分层分布式计算机监控系统网络结构
发布时间：2022-11-25 11:27:10 所属栏目：云计算 来源：
导读： 分层分布式计算机监控系统网络结构
电站计算机监控系统的发展与电子、计算机、通信和网络等技术的发展密切相关，网络通信技术在电站计算机监控系统中起着至关重要的作用。对于分儿分布式计算机监控系统，
电站计算机监控系统的发展与电子、计算机、通信和网络等技术的发展密切相关，网络通信技术在电站计算机监控系统中起着至关重要的作用。对于分儿分布式计算机监控系统，
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分层分布式计算机监控系统网络结构 电站计算机监控系统的发展与电子、计算机、通信和网络等技术的发展密切相关，网络通信技术在电站计算机监控系统中起着至关重要的作用。对于分儿分布式计算机监控系统，网络通信技术的发展直接决定着系统结构、系统功能的实现和性能的优劣。 目前，分层分布式电站计算机监控系统的常用网络通信方式归纳起来主要有三大类，即串行数据通信、现场总线和以太网。 一、通信方式 （一）串行数据通信 串行数据通信系统是以站控层主单元为系统中心，以间隔层测控装置或测控保护一体装置为外围，通过串行数据通信接口组成的计算机监控系统。通常在间隔层采用 RS-232、RS-485、RS-422 等通信接口，将其中的监控和保护设备连接起来，并通过主单元与后台系统进行串行数据通信，将间隔层的信息传送至站控层，同时下达来自后台系统或远方调控中心的控制命令。串行通信介质多采用屏蔽双绞线。根据间隔层设备与站控层主单元的通信连接方式，串行数据总线主要有星型和总线型连接方式。 1.星型网络结构 星型网络结构是指以站控层主单元为系统的中心，以间隔层的保护测控装置为外围，每一个保护测控装置与主单元之间按点对点方式连接。星型网络结构不允许设备之间直接通信，必须通过主单元才能实现间隔层设备间的通信。星型网络结构的连接介质多采用屏蔽电缆，一般距离在50m 左右。星型网络结构如图 2-3所示。 （1）星型网络结构的优点主要有∶ 1）可靠性高。单个连接点故障只影响一个设备，不会影响整个系统的通信。 2）便于集中控制和故障诊断。由于每个节点都直接连到主单元，因此容易检测和隔离故障，可方便地将故障节点从系统中删除_ 3）访问协议简单。任何一个连接只涉及主单元和一个间隔层设备，因此访问的方法简单。 （2）屋型网络结构的主要缺点有; 1）通信介质的辐射相对较为复杂，每个装置均需要独立的通信介质，通道利用率低而且成本较高。 2）瓶颈问题突出，一旦主单元出现故障云计算环境下网络与系统监控,管理和运维，将影响整个系统的通信。 3）各间隔层设备之间的横向通信必须通过主单元进行，通信机制复杂且效率不高。为增加系统的可靠性，星型网络结构的电站计算机监控系统也可采用双主控的方式。但由于系统结构复杂，软件实现难度大，实际中已基本不适用该结构系统。 2.总线型网络结构 总线型网络结构是指在主单元与间隔层设备之间的通信方式采用串行总线形式的结构，其基本结构如图2-4所示。 （1）总线型网络结构的优点主要有∶ 1）布线容易，通信介质较省。 2）结构简单，运行可靠。 3）方便节点的增减，操作方便。 （2）总线型网络结构的缺点主要有∶ 1）故障诊断和故障隔离困难。 2）采用主从轮询通信机制。通信速率较微型网络结构慢，通信效率低。难以满足较高的实时性要求。 3.总线型双主单元结构 为了增加系统的可靠性，总线型的电站监控系统也可采用双主单元的方式，其结构如图 2-5所示。双主单元系统的特点是主单元的冗余性，如果一台主单元故障，另一台备用主单元就可以由备用转为主机运行，使整个系统不致因主单元故障而陷于瘫痪状态。 云计算环境下网络与系统监控,管理和运维_运维云管理_云计算运维管理 考虑到可靠性及性能维护等因素，总线型结构的电站计算机监控系统还可以将一条总线分割成多端数据总线连接各间隔层设备，以实现总线的冗余性及更大的数据传输能力，多分段总线型网络结构如图2-6 所示。 4.主要特点 串行数据通信具有接口标准化、规范化和接口方便等特点，便于工程实施。串行数据总线也存在一些固有的缺点，制约了其在电站计算机监控系统中各进一步的推广应用，主要有以下几个方面;传输距离短，传输速率低;通信机制相对落后，实时性较差;抗干扰能力差，传输误码率较高。 （二）现场总线 现场总线是指主单元和间隔层单元之间以工业现场总线进行数据通信的计算机临控系统。现场总线连接方式是将所有间隔层单元都接在一条公用的主干链路上。主单元和间隔层单元可以实现双向传输，通信介质以双绞线或同轴电缆为主，应用较多的现场总线由控制器局域网络（Controller Area Notwork，CAN）、LonWorks等。 1.常见连接方式 由现场总线组成的计算机监控系统通常采用总线型的连接方式，此外也有少部分采用环型网络结构。现场总线一般也配有主单元，由其负责与各间隔层设备及监控后台的信息交换，是整个系统的核心。现场总线型连接方式如图 2-7所示。 2.主要特点 相对于串行数据通信方式来说。现场总线具有协议简单、容错能力强、抗干扰性能好以及实时性高的特点。较好地解决了串行数据通信的传输速率慢、易受干扰、通信距离受限制等缺点。 现场总线虽然具有较好的实时性和较高的可靠性，但由于各种现场总线采用专用通信协议，造成现场总线标准不一，互不兼容，开放性不足。 （三）以太网 随着自动化技术的推广应用，电站自动化水平得到不断提升，电站计算机监控系统内部数据交互也越来越密集，网络流量也随之增大。基于串行总线和现场总线的计算机临控系统已很难满足自动化对数据实时性的要求。为此，必须考虑采用具有更高速率，能满足更多网络节点通信需求的网络通信方式。以太网技术的发展，为电站计算机监控系统的网络结构优化创造了条件，不仅提高了电站计算机监控系统的性能，也丰富了网络结构。 目前，以太网在电站计算机监控系统中应用的基本模式通常有是型和环型两种结构。尾利网络模式较为常见。其网络通信节点通过交换机或集线器组成可级联的星型网络，网络节点分布相对集中。 1.单层次网络结构 所谓单层次网络结构就是在监控系统中只使用一种以太网，把站控层与间隔层通过网络合为一个层次，结构简洁、清晰。此种结构的系统又细分为单层单网和单层双网两种，其结构分别如图2-8和图2-9所示。 单层次网络结构中的主单元与串行数据总线、现场总线中的主单元作用基本相同。主单元与间隔层的各种保护测控装置进行信息交换，获取各类实时数据，同时把各种命令下发给间隔层设备，实现不同的控制与调节。此外，主单元还承担着与站控层工作站进行数据通信的任务，甚至还可兼做远动工作站完成与远方调度的信息交换。 2.双层次网络结构 所谓双层次网络结构就是计算机监控系统的站控层工作站和间隔层保护测控装置分别属于不同层次的网络。这种网络结构在实际应用中主要有双层次同构网络和双层次异构网络两种模式。 （1）双层次同构网络模式。 双层次同间构网络模式中。站控层和间隔层均采用以太网，但属于不同的网段，带窗可以相同也可以不同。双层次同构网络模式又可分为双层单网和双层双网两种。 1）双层单网。双层单网系统结构简洁，但可靠性相对较差，应用较少。其网络结构如图2-10所示。 2）双层双网。为提高双层次结构系统的可靠性，可以把双层单网升级为双层双网，从而增加网络的冗余度，提高网络的可靠性。正常通信过程中，双网分别传输不同的数据内容，并且可以按主备方式运行。主备方式运行时，若其中的一条网络出现故障，另一条网络即可担负起传输全部数据的功能，从而可以提高系统的实时性和可靠性，但同时增加了系统网络结构的复杂性。其网络结构如图 2-11所示。 （2）双层次异构网络模式。 云计算运维管理_运维云管理_云计算环境下网络与系统监控,管理和运维 当监控系统的站控层和间隔层采用不同性质的通信网络时成为双层次异构网络模式。在实际应用中上层选用双高速以太网，下层选用串行通信或现场总线形式的单网。其网络结构如图 2-12所示。 3.环型以太网结构 环网通信技术在其他领域的成功应用，为其在电站计算机监控系统的应用创造了良好的条件。目前已有不少电站计算机监控系统在间隔层设备中开始采用环型以太网网络结构，其网络结构如图2-13所示。 环型以太网结构最大特点是正常运行时环网上各节点以某一方向的数据流进行通信。当环网上某处通道断裂或节点发生故障时，与故障点最近的环网节点可快速通过改变数据流的发送和接收方向，形成网络自愈。从而确保其他设备的正常通信，极大地提高了通信的可靠性。 二、布置形式及其特点 面向对象设计的分层分布式计算机监控系统的单个间隔层设备可完成对某个电气间隔的测量、控制及保护等功能，其布置方式十分灵活，既可分散布置也可集中布置。目前，在电站中采用的分层分布式计算机监控系统主要有集中组屏、分散与集中相结合及全分散三种布置类型。 （一）集中组屏的布置形式 分层分布式集中组屏的结构是把整套监控系统按其不同的功能组成多个屏柜，例如变压器保护屏、公用屏、线路保护屏、测控屏、远动屏等。一般这些屏柜都集中安装在主控制室中。其结构如图 2-14所示。 集中组屏的主要特点∶ （1）运行人员操作方便，既可通过监控后台进行操作，也可通过控制室中的保护屏、测控屏进行操作。 （2）全部屏柜安装在控制室内，工作环境好，电磁干扰相对开关柜附近较弱，有利于系统的正常运行。 （3）数据采集通过电缆进行传输，增加了电缆的敷设量，加大了工作难度和工程造价。（二）分散与集中相结合的布置形式 分散与集中相结合的布置形式是为了减少二次电缆，简化二次回路。其中，对于低电压等级的保护测控装置，通常采用保护测控合一的设备，分散安装在各个开关柜中，通过通信网络对它们进行管理和信息交换。即采用所谓的分散式布置;而对于电压等级较高的设备，仍采用集中组屏安装在控制室内或分散的设备小室内，通过网络将这些分散的装置或屏柜连接在一起，进行信息交换。其结构如图2-15所示。 分散与集中相结合结构的特点∶ （1）低压设备保护测控装置采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。 （2）高压设备保护、测控装置等采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，同样通过现场总线与保护管理机通信。使这此重要的保护装置处于比较好的工作环境，有利于保护的可靠性。 （3）其他自动装置，如备用电源自动投入装置（AAT）、公用接口装置等，采用各自集中组屏方式安装在控制室或保护室中。 （4）系统通过网络互联。各小室组成一个个小网络，然后再与站控层设备构成一个完整网络系统。 分散与集中相结合的布置模式，既发挥了分层分布式监控系统可分散布置的优点，同时又兼顾了保护测控装置对运行环境及抗电磁干扰等方面的要求。 （三）全分散式布置形式 以变压器、断路器、母线等一次设备为安装单位云计算环境下网络与系统监控,管理和运维，将各电压等级的保护、测控装置等就地分散安装在一次设备的开关柜上，控制室内的主单元通过通信网络与现场的各一次设备屏柜相连，形成全分散布置的监控系统，其结构如图 2-16所示。 全分散式系统结构的特点∶ （1）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。由于配电线路的保护和测控装置分散安装在各开关柜内，减少了间隔层设备安装所需的各类保护和测控屏，因此主控室面积大大减小。 （2）减少了设备安装、调试工程量。由于安装在开关柜的保护和测控装置在开关柜出厂前已由厂家安装和调试完毕，再加上敷设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工期也随之缩短。 （3）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。 （4）分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。各模块与监控主机间通过局域网络或现场总线连接，抗干扰能力强，可靠性高。 （编辑：PHP编程网 - 襄阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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