電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲研究

電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用分層分布式結構，它將分布在機組控制室的每個現(xiàn)地監(jiān)控單元利用網(wǎng)絡連接起來，組成一個計算機網(wǎng)絡．本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)速度的要求和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，對監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構及軟硬冗余進行分析，給出軟件冗余的設計思想，討論了如何選擇更合理的拓撲結構以便實現(xiàn)對系統(tǒng)的合理高效控制．
　　關鍵詞： 計算機監(jiān)控系統(tǒng)（CSCS） 網(wǎng)絡拓撲 分層分布式

Study of the Network Configuration
of Computer Surveil and Control System in Power Plant

Tao Ke1,XU Yi-shan1,HE Peng2

(1.Information and Electricity College, Three Gorges University, Yichang443002,China;
2.Information and Technology Center, Three Gorges University, Yichang443002,China)

Abstract： Computer Surveil and Control System （CSCS）is often a distributed system, and it connects all Local Control Units which are in the Unit Control Room into a computer network. According to the speed and stability demands of the CSCS , this paper analyzes the network structure and design idea of both hardware and software ,and discuss the principle of how to choose a more reasonable network topology to achieve the goal of more efficient and safer control．
　　Keywords： Computer Surveil and Control System（CSCS） Network topology distributed system


　　隨著計算機及網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，計算機應用已深入到很多行業(yè)中．對于電力系統(tǒng)中普遍應用的電站監(jiān)控系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡信息技術更是極大地推進它向自動化,網(wǎng)絡化的發(fā)展.
　　電站是電力系統(tǒng)中的電能供給方，根據(jù)它的實際生產(chǎn)要求，對處于自動控制的最高層的計算機監(jiān)控系統(tǒng)有著與普通的計算機控制不同的要求，從而所構成的計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡也與普通的計算機網(wǎng)絡不同，它的網(wǎng)絡應用針對性強，對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、可靠性要求高，要求計算機網(wǎng)絡內的局部故障不影響其他設備的正常運行．所以電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡在普通計算機網(wǎng)絡的基礎上采取了硬件冗余方式，同時在軟件上也進行了相關的設計，以滿足相關的要求.本文就計算機監(jiān)控系統(tǒng)的各種網(wǎng)絡拓撲結構、硬件組成及軟件設計進行分析和討論．

一、 網(wǎng)絡節(jié)點的通用設置
　　電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡對網(wǎng)絡節(jié)點上的計算機的要求是：
　　1、對于處于現(xiàn)地監(jiān)控位置的現(xiàn)地控制單元，其網(wǎng)絡需要有穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接，在網(wǎng)絡某處出現(xiàn)不能連接故障時不影響其它網(wǎng)絡節(jié)點的正常的數(shù)據(jù)傳輸．
　　為達到這樣的要求，通常各網(wǎng)絡節(jié)點計算機都設置為硬件的網(wǎng)絡冗余，即設置雙網(wǎng)卡，故障時自動切換．由于現(xiàn)地控制單元多為CPU模件板與其他功能插件板的組合，所以對于現(xiàn)地控制單元上的網(wǎng)絡節(jié)點計算機也實行雙機冗余，即有兩塊負責實時數(shù)據(jù)處理的CPU模件板．從而網(wǎng)絡節(jié)點上的設置通常為一塊模件板設置一塊網(wǎng)卡，對應于各自的網(wǎng)絡．如下圖所示：

　　2、其它控制和監(jiān)視節(jié)點，如處于數(shù)據(jù)的收集和命令的發(fā)送、接受位置的監(jiān)控主站，操作人員使用的操作員工作站等，也采取硬件冗余．主要是主站的雙機加雙網(wǎng)卡冗余，操作員站等的雙網(wǎng)卡冗余。

二、 分布式監(jiān)控系統(tǒng)中的有主和無主結構
　　電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，對于分布式系統(tǒng)的主機的處理有兩種常見的兩種方式，即分布式有主結構和分布式無主結構．
　　分布式有主結構是指在整個系統(tǒng)中有特定功能的計算機充當系統(tǒng)主機功能，主機負責對現(xiàn)地控制單元傳送的數(shù)據(jù)收集以供其他計算機使用，同時，將其他計算機傳到的數(shù)據(jù)，其中包括命令，下達給系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制單元，因而，分布式有主結構對主機的要求較高．
　　分布式無主結構指的是整個系統(tǒng)中無充當主機功能的計算機，通過設置數(shù)據(jù)服務器來收集系統(tǒng)中各種實時信息，以供需要時使用，任意的計算機現(xiàn)地控制節(jié)點與應用計算機如操作員站之間直接進行命令和數(shù)據(jù)傳輸．
　　分布式有主結構與分布式無主結構在結構上的區(qū)別主要集中在主機功能上，在實際應用及軟件操作上，分布式無主結構需要整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應用軟件的支持，開發(fā)網(wǎng)絡應用中間鏈路層的協(xié)議，而分布式有主結構可以避開設置專用的軟件和協(xié)議，兩者分別針對于不同的要求．

三、網(wǎng)絡拓撲結構分析
　　由于總線型網(wǎng)絡自身特點的限制，不適合于在電站監(jiān)控系統(tǒng)這樣對于網(wǎng)絡應用要求嚴格的網(wǎng)絡內使用，所以本文對其不作分析．對于應用較為廣泛的星型和環(huán)型網(wǎng)絡進行詳細分析并進行擴展，同時結合有、無主結構分析其應用性質．
　　① 星型網(wǎng)絡
　　星型網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如下：

　　由星形網(wǎng)絡組成的監(jiān)控系統(tǒng)，各網(wǎng)絡節(jié)點通過中心交換機連接，同時考慮到冗余需要，利用另外一臺交換機組成雙網(wǎng)絡，網(wǎng)絡工作原理如下：
　　有主結構：現(xiàn)地控制單元有兩塊CPU模件，實現(xiàn)該單元節(jié)點處的故障冗余，為主的CPU板實時采集各種信號，并針對故障信號采取相應處理，同時將采集的信號量數(shù)字化，再傳送給主站；主站負責數(shù)據(jù)的接收，同時向操作員站送實時數(shù)據(jù)，并將操作員站的命令下達．
　　無主結構：現(xiàn)地控制單元實時采集各種信號并針對故障信號采取相應處理，主站作為數(shù)據(jù)服務器，定時向各現(xiàn)地控制單元節(jié)點要數(shù)據(jù)并記錄，操作員站通過交換機直接與現(xiàn)地控制單元通訊，傳送數(shù)據(jù)與命令．
　　星形網(wǎng)絡的優(yōu)點是結構相對簡單，由于普遍通訊協(xié)議為TCP/IP，開發(fā)額外的系統(tǒng)應用程序比較簡單，缺點是系統(tǒng)安全性能不高，若交換機壞，則網(wǎng)絡就面臨崩潰，對主站依賴性強．此種網(wǎng)絡結構在一些系統(tǒng)升級改造的電站應用較多．
　　 ② 擴展環(huán)型網(wǎng)絡
　　 擴展環(huán)型網(wǎng)絡是在環(huán)型網(wǎng)絡的基礎上，加上各其他功能節(jié)點，或通過轉換與其他應用網(wǎng)絡連接，而現(xiàn)地計算機控制依舊處于環(huán)型網(wǎng)絡上．示意圖如下：