一、技術簡介：
為保證電力生產(chǎn)安全高效運行，對電力設備狀態(tài)檢修提出了更高的要求。由于狀態(tài)檢修主要依賴于對運行中設備的狀態(tài)檢測以及在線監(jiān)測手段，所以，電力設備運行狀態(tài)檢測和在線監(jiān)測在電力安全生產(chǎn)中始終起著重要的作用。
然而，現(xiàn)有的變電站設備信息傳輸模式基本上還停留在點對點的方式，因而：
1、于受到通訊規(guī)約和其他相關條件的限制，造成傳輸信息量相對減少，傳輸速度較慢，很多具有串口通訊功能的設備未能接入，使設備信息未能得到充分利用。
2、由于各種設備系統(tǒng)都需要各自不同的專用通道，造成通道浪費，且通訊可靠性也相對較差，影響了設備信息的實時性和有效性。
為此，我公司設計的設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)是針對電力設備狀態(tài)檢修中在線監(jiān)測提出的新的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它是基于100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸技術而開發(fā)的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它能夠方便接入各種智能設備，并將所采集數(shù)據(jù)信息送入開放實時數(shù)據(jù)庫，便于設備運行狀態(tài)信息處理單元進行分析處理。設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)信息管理系統(tǒng)的一個重要的組成部分。
二、基本構成：
設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)EIS主要由兩部分組成：
l 位于現(xiàn)場（廠站）設備運行狀態(tài)信息采集儀EII
設備運行狀態(tài)信息采集儀安裝在設備運行現(xiàn)場，其主要功能是對各智能設備（如變壓器色譜分析儀、智能直流屏、電能量采集終端、電壓表計等）采集的數(shù)據(jù)采用透明轉發(fā)技術，通過100M以太網(wǎng)或其他輔助傳輸網(wǎng)絡進行實時信息傳送。
l 位于數(shù)據(jù)信息中心的數(shù)據(jù)采集平臺
數(shù)據(jù)采集平臺負責向現(xiàn)場采集儀發(fā)送通訊命令，同時處理采集儀回送的設備運行狀態(tài)，送入開放式實時數(shù)據(jù)，等待設備運行狀態(tài)信息處理單元查詢。
三、特點：
l EII設備信息采集儀：
支持NAT地址轉發(fā)，解決網(wǎng)絡設備IP地址不夠的問題；
具有防火墻功能，防止網(wǎng)絡數(shù)據(jù)侵入；
可連接多臺智能設備；
不必在現(xiàn)場設備中編寫協(xié)議解釋程序，支持透明轉發(fā)技術；
支持100M以太網(wǎng)絡、GPRS通訊模式；
支持傳輸通道熱冗余備份，具有高可靠性；
l 數(shù)據(jù)采集平臺：
采用C/S架構；
具有智能輔助協(xié)議解釋軟件幫助用戶分解協(xié)議；
采用開放式實時數(shù)據(jù)庫輸出采集結果；
支持傳輸通道熱冗余備份；
支持OPC 標準工業(yè)接口；
四、技術參數(shù)：
l EII設備信息采集儀：
硬件：
端口配置： 1個RJ45 10M/100M BASE-T端口，連接靜態(tài)以太網(wǎng)IP地址
1個DB9 RS232 支持MODEM、GPRS模塊，作為備份通道
8個RJ45 10M/100M BASE-T端口
1個DB9 RS485 隔離485通訊總線，作為智能設備接口
CPU： Jupibter 32bit RISC
Memory： SDRAM 16M
路由模塊： 支持靜態(tài)路由、動態(tài)路由
防火墻模塊： 支持內(nèi)置NAT 防火墻
網(wǎng)關模塊： 支持網(wǎng)絡地址轉發(fā)（NAT）
支持DHCP Server IP地址分配
支持標準： －IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet
－IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet
－IEEE 802.3x full-duplex flow control
－RFC 2516 PPPOE
－RFC 1631 NAT
－RFC 1332 PPP
配置： 支持WEB 模式管理
串口通訊： 光電隔離總線
波特率：1200－115200 bps
字節(jié)： 5、6、7、8
串口通訊協(xié)議： 支持所有應答型智能設備通訊協(xié)議
外形尺寸： 標準19英寸1U機箱
重量： 2．5Kg
電源： 220V AC 或 220/110V DC 15W
l EIS數(shù)據(jù)平臺：
支持TCP/IP協(xié)議連接
支持ODBC 模式數(shù)據(jù)傳遞
支持 OPC模式數(shù)據(jù)傳遞
操作系統(tǒng)：WIN2000 Server 、WIN2000 Professional
五、詳細描述：
1、設備運行狀態(tài)信息采集儀：
設備運行狀態(tài)信息采集儀采用32位嵌入式系統(tǒng)作為主數(shù)據(jù)處理器，采用Intel公司的網(wǎng)絡芯片處理100M以太網(wǎng)信息。設備為用戶預留一路GPRS無線網(wǎng)絡傳輸通道，以便在100M以太網(wǎng)絡發(fā)生故障時，提供連續(xù)不間斷的連接。串行通訊總線可最多連接8個智能設備。協(xié)議透明轉發(fā)模塊是獨立負責從數(shù)據(jù)采集平臺接收命令，同時向該平臺回送智能設備返回信息，另外還包括配置各設備通訊基本信息。內(nèi)置的NAT防火墻對上級網(wǎng)絡的信息進行過濾，NAT地址轉發(fā)模塊能自動對具有以太網(wǎng)接口智能設備進行IP地址分配，解決IP地址占用的問題。用戶可通過EII設備內(nèi)置WEB服務，對設備進行參數(shù)配置和管理。
2、EIS數(shù)據(jù)采集平臺：
ESI數(shù)據(jù)采集平臺主要由模塊一和模塊二組成。
模塊二負責接收各設備廠商提供的標準的設備驅動產(chǎn)生的命令，將接收的命令通過透明轉發(fā)模塊傳送到現(xiàn)場EII設備中，同時接收EII設備收集的信息，送回設備驅動進行信息解析。
模塊一主要負責將設備驅動解析好的信息，通過OPC Server 傳送到PI實時數(shù)據(jù)庫的OPC Client接口。
六、系統(tǒng)使用：
在現(xiàn)場設備運行狀態(tài)信息采集儀：
l 將設備運行狀態(tài)信息采集儀安置在使用現(xiàn)場，對采集儀進行系統(tǒng)初始化。主要包括：設置本地IP地址、網(wǎng)關、子網(wǎng)掩碼，服務器的IP地址、端口；
l 按照要求連接智能設備到不同串口模塊。
在數(shù)據(jù)采集平臺：
l 用戶利用智能輔助通訊協(xié)議解釋軟件，將連接在設備運行狀態(tài)信息采集儀上的智能設備的通訊協(xié)議進行逐一標準化解釋，生成通用通訊協(xié)議驅動程序。
l 把各智能設備的通用通訊協(xié)議驅動程序添加到遠程數(shù)據(jù)收發(fā)軟件中，并激活運行。
l 數(shù)據(jù)收發(fā)軟件將獲取的設備運行的狀態(tài)信息輸出到開放型實時庫中。
七、一些關鍵技術介紹：
1．協(xié)議透明轉發(fā)技術：
協(xié)議透明轉發(fā)技術是指數(shù)據(jù)傳輸過程中由轉發(fā)設備不被解釋而進行的轉發(fā)。
圖6.1描述了數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采集平臺到智能設備編解碼過程。整個協(xié)議共經(jīng)過GOLD編碼和TCP/IP編碼兩次協(xié)議轉換。其中GOLD編碼是為了對設備運行狀態(tài)信息采集儀進行遠端配置而加入的，這樣我們可以根據(jù)用戶的需求方便的在數(shù)據(jù)中心進行在線配置。
設備運行狀態(tài)信息采集儀在整個數(shù)據(jù)傳送過程中，對于現(xiàn)場駁接智能設備的通訊協(xié)議是完全不知的，它僅對發(fā)給設備的數(shù)據(jù)或從設備接收的數(shù)據(jù)進行透明轉發(fā)。這樣就使得用戶在添加智能設備時無須對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)信息采集儀進行二次編程，大大方便了實際使用。
2． 傳輸通道可靠性通訊的考慮：
隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，以光纜為基礎的網(wǎng)絡通訊被大量的使用，其大容量、抗干擾強等優(yōu)點使得其優(yōu)勢地位明顯，大有成為未來電力自動化通訊主體模式之勢。但在實際使用過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，降低了其可靠性，其中由于電力通訊設施被人為的破壞最為嚴重。
保證設備實時在線監(jiān)測是整個設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)首要問題，它從根本上決定了這個系統(tǒng)存在的價值。為此我們提出了采用GPRS無線網(wǎng)絡傳輸技術作為現(xiàn)有的100M以太網(wǎng)絡的備用傳輸途徑。一旦100M以太網(wǎng)絡傳輸線路發(fā)生故障時，設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)將自動切換成GPRS模式進行數(shù)據(jù)傳送。這種不同傳送介質的熱冗余，將大大提高系統(tǒng)的可靠性。
3． 串口設備可靠性通訊的考慮：
我們可將EII設備的RS485串行通訊口駁接多種智能通訊終端設備，構成了RS485通訊總線。在實施中，為了提高設備通訊的可靠性，我們應該注意設備之間信號的隔離和干擾，以及抗雷擊等大信號的沖擊。如圖6-3所示，我們應該在每個設備接入總線的端口增加光電信號隔離裝置，解決不同設備通訊信號地電位不同的問題；同時對于從戶外經(jīng)過的RS485通訊線路加裝雷擊保護電路，減少大信號沖擊對通訊線路的損壞。
4． 網(wǎng)絡信息安全性問題：
由于這個系統(tǒng)傳輸途徑是在現(xiàn)有的MIS網(wǎng)中進行的，無論從網(wǎng)絡層次和物理介質上都是開放的，因此必須進行網(wǎng)絡安全方面的考慮。首先我們通過EII設備信息采集儀將智能設備的IP地址進行隔離，建立獨立的虛擬網(wǎng)段；同時利用EII設備信息采集儀中防火墻功能隔離外部網(wǎng)絡中不良的網(wǎng)絡信息。
5． 解決變電站網(wǎng)絡IP地址不夠的問題：
隨著技術飛速發(fā)展，變電站生產(chǎn)信息自動化程度大幅度提高，大量的帶以太網(wǎng)網(wǎng)絡接口的智能設備被采用。但是由于IPV4結構的先天缺陷，在電力系統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡中，每個站點的IP地址資源是極其有限的，一般只有5－10個。要解決IP不足的問題，我們采用NAT技術，對現(xiàn)場設備進行了重新IP地址分配。這樣每個變電站連接在EII設備內(nèi)部的智能以太網(wǎng)絡設備就可以重復利用IP地址。
為保證電力生產(chǎn)安全高效運行，對電力設備狀態(tài)檢修提出了更高的要求。由于狀態(tài)檢修主要依賴于對運行中設備的狀態(tài)檢測以及在線監(jiān)測手段，所以，電力設備運行狀態(tài)檢測和在線監(jiān)測在電力安全生產(chǎn)中始終起著重要的作用。
然而，現(xiàn)有的變電站設備信息傳輸模式基本上還停留在點對點的方式，因而：
1、于受到通訊規(guī)約和其他相關條件的限制，造成傳輸信息量相對減少，傳輸速度較慢，很多具有串口通訊功能的設備未能接入，使設備信息未能得到充分利用。
2、由于各種設備系統(tǒng)都需要各自不同的專用通道，造成通道浪費，且通訊可靠性也相對較差，影響了設備信息的實時性和有效性。
為此，我公司設計的設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)是針對電力設備狀態(tài)檢修中在線監(jiān)測提出的新的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它是基于100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸技術而開發(fā)的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它能夠方便接入各種智能設備，并將所采集數(shù)據(jù)信息送入開放實時數(shù)據(jù)庫，便于設備運行狀態(tài)信息處理單元進行分析處理。設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)信息管理系統(tǒng)的一個重要的組成部分。
二、基本構成：
設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)EIS主要由兩部分組成：
l 位于現(xiàn)場（廠站）設備運行狀態(tài)信息采集儀EII
設備運行狀態(tài)信息采集儀安裝在設備運行現(xiàn)場，其主要功能是對各智能設備（如變壓器色譜分析儀、智能直流屏、電能量采集終端、電壓表計等）采集的數(shù)據(jù)采用透明轉發(fā)技術，通過100M以太網(wǎng)或其他輔助傳輸網(wǎng)絡進行實時信息傳送。
l 位于數(shù)據(jù)信息中心的數(shù)據(jù)采集平臺
數(shù)據(jù)采集平臺負責向現(xiàn)場采集儀發(fā)送通訊命令，同時處理采集儀回送的設備運行狀態(tài)，送入開放式實時數(shù)據(jù)，等待設備運行狀態(tài)信息處理單元查詢。
三、特點：
l EII設備信息采集儀：
支持NAT地址轉發(fā)，解決網(wǎng)絡設備IP地址不夠的問題；
具有防火墻功能，防止網(wǎng)絡數(shù)據(jù)侵入；
可連接多臺智能設備；
不必在現(xiàn)場設備中編寫協(xié)議解釋程序，支持透明轉發(fā)技術；
支持100M以太網(wǎng)絡、GPRS通訊模式；
支持傳輸通道熱冗余備份，具有高可靠性；
l 數(shù)據(jù)采集平臺：
采用C/S架構；
具有智能輔助協(xié)議解釋軟件幫助用戶分解協(xié)議；
采用開放式實時數(shù)據(jù)庫輸出采集結果；
支持傳輸通道熱冗余備份；
支持OPC 標準工業(yè)接口；
四、技術參數(shù)：
l EII設備信息采集儀：
硬件：
端口配置： 1個RJ45 10M/100M BASE-T端口，連接靜態(tài)以太網(wǎng)IP地址
1個DB9 RS232 支持MODEM、GPRS模塊，作為備份通道
8個RJ45 10M/100M BASE-T端口
1個DB9 RS485 隔離485通訊總線，作為智能設備接口
CPU： Jupibter 32bit RISC
Memory： SDRAM 16M
路由模塊： 支持靜態(tài)路由、動態(tài)路由
防火墻模塊： 支持內(nèi)置NAT 防火墻
網(wǎng)關模塊： 支持網(wǎng)絡地址轉發(fā)（NAT）
支持DHCP Server IP地址分配
支持標準： －IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet
－IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet
－IEEE 802.3x full-duplex flow control
－RFC 2516 PPPOE
－RFC 1631 NAT
－RFC 1332 PPP
配置： 支持WEB 模式管理
串口通訊： 光電隔離總線
波特率：1200－115200 bps
字節(jié)： 5、6、7、8
串口通訊協(xié)議： 支持所有應答型智能設備通訊協(xié)議
外形尺寸： 標準19英寸1U機箱
重量： 2．5Kg
電源： 220V AC 或 220/110V DC 15W
l EIS數(shù)據(jù)平臺：
支持TCP/IP協(xié)議連接
支持ODBC 模式數(shù)據(jù)傳遞
支持 OPC模式數(shù)據(jù)傳遞
操作系統(tǒng)：WIN2000 Server 、WIN2000 Professional
五、詳細描述：
1、設備運行狀態(tài)信息采集儀：
設備運行狀態(tài)信息采集儀采用32位嵌入式系統(tǒng)作為主數(shù)據(jù)處理器，采用Intel公司的網(wǎng)絡芯片處理100M以太網(wǎng)信息。設備為用戶預留一路GPRS無線網(wǎng)絡傳輸通道，以便在100M以太網(wǎng)絡發(fā)生故障時，提供連續(xù)不間斷的連接。串行通訊總線可最多連接8個智能設備。協(xié)議透明轉發(fā)模塊是獨立負責從數(shù)據(jù)采集平臺接收命令，同時向該平臺回送智能設備返回信息，另外還包括配置各設備通訊基本信息。內(nèi)置的NAT防火墻對上級網(wǎng)絡的信息進行過濾，NAT地址轉發(fā)模塊能自動對具有以太網(wǎng)接口智能設備進行IP地址分配，解決IP地址占用的問題。用戶可通過EII設備內(nèi)置WEB服務，對設備進行參數(shù)配置和管理。
2、EIS數(shù)據(jù)采集平臺：
ESI數(shù)據(jù)采集平臺主要由模塊一和模塊二組成。
模塊二負責接收各設備廠商提供的標準的設備驅動產(chǎn)生的命令，將接收的命令通過透明轉發(fā)模塊傳送到現(xiàn)場EII設備中，同時接收EII設備收集的信息，送回設備驅動進行信息解析。
模塊一主要負責將設備驅動解析好的信息，通過OPC Server 傳送到PI實時數(shù)據(jù)庫的OPC Client接口。
六、系統(tǒng)使用：
在現(xiàn)場設備運行狀態(tài)信息采集儀：
l 將設備運行狀態(tài)信息采集儀安置在使用現(xiàn)場，對采集儀進行系統(tǒng)初始化。主要包括：設置本地IP地址、網(wǎng)關、子網(wǎng)掩碼，服務器的IP地址、端口；
l 按照要求連接智能設備到不同串口模塊。
在數(shù)據(jù)采集平臺：
l 用戶利用智能輔助通訊協(xié)議解釋軟件，將連接在設備運行狀態(tài)信息采集儀上的智能設備的通訊協(xié)議進行逐一標準化解釋，生成通用通訊協(xié)議驅動程序。
l 把各智能設備的通用通訊協(xié)議驅動程序添加到遠程數(shù)據(jù)收發(fā)軟件中，并激活運行。
l 數(shù)據(jù)收發(fā)軟件將獲取的設備運行的狀態(tài)信息輸出到開放型實時庫中。
七、一些關鍵技術介紹：
1．協(xié)議透明轉發(fā)技術：
協(xié)議透明轉發(fā)技術是指數(shù)據(jù)傳輸過程中由轉發(fā)設備不被解釋而進行的轉發(fā)。
圖6.1描述了數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采集平臺到智能設備編解碼過程。整個協(xié)議共經(jīng)過GOLD編碼和TCP/IP編碼兩次協(xié)議轉換。其中GOLD編碼是為了對設備運行狀態(tài)信息采集儀進行遠端配置而加入的，這樣我們可以根據(jù)用戶的需求方便的在數(shù)據(jù)中心進行在線配置。
設備運行狀態(tài)信息采集儀在整個數(shù)據(jù)傳送過程中，對于現(xiàn)場駁接智能設備的通訊協(xié)議是完全不知的，它僅對發(fā)給設備的數(shù)據(jù)或從設備接收的數(shù)據(jù)進行透明轉發(fā)。這樣就使得用戶在添加智能設備時無須對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)信息采集儀進行二次編程，大大方便了實際使用。
2． 傳輸通道可靠性通訊的考慮：
隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，以光纜為基礎的網(wǎng)絡通訊被大量的使用，其大容量、抗干擾強等優(yōu)點使得其優(yōu)勢地位明顯，大有成為未來電力自動化通訊主體模式之勢。但在實際使用過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，降低了其可靠性，其中由于電力通訊設施被人為的破壞最為嚴重。
保證設備實時在線監(jiān)測是整個設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)首要問題，它從根本上決定了這個系統(tǒng)存在的價值。為此我們提出了采用GPRS無線網(wǎng)絡傳輸技術作為現(xiàn)有的100M以太網(wǎng)絡的備用傳輸途徑。一旦100M以太網(wǎng)絡傳輸線路發(fā)生故障時，設備運行狀態(tài)信息采集系統(tǒng)將自動切換成GPRS模式進行數(shù)據(jù)傳送。這種不同傳送介質的熱冗余，將大大提高系統(tǒng)的可靠性。
3． 串口設備可靠性通訊的考慮：
我們可將EII設備的RS485串行通訊口駁接多種智能通訊終端設備，構成了RS485通訊總線。在實施中，為了提高設備通訊的可靠性，我們應該注意設備之間信號的隔離和干擾，以及抗雷擊等大信號的沖擊。如圖6-3所示，我們應該在每個設備接入總線的端口增加光電信號隔離裝置，解決不同設備通訊信號地電位不同的問題；同時對于從戶外經(jīng)過的RS485通訊線路加裝雷擊保護電路，減少大信號沖擊對通訊線路的損壞。
4． 網(wǎng)絡信息安全性問題：
由于這個系統(tǒng)傳輸途徑是在現(xiàn)有的MIS網(wǎng)中進行的，無論從網(wǎng)絡層次和物理介質上都是開放的，因此必須進行網(wǎng)絡安全方面的考慮。首先我們通過EII設備信息采集儀將智能設備的IP地址進行隔離，建立獨立的虛擬網(wǎng)段；同時利用EII設備信息采集儀中防火墻功能隔離外部網(wǎng)絡中不良的網(wǎng)絡信息。
5． 解決變電站網(wǎng)絡IP地址不夠的問題：
隨著技術飛速發(fā)展，變電站生產(chǎn)信息自動化程度大幅度提高，大量的帶以太網(wǎng)網(wǎng)絡接口的智能設備被采用。但是由于IPV4結構的先天缺陷，在電力系統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡中，每個站點的IP地址資源是極其有限的，一般只有5－10個。要解決IP不足的問題，我們采用NAT技術，對現(xiàn)場設備進行了重新IP地址分配。這樣每個變電站連接在EII設備內(nèi)部的智能以太網(wǎng)絡設備就可以重復利用IP地址。
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本文鏈接：變電站設備運行狀態(tài)信息采集管理解決方案
http:www.mangadaku.com/news/2005-9/200591615280.html
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