二、调度端的硬件结构

1.调度端的硬件结构

电力系统调度端的实时计算机系统，是电网调度自动化系统的核心，是确保电网安全、可靠、优质、经济运行的重要环节。调度所远动设备也是一个微型计算机，用来完成遥测数据、遥信数据、遥控命令、遥调命令的发送的接收和输出执行等功能。调度端远动设备是以单机或多机为基础的计算机系统，目前主要用微机构成SCADA系列作为主机，另配上大屏幕彩色显示器、打印机、鼠标或光笔等外部设备构成。主机完成大量的数据处理、人机联系、画面曲线等工作。为减轻主机的负担，加快运算速度，满足实时控制的要求，系统一般还配置前置机，来承担远动信息的收集与处理（通信）。调度端的硬件结构图如图2-2所示。

调度端控制中心一般设在铁路分局的调度所，控制中心的主要任务就是对RTU送来的信息进行加工、处理，并根据需要进行各种报表、记录的打印、存储、显示，对事故信号进行报警，以及操作员通过人机接口向各RTU发出操作命令等。硬件结构中各部分简介如下：

（1）主计算机

主计算机中存放调度所远动功能程序，主要用来完成特定的远动功能，而这些特定的远动功能主要由程序来实现的，承担系统的数据处理，系统的远方监视控制，即控制整个系统的工作，包括系统软件、支持软件、应用软件、数据库等。

（2）显示器

显示器用于显示各个变电所的运行情况。在大屏幕CRT上实时显示各被控站主接线的监控画面，开关状态信号和遥测数据动态刷新；实时棒形图显示，实时数据可用棒形图的方式直观显示；历史记录数据负荷曲线显示，一些重要的实时数据以固定的时间间隔记录在实时数据库中，可以用曲线图显示这些数据，观察其动态变化过程和变化趋势；历史记录数据报表显示，报表能对一定时间段内（一天或一个月）采集到的重要数据（电压、电流、有功、无功等）进行统计和显示；遥控操作显示，遥控功能分为单控和程控两种方式，都用友好的对话框交互方式对变电所、分区亭、开闭所的断路器和隔离开关进行分合闸操作；另外还提供了遥控试验按钮，如：“试验继电器”、“故标测试”、“故标复位”等。

（3）打印机

一些有参考价值或保留价值的实时监控画面、事件操作记录、告警记录、通信报文、曲线图、棒形图、各类报表，均可根据调度员需要随时打印。

（4）键盘

用于人机联系，调度员发送操作命令。另有鼠标、光笔、轨迹球、触摸屏等。

（5）通信前置机

远动信息发送、接收和处理，与其他计算机系统的通信控制等。为了减轻主机的负担，使其有更多的时间承担更复杂的任务，应加快运算速度，以满足实时控制的要求。串行通信接口自动地将解调器送来的串行码变成一个字节、一个字节的并行码。由接收程序将串行通信接口中的并行码收集到计算机中去。处理程序是指数据字的地址检查、抗干扰检错或CRC（循环码检错）计算、区分遥测或遥信数据字等。

2.集中式调度端的硬件配置

随着计算机的不断发展，对远动系统的要求的日益提高，容量不断扩大、功能不断增加，计算机的远动监控系统在不断更新发展，从早期的单机系统发展到后来的多机系统，由专用计算机发展到通用微型计算机和小型计算机。相应的配置方式有：集中式的单机或多机系统，分层式的多机系统和网络式的分布系统。集中式配置是由一台计算机执行所有数据采集、人机联系和应用程序的功能。为了提高可靠性，设置一台备用计算机，构成双机系统。这种配置适用于小型的SCADA系统，也是早期普遍使用的方式。

集中式调度端的硬件配置的主要特点有：

①计算机之间采用接口与接口的连接方式，计算机多采用小型计算机；

②一机多用，硬件资源节约，但软件的功能模块之间界面不清楚；

③信息交换困难；

④运行维护复杂；

⑤资源不共享、成本高。

分布式配置的主要特点有：

①由多台微型计算机完成数据采集、显示、打印以及人机联系等功能；

②每个前置机可与一定数量的RTU交换信息。如此每个前置机可分配适当数量的模拟量点、状态变化点、慢变量变化点，前置机或称为信道机将其进行预处理之后，再发往调度机。这将会大大减轻调度机的压力；

③把各项功能进一步分散到多台计算机中去，由局域网络将各台计算机连接起来；

④计算机之间通过LAN交换数据。备用机也同样连接在局域网络上，并可随时承担故障机的任务。

在硬件接口和软件接口中都遵循一定的国际标准或工业标准，使不同厂家的产品容易互连，容易扩充，形成开放系统。

下面以集中式系统为例分别介绍一下单机系统、双机系统及多机系统的特点。

（1）单机系统

早期的远动监控系统，由一台主计算机接所需外围设备，如打印机、显示器、操作键盘、模拟屏等。

单机系统采用专用计算机，设计一些专用外设接口电路，与固定外设连接。系统的运行、操作都只针对完成远动功能而设计，具有专用性。单机系统中主机只有一台，所有外设的显示、操作、打印的数据处理都由主机的主处理器完成，数据处理以分时工作方式进行。例如打印机在打印画面或报表时，主机不响应操作键盘，主机在处理调取画面显示时，不响应打印等，致使系统响应较慢，实时性较差，此机主处理器应具有较高处理速度，以满足实时性要求。单机系统主机是整个监控系统运行的核心部分，一旦主机故障，就会造成系统停运，影响整个监控系统的运行。为了使系统不断运行，应进行冗余设计，采用双机运行，或一主一备、互为备用。

（2）双机系统

①主机-前置机系统。我们知道微机远动系统中远方终端不止一个，而主站是唯一的。主站计算机在串行地接收每个远方终端的数据进行处理时，计算机被占用的时间多，加重了主机的负载，降低了主机处理完成其他复杂任务的能力，使系统的可靠性和功能都无法提高和加强。为了解决这个问题，可以在主机前单独设一台专门负责远动信息的接收和发送的微机，我们称之为前置机，如图2-2所示，有了前置机，可以腾出主机的负载使之能完成更多复杂的任务。通信前置机系统为系统的数据采集与处理子系统，习惯称为通信前置机系统（FEP）。

通信前置机的主要功能有：作为SCADA系统调度中心与被控站联系的枢纽在SCADA系统中起着重要作用。它接收远方被控端传递来的数据，通过预处理后转发给主站中的服务器以及各工作站进行处理；接收主机和其他工作站传递过来的操作命令，传递给远方被控站执行。前置机系统是调度主站系统的重要子系统。通信前置机硬件平台有嵌入式硬件平台，工业控制计算机通信前置机软件平台有实时多任务操作系统、Windows操作系统、Linux操作系统。主机-前置机系统有几种应用模式如图2-3（a）、（b）、（c）、（d）所示。

图2-3（a）所示模式并不单独设置通信前置机，通信模块作为主机系统功能中的一部分，其特点是节约硬件资源，但增加了主机负担，并且扩展性差。

图2-3（b）所示为一主一备方式，指的是通信前置机采用双机冗余备用，一台前置机工作而另一台随时处于“待命”状态，当工作的前置机出现故障时，另一台对其进行接管。

图2-3（c）中的互备方式也称为双机备用方式，两台前置机同时工作，各负责一部分被控端的通信任务。一台前置机一旦出现故障，另一台立即接管其所管辖任务，保证整个系统的正常运行。

图2-3（d）所示的分布式方式也称为通信的1+N冗余方式。其在调度中心各服务器或各个工作站嵌入了具有通信前置机功能的通信模块，各通信接口单元分担部分通信负荷，一旦某台通信接口单元出现故障，根据优先级的设定，主站中其他通信模块都会接管其任务，保证系统的最基本功能的运行。

②双机系统。系统正常工作时，只有一台主机工作，另一台主机处于热备用状态。一旦主机出现故障，则将外设切换到备用状态。这样就解决了主机故障停运的问题。

（3）多机系统

多机系统即是设多个微机功能分片处理构成。系统中安排其中一台微机，主要负责操作、通信、画面显示，另一台微机主要负责测量数据处理和报表、曲线的制作等；一台微机管理模拟屏；一台微机作工程师终端，完成在线修改任务，系统运行时各微机互相备用。在某一台微机故障状态下，可由其余两台或三台微机管理整个监控系统的功能与运行。以多机构成的远动监控系统具有性能价格比高、适应性强、扩展方便、根据需要优化组合等优点，同时提高了可靠性和实时性。