電站計算機監控系統網(wǎng)絡(luò )拓撲研究

電站的計算機監控系統普遍采用分層分布式結構，它將分布在機組控制室的每個(gè)現地監控單元利用網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)，組成一個(gè)計算機網(wǎng)絡(luò )．本文根據監控系統速度的要求和系統穩定性的要求，對監控系統的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構及軟硬冗余進(jìn)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(shí)現對系統的合理高效控制．
　　關(guān)鍵詞： 計算機監控系統（CSCS） 網(wǎng)絡(luò )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(zhù)計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機應用已深入到很多行業(yè)中．對于電力系統中普遍應用的電站監控系統來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)更是極大地推進(jìn)它向自動(dòng)化,網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展.
　　電站是電力系統中的電能供給方，根據它的實(shí)際生產(chǎn)要求，對處于自動(dòng)控制的最高層的計算機監控系統有著(zhù)與普通的計算機控制不同的要求，從而所構成的計算機監控系統網(wǎng)絡(luò )也與普通的計算機網(wǎng)絡(luò )不同，它的網(wǎng)絡(luò )應用針對性強，對網(wǎng)絡(luò )的穩定性、可靠性要求高，要求計算機網(wǎng)絡(luò )內的局部故障不影響其他設備的正常運行．所以電站計算機監控系統的網(wǎng)絡(luò )在普通計算機網(wǎng)絡(luò )的基礎上采取了硬件冗余方式，同時(shí)在軟件上也進(jìn)行了相關(guān)的設計，以滿(mǎn)足相關(guān)的要求.本文就計算機監控系統的各種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、硬件組成及軟件設計進(jìn)行分析和討論．

一、 網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的通用設置
　　電站監控系統網(wǎng)絡(luò )對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上的計算機的要求是：
　　1、對于處于現地監控位置的現地控制單元，其網(wǎng)絡(luò )需要有穩定的網(wǎng)絡(luò )連接，在網(wǎng)絡(luò )某處出現不能連接故障時(shí)不影響其它網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的正常的數據傳輸．
　　為達到這樣的要求，通常各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)計算機都設置為硬件的網(wǎng)絡(luò )冗余，即設置雙網(wǎng)卡，故障時(shí)自動(dòng)切換．由于現地控制單元多為CPU模件板與其他功能插件板的組合，所以對于現地控制單元上的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)計算機也實(shí)行雙機冗余，即有兩塊負責實(shí)時(shí)數據處理的CPU模件板．從而網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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(luò )．如下圖所示：

　　2、其它控制和監視節點(diǎn)，如處于數據的收集和命令的發(fā)送、接受位置的監控主站，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、 分布式監控系統中的有主和無(wú)主結構
　　電站的計算機監控系統屬于分布式系統，對于分布式系統的主機的處理有兩種常見(jiàn)的兩種方式，即分布式有主結構和分布式無(wú)主結構．
　　分布式有主結構是指在整個(gè)系統中有特定功能的計算機充當系統主機功能，主機負責對現地控制單元傳送的數據收集以供其他計算機使用，同時(shí)，將其他計算機傳到的數據，其中包括命令，下達給系統中的現地控制單元，因而，分布式有主結構對主機的要求較高．
　　分布式無(wú)主結構指的是整個(gè)系統中無(wú)充當主機功能的計算機，通過(guò)設置數據服務(wù)器來(lái)收集系統中各種實(shí)時(shí)信息，以供需要時(shí)使用，任意的計算機現地控制節點(diǎn)與應用計算機如操作員站之間直接進(jìn)行命令和數據傳輸．
　　分布式有主結構與分布式無(wú)主結構在結構上的區別主要集中在主機功能上，在實(shí)際應用及軟件操作上，分布式無(wú)主結構需要整個(gè)計算機監控系統的應用軟件的支持，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )應用中間鏈路層的協(xié)議，而分布式有主結構可以避開(kāi)設置專(zhuān)用的軟件和協(xié)議，兩者分別針對于不同的要求．

三、網(wǎng)絡(luò )拓撲結構分析
　　由于總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )自身特點(diǎn)的限制，不適合于在電站監控系統這樣對于網(wǎng)絡(luò )應用要求嚴格的網(wǎng)絡(luò )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(luò )進(jìn)行詳細分析并進(jìn)行擴展，同時(shí)結合有、無(wú)主結構分析其應用性質(zhì)．
　?、?星型網(wǎng)絡(luò )
　　星型網(wǎng)絡(luò )監控系統示意圖如下：

　　由星形網(wǎng)絡(luò )組成的監控系統，各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通過(guò)中心交換機連接，同時(shí)考慮到冗余需要，利用另外一臺交換機組成雙網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )工作原理如下：
　　有主結構：現地控制單元有兩塊CPU模件，實(shí)現該單元節點(diǎn)處的故障冗余，為主的CPU板實(shí)時(shí)采集各種信號，并針對故障信號采取相應處理，同時(shí)將采集的信號量數字化，再傳送給主站；主站負責數據的接收，同時(shí)向操作員站送實(shí)時(shí)數據，并將操作員站的命令下達．
　　無(wú)主結構：現地控制單元實(shí)時(shí)采集各種信號并針對故障信號采取相應處理，主站作為數據服務(wù)器，定時(shí)向各現地控制單元節點(diǎn)要數據并記錄，操作員站通過(guò)交換機直接與現地控制單元通訊，傳送數據與命令．
　　星形網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)是結構相對簡(jiǎn)單，由于普遍通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP，開(kāi)發(fā)額外的系統應用程序比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是系統安全性能不高，若交換機壞，則網(wǎng)絡(luò )就面臨崩潰，對主站依賴(lài)性強．此種網(wǎng)絡(luò )結構在一些系統升級改造的電站應用較多．
　　 ② 擴展環(huán)型網(wǎng)絡(luò )
　　 擴展環(huán)型網(wǎng)絡(luò )是在環(huán)型網(wǎng)絡(luò )的基礎上，加上各其他功能節點(diǎn)，或通過(guò)轉換與其他應用網(wǎng)絡(luò )連接，而現地計算機控制依舊處于環(huán)型網(wǎng)絡(luò )上．示意圖如下：