[科普中国]-远程集中监控系统

简介

远程集中控制系统可以对不同厂家的通信协议进行规范,对不同类型信息进行集中监视和跨厂商统一控制,实现数据采集、设备控制、测量、参数调节和事故报警、预测等功能,并提供数据接口支持与上级调控中心协调运行。针对企业来说，旨在实现不同厂商设备之间的自由通信，通过相关的全局数据进行系统分析，可达到对机器的精确控制；通过远程监控方式，可大幅减少现场管理人员。

传输方式远程控制技术由来已久，是控制领域的一项重要技术。传统的远程控制主要包括：基于无线的远程控制、基于有线的远程控制（包括基于公用电话网远程控制、专用线路的远程控制）。其中无线方式和电话线远程控制应用比较广泛，主要是这两者初期建设的时间短，而且短时间应用中费用小，线路的维护费也比较低。随着控制系统规模的不断扩大，现场环境越来越复杂，需要监控的目标越来越多样化，对驱动器和用户接口的需求越来越高，同时监控系统的结构也变得越来越分散化。目前的远程控制系统由于结构复杂、分布距离远，而且要求集成网络中的不同平台，这些问题是传统的方法所难以解决的。传统的远程控制方法已不能适应系统拓扑结构的分散化需求。因此，随着计算机硬件成本的降低、功能的日益强大，远程控制系统已开始倾向于使用计算机网络系统。1

远程监控方式从控制方式上来说，远程控制可以分为四种控制方式：保持型的远程监控方式、完成型的远程监控方式、完全型的远程监控方式、人机交互远程监控方式。

保持型的远程监控方式在不断的提高本身智能化水平、提高设备对突发事件的应对能力和系统的鲁棒性的情况下，远程监控端仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设备自主的完成这个命令，监控设备只对设备进行监视，在必要时对设备进行干预。这种模式可实现远程设备的无人控制，可应用于危险环境和人力不能到达的地方等。

完成型的远程监控方式远程监控系统仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设备自主的完成这个命令，远程监控系统不对设备的具体实现过程进行监控，设备完成任务后向远程监控系统报告。设备的操作控制完全由本地进行，设备在本地操作人员的监控下完成任务。

完全型的远程监控方式设备的本地控制系统仅仅控制设备的执行机构，全部的操作控制由远程监控系统完成。这种方式设备的控制系统和设备是分离的，而在设备控制系统内信号的传递速度要求很高，控制系统能够立刻对现场进行反应，要求通讯线路高速可靠。这种控制方式用于一些特殊的行业。

人机交互远程监控方式设备在本地操作人员和远程监控系统的协同控制下工作，往往在远程监控系统的指挥下工作，由本地操作人员对设备进行控制和维护工作。在任务的执行过程中，可随意建立连接，进行设备之间和人员之间的交互，设备的状态信息可随时在远程监控端采集。2

系统结构以风电企业远程集中控制系统为例进行介绍。系统层次架构如图所示。在总部设立总部调控中心，在风电集中的各省设立区域集控中心，区域集控中心管理辖区内的各个风电场，在各个风电场内设立站级集控中心。系统采用4层架构，分别为采集层、场控层、集控层以及总控层。

采集层采集层主要完成站级集控系统的数据获取，主要是风场各类设备信息，包括风机可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及各种传感器，用来采集机组数据及状态，通过计算、分析、判断来控制机组的启动、停机、调向、刹车和开启油泵等一系列控制和保护动作，能使单台风力发电机组实现全部自动控制，无需人为干预。

场控层在场控层部署集控系统，实现系统整合与数据统一，包括机箱变系统、五防系统等，向上与远程集控层通信，将汇总的整个风电场的信息实时发送到集控层。场控层系统设计采用Windows 系统，以适应一些低端的通信协议，随着未来各厂商协议的升级，可逐步升级到Linux 系统。

集控层集控层位于区域控制中心内，具有对本区域内所有风力发电设备进行集中监视、控制的功能。集控层向下与场控层通信，负责采集区域内各风电场的运行信息，同时可以直接对场控层下发各种控制调节命令，场控层接收命令后，再下发给具体的设备（风机、升压站等）；集控层向上与总控层通信，将区域内重要的风电场信息实时发送到总控层。集控层通过基于 Internet 网络的VPN 技术或者使用电力专网方式进行通信。

总控层总控层是面向风电企业分散在全国所有风电场的综合控制调度中心。与集控层通信，负责接收各个区域中心的风电场运行信息，向集控层发送各种控制、调节、数据召唤等命令。总控层汇集了全国所有风电场的主要信息，具有对海量实时 /历史数据进行挖掘分析的功能，可从全局角度对风电场的运行进行优化调度，为风力发电的集约化管理提供指导性建议。而传统的系统架构难以满足海量数据的处理要求，需要采用基于云计算架构的系统设计。

系统软件设计平台将应用所需的各项基础技术组件和业务组件封装为服务，应用之间的数据交换通过平台提供的数据服务实现。基础平台包含硬件、操作系统、数据管理、信息传输与交换、公共服务和平台功能 6 个层次，采用面向服务的体系架构。

统一通信接口针对分布式系统，它具有海量数据、位置分散、环境恶劣的特点，其通信系统的设计必须满足海量数据传输的实时性和可靠性要求。

1）控制器与制造商SCADA之间的通信。目前机组都是以大型并网型机组为主，各机组有各自的控制系统（多数是PLC控制器）。制造商SCADA系统能同时与多台风电控制器通信，两者通过交换机与光纤环网相连接，采用Modbus（TCP/IP）规约、OPC协议以及厂商私有协议等，不能保证信息交换的标准化，目前厂商的控制器多采用私有协议，需逐步过渡到IEC61400-25协议。制造商SCADA系统通过各个机组的专用通信接口（PLC实现）与每台机组进行数据交换。

2）制造商SCADA系统到风电站级集控系统的通信。制造商SCADA系统一般支持Modbus（TCP/IP）规约、OPC协议与站级集控系统通信，将逐步过渡到IEC61400-25协议。

3）集控系统与区域远程集控系统之间的通信。采用100/1000M自适应双以太网结构，2台工业以太网交换机将各个设备连接起来，增加系统可靠性。通过以太网与Internet连接，将实时运行数据和参数通过Internet发送到远程区域集控中心，通信协议一般推荐采用IEC104规约或者WebService接口与其他系统交互信息，如ERP系统或者调度系统等。1

意义在Internet遍布全球,各种先进网络技术日新月异的今天,使用网络技术实现远程监控自然成为首选。远程监控技术可以提高企业的劳动生产率,加强企业竞争力可以对各监控对象进行全天候,全方位监控,及时发现甚至提前预测设备问题,保证企业生产安全使用远程监控技术还可以获得监控现场数据,这对于需要获得第一时间数据的工程来说是极为重要的远程监控技术的实现，也意味着各种异地资源通过网络连接的方式,实现了资源共享。总之,远程集中监控向人们提供了一个更高效、更全面、更安全、更快捷的服务模式,改变了传统的监控模式。3