SCADA系统数据采集模块的设计与实现--《西安电子科技大学》2012年硕士论文
SCADA系统数据采集模块的设计与实现
【摘要】：建立一个电网信息平台是加速油田电网信息化领域应用开发的重要途径。电网实时SCADA信息系统是电网信息平台集成框架的关键组成部分，为电力工作提供电网实时数据采集、处理及发布功能，并提高电网系统的信息化程度和水平。
本文在分析了SCADA信息系统功能需求的基础上，设计并实现了河南油田电网实时SCADA数据采集模块。首先在介绍电网信息系统的基础上，通过用例图等进行了数据采集模块的功能和性能需求分析，将模块功能划分为初始化、传输和数据处理三个组成部分；然后进行了模块和相关数据库的设计与实现，包括系统的初始化、数据传输格式的定义以及接收数据的处理；最后对各个功能模块进行了测试。
实验数据和现场应用结果表明，该系统数据采集模块能够满足用户需求，保障了电网实时SCADA信息系统的数据采集。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TP311.52【目录】：
摘要3-4Abstract4-7第一章 绪论7-13 1.1 研究的背景及意义7-9 1.2 国内外技术发展9-11 1.3 论文主要工作及章节结构11-13第二章 相关技术研究13-23 2.1 SCADA 系统存在的问题及发展趋势13-16
2.1.1 SCADA 系统13-14
2.1.2 存在的问题14
2.1.3 SCADA 应用领域14-16 2.2 相关技术背景16-21
2.2.1 C/S 模式16-17
2.2.2 VC++开发工具与 MFC17-19
2.2.3 ASP19-20
2.2.4 SQL Server20-21 2.5 本章小结21-23第三章 需求分析23-31 3.1 河南油田电网系统现状23-24 3.2 油田 SCADA 数据采集模块功能需求24-27
3.2.1 SCADA 系统数据采集模块硬件结构24-25
3.2.2 软件功能目标25-26
3.2.3 对性能的要求26-27 3.3 初始化模块需求分析27-28 3.4 数据传输模块需求分析28-29 3.5 数据处理模块需求分析29-30 3.6 本章小结30-31第四章 SCADA 数据采集模块的设计与实现31-53 4.1 系统架构设计31-32 4.2 SCADA 系统初始化模块的设计32-34 4.3 数据传输模块的设计34-38
4.3.1 通讯规约34-35
4.3.2 通讯方式及检错35-38 4.4 数据处理模块的设计38-39 4.5 数据库的设计39-46
4.5.1 数据库设计方法39-41
4.5.2 数据库设计 E-R 图41-42
4.5.3 数据库物理表设计42-43
4.5.4 数据操作43-45
4.5.5 创建数据字典和表格和表格45-46 4.6 SCADA 数据采集模块的实现46-51
4.6.1 数据库操作模块实现46-49
4.6.2 数据采集模块整体实现49-50
4.6.3 系统界面50-51 4.7 本章小结51-53第五章 SCADA 系统数据采集模块测试53-59 5.1 测试方法与环境53-54
5.1.1 系统测试方法53
5.1.2 系统测试的运行环境53-54 5.2 系统功能测试54-57
5.2.1 数据传输模块单元测试54-55
5.2.2 数据处理模块单元测试55-56
5.2.3 系统集成测试56-57 5.3 系统性能测试57-58 5.4 本章小结58-59第六章 总结与展望59-61致谢61-63参考文献63-65
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SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它在中占重要地位,可以对现场
的运行设备进行监视和控制，以实现、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的"四遥"功能.RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分．在现今的建设中起了相当重要的作用．
SCADA系统是以计算机为基础的与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。
在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
SCADA在铁道电气化上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化向更高的目标发展。
SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，全名为与监视控制系统。SCADA系统自诞生之日起就与的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。
第一代是基于和专用的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化所设计的H-80M系统。这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。
第二代是80年代基于的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，一般是通用的。在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与，自动发电控制（AGC）以及结合到一起构成了EMS系统（）。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式，并且系统不具有开放性，因而，升级以及与其它联网构成很大困难。
90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段也是我国对以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。
第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、、神经网络技术以及JAVA技术等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 SCADA系统在电气化铁道的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道上已经成熟的产品有由我所自行研制开发的HY200微机远动系统以及由开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。
SCADA系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今，随着电力系统以及铁道电气化系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展，为SCADA系统提出新的要求，概括地说，有以下几点：
1、SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成
SCADA系统是的实时数据源，为EMS系统提供大量的实时数据。同时在模拟培训系统，等系统中都需要用到电网实时数据，而没有这个电网实时数据信息，所有其它系统都成为“无源之水”。所以在这今十年来，SCADA系统如何与其它非的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS（）、
企业MIS系统的连接。SCADA系统与电能量计量系统，、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及的集成成为SCADA系统的一个发展方向。
2、变电所综合自动化
以RTU、为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。
3、专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用
通常SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算。而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面，通过Web发布在Internet上进行监控，可以认为这是一种“超远程客户”。硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232)，方式可以是RS485，以太网等连接方式。
SCADA由很多任务组成，每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）
。服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器，如报警服务器，记录服务器，历史服务器，登录服务器等。各服务器逻辑上作为统一整体，但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作，缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统。
SCADA系统中的通信分为内部通信、与I/O设备通信、和外界通信。客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式。设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备支持主动发送方式。SCADA通过多种方式与外界通信。
如OPC，一般都会提供OPC客户端，用来与设备厂家提供的OPC服务器进行通讯。因为OPC有微软内定的标准，所以OPC客户端无需修改就可以与各家提供的OPC服务器进行通讯。
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