[科普中国]-远动系统

简介

远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置，调度端远动装置和远动信道。1

远动系统为厂站的子系统的核心，建立在通信技术、自动化与计算机技术的基础上。早在20世纪30年代，远动技术先是应用于铁路运输；40年代才用于电力系统。我国于50年代末才开始使用，经历了继电器接点式、分布元件布线逻辑、集成电路和大规模集成电路几代的变迁；整机系统也由无记忆功能进化到智能化装置，即发展到今天用计算机来武装起来的微机远动装置。2传统的远动系统主要实现遥控、遥测、遥信和遥调四种基本功能。3

基本构成基本作用远动系统的基本作用就是实现调度端对被控端设备的监视与控制操作，所以远动系统组成应包括控制端、执行端和通信信道三部分。4

控制端调度端是远动系统遥控、遥调指令信息的产生部分，也是被控端设备对象遥测、通信信息的接收部分。电气化铁道牵引供电远动系统调度端安装在中心域市的调度控制中心。例如郑州铁路局所管辖范目内的京广铁路线、陇海铁路线及新荷线电气化铁道牵引供电运动系统的调度端就安装在郑州调度控制中心。在远动系统中，为配合调度端工作，调度控制中心还配备有模拟屏、打印机、工程师终端、VDU显示设备(含键盘、 鼠标器等人机接口) 、通信处理器及不间断电源（UPS）等设备。4

调度端的主要任务就是对被控端送来的信息进行加工、处理（如有功功率、无功功率、电能量等），并根据需要进行各种报表、记录得打印、存储、显示，对事故信号进行报警，以及由操作员通过人机接口向各被控对象发出操作命令等。4

采用计算机技术的远动系统也称作远方监控与数据采集系统，也称为SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition System）。其主要功能是依靠软件编程来实现的，突出优势在于信息数据处理、人机对话和自动巡回检测等。4

执行端执行端是远动系统遥控、遥调指令信息的接收与执行部分，也是被控端设备对象遥测、遥信信息的采集与发送部分。4

电气化铁道远动系统执行端分布安装在被控对象的所在地，其主要功能则是采集牵引变电所内各开关量的状态、电气量的参数并及时上送调度端，以及执行控制端发来的各种操作命令等。执行端为实现远动系统的功能完善，一般还具备被控设备对象发生事件的顺序记录、自恢复和自检测功能。4

在SCADA中，执行端也称为远方终端装置（RTU）。计算机远动系统的执行端主要包括计算机、数据采集电路、显示器和打印机等设备，其主要功能依靠软件编程来实现。4

通信信道远动系统中信道的主要功能是承担控制端与被控端之间的信息数据、命令的传输。通常，把从控制端向被控端发送的数据成为“下行”数据；反之，把从被控端向控制端发送的数据称为“上行”数据。4

从结构上来讲，远动系统与一般自动化系统之间最大的区别就在于信道的存在。远动系统由于调度端与执行端之间的距离较远，信道存在易受外来干扰的弱点，从而降低了命令的准确性和整个系统的可靠性。当所需传送的命令愈多、系统越复杂时，信道的结构也就愈发复杂，这个弱点也就愈加突出，并且信道的成本愈高。因此，需要有一系列的措施来保证系统正常、可靠和经济地运作。一般情况下，远动系统中采取将被传达的命令转换成适合于在信道中传送的最好信息形式进行传输，如模拟信号数字化技术、纠错编码技术、数字加密技术、基带传输技术、同步技术等。这种形式往往与一般自动化系统中命令的形式有很大的区别，因此在远动系统中就需要一些特殊的转换设备来转换命令。4

在电气化铁道供电远动系统中，由于系统分布距离远使通信部分的投资费用增大，而控制端调度中心和牵引变电所等被控端之间需要传送的信息又较多，为了使同一信道传送更多的信息，充分发挥信道的作用，就需要在信息传输中采用信道多次复用的办法。目前有两种制式：频分制和时分制。在频分制中，各种远动信号是用不同频率信号来传送的，这些不同频率的信号可以在同一信道中同时传送；而且，为了使传送的各种信号互不干扰，在发送端和接收端都设有通带频率滤波器。在时分制中，待传的远动信号是按照规定的时间先后顺序，依次在信道中逐个传送。4

分类远动系统在整体归类上一般按照不同的信息传递方式、不同的工作方式、控制对象的不同分布形式、具有的不同功能等方面进行分类。4

按信息传送方式的不同在远动系统中，各种信息、命令从一端传送到另一端去控制执行、显示或记录。目前，远动技术信息的传送方式分为两大类：循环传送方式和查询传送方式。循环查询方式是以被控端的远动装置为主，周期性地采集数据，并且周期性地以循环的方式向调度端发送数据，即由被控端传送遥测、遥信量给调度端；查询传送方式是以调度端为主，由调度端发出查询命令，被控端按发来的命令来工作，被查询的站向调度端传送数据或状态信息。4

按工作方式的不同远动装置按照工作方式的不同一般分为以下3类：

（1）1:1工作方式。1:1工作方式是指在被控端装一台远动装置，在调度端对应地也装一台远动装置。

（2）1：N工作方式。1：N工作方式是指调度端一台远动装置对应着各被控端的N台远动装置。

（3）M:N工作方式。M:N工作方式是指调度端M台装置对应被控站N台装置。4

按所采用的信道的不同（1）按信道的性质分类。远动系统按照传送信号的信道是利用有线信道还是无线信道，可分为有线远动系统和无线远动系统。无线远动系统多应用于航空航天、军事等领域，而在工业、运输、电力等领域更广泛使用的是有线远动系统。4

（2）按信道数量的分类。远动系统可以按照信道的数量是随着控制对象的数量增加还是与被控对象数量的多少无关来分类，一般可分为少信道远动系统和多信道远动系统。4

按所控制对象分布的不同远动系统可以根据被控对象的分布状态来分类，即分为分散型运动系统和集中型运动系统、固定目标远动系统和移动目标远动系统、链式远动系统和辐射式远动系统等。4

按所采用的的元件、功能的不同远动系统可以根据装置所采用的的元件是有接点还是无接点分为有接点远动系统和无接点远动系统；远动系统可以按照远动功能使用硬件实现还是靠软件实现，可分为布线逻辑式远动系统和软件化远动系统；远动系统还可以按照是否有一个远程自动调节系统分为开式远动系统和闭式远动系统等。4

网络结构远动系统的网络结构与对象数的多少和分布有关。在物理上把分布的对象连接起来有若干形式，这些连接形式就叫做拓扑结构或网络结构。主要有以下5种：

（1）星型拓扑结构；

（2）总线拓扑结构；

（3）环型拓扑结构；

（4）树型拓扑结构；

（5）网型拓扑结构。5

上层核心远动系统的核心是SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）SCADA，即数据采集与监视控制系统。

在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。作为电力行业的专用自动化系统，远动系统有着信息完整、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。

远动系统在铁道电气化远动系统上的应用较早，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。在铁道电气化系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的远动系统产品，同时我国也从国外引进了大量的远动系统产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

底层执行装置在远动系统中，主要的执行装置是RTU（Remote Terminal Unit），RTU是一种远端测控单元装置，负责对现场信号进行监测和控制。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，但是在运算和编程能力上比较差。由于RTU对环境的适应能力，使得RTU产品在远动系统中得到了大量的应用。

随着微机综合保护装置的越来越广泛的应用，越来越多的微机综合保护装置应用到了远动系统中，微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传远动系统主机，方便的实现电网自动化。

远动系统配置基本模式1.点对点配置

主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置

2.多路点对点配置

控制中心或主站,通过各自的传输链路相连接的一种配置

3.多点星型配置

控制中心或主站与多个子站之间相连接的一种配置

4.多点共线配置

控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连接的一种配置

5.多点环形配置

所有站之间的通信链路形成环路,控制中心或主站可以通过两条不同的路径于每一子站通信