data Acquisition，SCADA)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面的發(fā)展已經(jīng)比較完善，但是由于風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行、控制、維護(hù)、并網(wǎng)等具有諸多的特殊性，必然要求S(心系統(tǒng)能夠加強(qiáng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰?，提?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/數(shù)據(jù)傳輸">數(shù)據(jù)傳輸的實(shí)時(shí)性和可靠性，因此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行研究具有重大的實(shí)際意義.

　　1 SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式

　　數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕饔檬菍?shí)現(xiàn)各站點(diǎn)之間的信息互換.選擇好的數(shù)據(jù)傳輸方式可以加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，并且還有助于系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，起到事半功倍的效果.現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)主要由以下3部分組成：

　　1)就地監(jiān)控部分：布置在每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的控制柜內(nèi).每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的就地控制能夠?qū)Υ伺_(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集.

　　2)中央監(jiān)控部分：一般布置在風(fēng)電場(chǎng)控制室內(nèi).工作人員能夠根據(jù)畫面的切換隨時(shí)控制和了解風(fēng)電場(chǎng)同一型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和操作.

　　3)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分：根據(jù)需要布置在不同地點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制.遠(yuǎn)程控制目前一般通過(guò)調(diào)制解調(diào)器或電流環(huán)等通訊方式訪問(wèn)中控室主機(jī)進(jìn)行控制.

　　1.1就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間的傳輸方式

　　就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸主要是指下位機(jī)控制系統(tǒng)能將下位機(jī)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障情況通過(guò)專用的數(shù)據(jù)傳輸裝置和接口電路與中央監(jiān)控室的上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，同時(shí)上位機(jī)能傳達(dá)對(duì)下位機(jī)的控制指令，由下位機(jī)的控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能.根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況，上、下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸有如下特點(diǎn)：

　　1)一臺(tái)上位機(jī)能監(jiān)控多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，屬于一對(duì)多的通訊方式;

　　2)下位機(jī)能夠獨(dú)立運(yùn)行，并能與上位機(jī)通訊;

　　3)上、下位機(jī)之間安裝距離較遠(yuǎn)，一般有1 000--5000m：

　　4)下位機(jī)之間安裝距離也較遠(yuǎn)，一般大于風(fēng)輪直徑的3～5倍，即100--300 m;

　　5)上、下位機(jī)的通訊軟件必須協(xié)調(diào)一致，并應(yīng)開發(fā)相應(yīng)的工業(yè)控制專用功能.

　　為適應(yīng)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰偷乇O(jiān)控與中央監(jiān)控之間可以采用如下幾種數(shù)據(jù)傳輸方式：

　　1)異步串行通訊，用RS422或RS-485通訊接口.所謂串行通訊，是用一條信號(hào)線傳輸一種數(shù)據(jù).因此，上位機(jī)通過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-422或RS-485串行接口總線數(shù)據(jù)傳輸方式與各下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可節(jié)省大量通信電纜，用最少的信號(hào)線來(lái)完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，并且RS-422和RS-485串口傳輸速率指標(biāo)也是不錯(cuò)的，在1 000 m以內(nèi)傳輸速率可達(dá)100 kb/s.由于所用傳輸線較少，所以成本較低，很適合風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用.同時(shí)，因?yàn)榇朔N通訊方式的通訊協(xié)議比較簡(jiǎn)單，也很常用，所以成為較遠(yuǎn)距離通訊的首選方式.

　　2)以太網(wǎng)通訊.大型風(fēng)電場(chǎng)中分布的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)目多，數(shù)據(jù)信息流大，對(duì)速率指標(biāo)要求高，因此RS-422或者RS-485的實(shí)時(shí)性、傳輸速率會(huì)力不從心，此時(shí)應(yīng)考慮使用以太網(wǎng).以太網(wǎng)為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可容納1 024個(gè)節(jié)點(diǎn)，距離可達(dá)2.5 km.站級(jí)總線采用標(biāo)準(zhǔn)高速以太網(wǎng)，10 Mb/100Mb/1 Gb自適應(yīng)，并兼容即將推出的10 Gb以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)，提供了高速的人機(jī)交互手段;設(shè)備級(jí)采用標(biāo)準(zhǔn)10 Mb以太網(wǎng)，比傳統(tǒng)的傳輸方式從傳輸速率上提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且為直接接人廣域網(wǎng)提供了便利手段.因此，將上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)交換機(jī)與風(fēng)電場(chǎng)光纖以太網(wǎng)環(huán)路相連接，保證了風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸.

　　1.2中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控之間的傳輸方式

　　由于各通訊條件的不同，因此，不同的風(fēng)電場(chǎng)選擇的數(shù)據(jù)傳輸方式也是不同的.比較有代表性的數(shù)據(jù)傳輸方式有如下幾種：

　　1)基于PSTN的數(shù)據(jù)傳輸

　　PSTN(Public Switched Telephone Network)意指?jìng)鹘y(tǒng)的電話交換網(wǎng)絡(luò).此傳輸方式是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上各安裝一套調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)之間通過(guò)使用調(diào)制解調(diào)器連接公用交換電話網(wǎng)，由發(fā)送計(jì)算機(jī)主動(dòng)撥號(hào)，接收計(jì)算機(jī)接到呼叫后應(yīng)答，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸這種連接方式的數(shù)據(jù)安全性高，但由于風(fēng)電場(chǎng)分布在全國(guó)各地，連接屬于長(zhǎng)途電話，費(fèi)用較高.

　　2)基于GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

　　GPRS(General Packet Radio Service)意指通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來(lái)，為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò).此傳輸方式是利用現(xiàn)有的移動(dòng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上各安裝一套GPRS設(shè)備，兩端設(shè)備通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)撥叫對(duì)方建立連接這種傳輸方式具有成本低、部署簡(jiǎn)單、隨時(shí)連接等優(yōu)點(diǎn)，但是必須是在無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，帶寬方面還有很多問(wèn)題需要解決，費(fèi)用是根據(jù)數(shù)據(jù)量進(jìn)行計(jì)算的.

　　3)基于Intemet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

　　實(shí)現(xiàn)基于Intemet的傳輸主要是依靠TCP/IP協(xié)議.當(dāng)數(shù)據(jù)從本地系統(tǒng)向遠(yuǎn)程系統(tǒng)傳送時(shí)，數(shù)據(jù)在本地系統(tǒng)的各層協(xié)議間沿著TCP/IP協(xié)議棧從上向下傳遞.當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)上接收信息時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程恰好相反，其路徑是從網(wǎng)絡(luò)物理層向上傳輸給應(yīng)用層.但由于基于Intemet的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)?，而互?lián)網(wǎng)上存在許多不安全因素，因此保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩跃秃苤匾?，一般都采用?shù)據(jù)加密的方式.在數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上之前用數(shù)據(jù)加密算法把明文變成密文進(jìn)行傳輸，等傳輸?shù)侥康牡匾院笤倩謴?fù)為明文.

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，近階段有一門網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)崛起，即Ⅵ)N(Virtual PrivateNetwork)：虛擬專用網(wǎng)絡(luò)№J.這種技術(shù)也逐漸應(yīng)用到了風(fēng)電場(chǎng)S(心系統(tǒng)中.它是利用現(xiàn)有的電信電話網(wǎng)絡(luò)，在中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上各安裝一套ADSL或調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，兩端同時(shí)連接到Intemet網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)Intemet建立VPN網(wǎng)絡(luò)連接.通過(guò)VPN技術(shù)，用戶不再需要擁有實(shí)際的長(zhǎng)途數(shù)據(jù)線路，而是依靠Intemet服務(wù)提供商(ISP)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(NSP)，在Inter—net公眾網(wǎng)中建立專用的數(shù)據(jù)傳輸通道，構(gòu)成一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，它不是真的專用網(wǎng)絡(luò)，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)專用網(wǎng)絡(luò)的功能.在數(shù)據(jù)安全性方面，VPN使用了三方面的技術(shù)保證了基于Intemet的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕核淼绤f(xié)議、身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)加密.因此，基于Intemet網(wǎng)絡(luò)VPN技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸具有費(fèi)用低、傳輸速率快、安全性高的優(yōu)勢(shì)，也將成為今后SCADA系統(tǒng)的主流通信方式.