浅谈SCADA系统在地铁供电中的重要作用

摘要：SCADA 系统对于城市轨道交通供电系统的稳定和安全起到了重要的作用 ，其完善的系统和可靠的技术为城市轨道交通的安全运营起到了关键的支持，随着城市轨道交通的不断发展， 该系统也在不断的完善。 地铁 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统是地铁供电系统的重要组成部分，它主要负责对分布于地铁沿线的所有变电所进行数据采集、监视以及控制，本文主要简述了SCADA系统的组成部分，以及SCADA 系统调试的重点和难点，仅供参考。

关键词：地铁供电；SCADA系统；调试；

中图分类号：U231+.2 文献标识码： A

一、 SCADA系统概述

1 、SCADA系统的特征

1.1 实时性

SCADA系统的实时性与多任务性是其重要特征之一，当然根据行业的不同，SCADA系统对实时性与多任务性的要求也不一样，如在地铁电力等领域对实时性要求很高，而供水供气等行业对实时性要求较低。

1.2 开放性

SCADA系统大多遵循国际标准或行业标准，满足开放性的要求。系统的软件多采用全开放式的体系结构，系统具有良好的扩展能力，也有利于更好地与其它相关系统的连接与广泛集成。

2、 SCADA 系统的相关技术分析

2.1 数据通信和网络技术

SCADA 系统通常会包含以下几种类型的数据通信：现场测控仪表、执行机构与各下位机智能节点之间的通信；下位机系统与 SCADA 系统服务器之间的通信；监控中心不同功能计算机之间的通信和监控中心网络服务器与远程客户端之间的通信。由于SCADA 系统中的各种智能化、数字化设备越来越多，分布范围越来越广，功能越来越强，所需要的数据通信能力和网络技术要求也越来越高。因此，数据通信和网络技术在SCADA 系统中的作用越来越重要。

2.1.1 数据通信技术

数据通信技术从本质上来说是一种信息传递技术，其现代概念可定义为：利用光、电技术手段，借助光波或电磁波，实现从一地向另一地迅速而准确的信息传递和交换。数据通信系统是指以计算机为中心，通过数据传输信道将分布在各处的数据终端设备连接起来，以实现数据通信为目的的系统。它一般由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等组成。数据传输信号分为模拟信号和数字信号。数据的传输模式按数据代码的传输顺序可分为：并行传输和串行传输；按数据传输的同步方式可分为：同步传输和异步传输；根据数据的传输方向与时间的关系可分为：单工传输、半双工传输和全双工传输；按数据信号特点可分为：基带传输、频带传输和数字数据传输。

2.1.2 网络技术

基于 PC 远程监控的 SCADA 技术的实现离不开现代通信网络技术的产生与发展。现代通信网络是由现代通信网元组成的集合体，用以支持实现组织内外部的语音、数据、多媒体形式的通信要求。

通信网络的基本构成要素是终端设备、传输链路、交换设备和接入设备。除了这些硬件设备外，为了保证网络能正确、稳定、可靠、合理的运行，使用户间可以快速建立连接并有效交换信息，达到通信质量一致、运转可靠性和信息透明性等要求，还必须有网络运行管理的软件，如标准、信令、协议等。现代通信网络的分类标准多样：可以按传输介质分为导线、电缆、光缆通信网和微波、短波、移动、卫星通信网等；按技术分为 PDH 通信系统、SDH 通信系统、DWDM 通信系统、CDMA移动通信网、ATM 网络、帧中继（FR）网等；按业务类型可分为电报网、电话网、广播电视网、数据网、计算机通信网、多媒体通信网和综合业务数字网等；按地域可分为本地通信网、长途通信网和国际通信网或局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）等；按照网络属性可分为公用网和专用网。

2.2 I/O 接口和数据采集

I/O 接口技术是伴随着计算机技术产生的，它是连接 CPU 与其设备并进行数据交换的信息通道。在 SCADA 系统中，I/O 接口技术被广泛采用在系统上、下位机与现场设备信息通信中。通常 I/O 通道除了有模数（A/D）、数模（D/A）、数字输入（DI）、数字输出（DO）等设备外，还包括一些辅助部件，如多路转换开关、放大器、采样保持器等。这些辅助设备既可以部分地与 I/O 设备做在一起构成相对独立的数据采集设备，也可以做成独立的卡件（如端子板形式），再将这些卡件通过电缆与 I/O 设备连接，构成输入/输出通道。I/O 接口主要实现了数据缓冲、信号转换、驱动功能、中断管理和隔离功能。

2.3自动控制技术

自动控制就是利用各类自动控制装置和仪表（包括工业控制计算机）代替人的操作，使生产过程或机器设备自动地按照预定的规律运行，或使它的某些参数（如温度、压力、流量、成分、电流、电压、转速等）按预定要求变化或在一定的精度范围内保持恒定。 反馈是通过检测装置将系统的输出返回到系统的输入端，与设定值进行比较，产生偏差信号作为控制器的输入量。自动控制和反馈是自动控制系统中的两个重要概念。控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统、连续控制系统、离散控制系统、线性控制系统和非线性控制系统等。

2.4 软件系统架构

传统的软件系统架构有 C/S、B/S 模式等。随着 2000 年后软件架构进入应用普及阶段，商业化的架构风格迅速出现并普及开来。市场上具有代表性的技术风格有：N 层的客户端/服务器架构风格、面向服务的架构风格（SOA）等。

（1）N 层的客户端/服务器架构N 层的客户端/服务器架构模式是为了区别传统的二层和三层 C/S 模式的一种更加灵活的层次式架构风格。分层设计是一种最常见的架构设计方法，它能够有效地使设计简化，使设计的系统机构清晰，便于提高复用能力和产品维护能力。

（2）面向服务的架构风格（SOA）

面向服务的体系架构将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构件在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

二、SCADA 系统的系统调试

1、 SCADA 系统调试的难点和必要性

SCADA 系统是一个庞大复杂的分布式测控系统，SCADA 系统调试工作是

联系设备建设和系统运营的纽带，是完善系统功能使其适合运营需要的必要步骤，目前，系统监控点数均已达几十万点，为完成系统监控功能，必须对所有接入点进行 100%测试；系统接口众多，包含集成的子系统和互联系统，工程协调难度大；系统调试工作量大，系统调试工作往往得根据现场施工安装进度的变化而更改计划，且经常会因为子系统不具备测试条件或测试一次不能通过而增加系统调试的时间；系统调试周期长，从子系统单机调试到系统最终验收测试；系统性能要求高，增加了系统调试的要求。但是，为满足 SCADA 系统的监控功能能够按期实现，必须编制系统高效的系统调试计划，并按计划执行；并且，为缩短系统工程验收时间，常常是将系统调试测试报告作为系统验收测试的参考。

2、 SCADA 系统调试的内容

系统调试分为单机调试、集成子系统调试和综合联调三个阶段。其中，单机调试的目的是为了检验设备安装到现场后是否正常，设备配置是否正确；集成子系统调试是为了检验 SCADA 系统与各子系统是否连通，是否具备各子系统的基本功能；综合联调是为了检验 SCADA 系统与互联系统是否连通，是否具备基本功能和联动功能。单机调试的内容包括：上电后各设备、模块工作指示灯状态应正常；设备的硬件配置、软件配置、网络地址配置、预置参数应符合设计要求。集成子系统调试的内容包括：SCADA 系统的网络调试；集成子系统与现场监控对象的接口调试；集成子系统现场级监控设备的功能测试；集成子系统与 SCADA 系统软件平台的接口调试；SCADA 系统的集成子系统的专业功能测试；冗余设备无扰动自动切换测试。其中，内外部接口测试应符合接口测试规范；点对点、端到端测试应按 100%且同时进行；集成子系统专业功能应符合设计要求。

参考文献：

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[3] 王振明.SCADA（监控与数据采集）软件系统设计与开发[M].北京：机械工业出版社2009,2-3