SCADA系統與MIS的接□方式探討

　　摘要：監視控制和數據采集（SCADA）系統與管理信息系統（MIS）是電力企業中zui基本的兩個系統。其中調度自動化SCADA系統是集變電站與主站端設備于一體的數據采集、處理及監控系統，這個系統主要是為監視電網運行、保障電網的安全服務的，為了保證SCADA系統的安全，SCADA系統和其他系統之間一般都要采取隔離措施。MIS主要用于生產管理、物資管理、財務管理、人事管理、檔案管理等，它是電力企業實現信息資源共享、無紙化辦公的基礎。為了實現資源共享、減少投資，MIS又應該能夠調用調度自動化SCADA系統的實時數據，這就涉及到SCADA系統與MIS的連接問題，本文闡述了常規的SCADA系統與MIS的接口方式，同時提出了一種新的接口方式，即串行方式，并對其進行詳細探討。
　　
　　一、常規接口方式
　　
　　在電力企業建設MIS過程中，通常需SACDA系統向其轉發實時數據。目前，國內SCADA系統與MIS的接口方式主要采用兩種方式實現：網關機或路由器方式；前置服務器+物理隔離裝置+單向WEB+防火墻方式。
　　
　　方式一的接口形式如圖1所示，需在網關機上安裝接口轉發程序，將通過*塊網卡接收到SCADA系統的實時數據根據統一的通信協議進行打包，再通過*塊網卡或路由器端口向MIS進行發送，同時在MIS服務器上安裝數據接收程序，將網關機或路由器送過來的數據包進行接收并處理，并把處理后的數據存入數據庫。由于該方式是采用雙網卡或路由方式，基于TCP/IP協議實現數據通信，缺乏有效的物理隔離，SCADA系統安全將面臨網絡攻擊和威脅，因此該方式不能滿足國家經貿委[2002]第30號令:《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》的要求，現該方式已基本不采用。　　
　　由于SCADA系統與MIS的應用對象和使用范圍不同，為了保證SCADA系統既能向MIS傳送數據又不受MIS的安全威脅，不應像方式一將兩個系統直接相連。方式二改進了SCADA系統與MIS的傳統連接方式，數據經過國家有關安全部門認可的物理隔離裝置，單向將SCADA系統數據發送至SCADA系統WEB服務器，在SCADA系統WEB服務器上進行實時數據處理和歷史數據存儲，客戶端只讀取WEB服務器的數據庫，而與SCADA系統數據服務器不發生任何，從而將SCADA系統、WEB服務器遷移至了安全三區。充分保證了SCADA系統的安全。其接口形式如圖2所示，這種方式是目前SCADA系統與MIS的主要連接方式。該方式硬件投資主要是物理隔離裝置及防火墻，軟件投資比較大，其中包括SCADA系統實時數據轉發程序、與物理隔離裝置協議接口程序、WEB服務器端數據接收處理程序、數據存儲程序、WEB應用程序等。　　
　　二、串行接口方式
　　
　　"串行通信"是指通信設備間使用一根數據信號線（另外需地線，可能還需控制線），每一位數據都占據一個固定的時間長度。這種通信方式使用的數據線少，可節約通信成本。該方式的特點是串行方式，避免了"網絡通信"，做到了真正意義上的物理隔離，保證了SCADA系統的安全，zui重要的是硬件投資小，軟件開發量減少，實施方便。如圖3所示。　　
　　采用串行通信方式，SCADA系統的實時數據由前置機發送到前置機柜中的MOXA或CHASE串行服務器，然后由其轉換成RS232信號，然后通過電力系統的數字通道或模擬通道發送給MIS。通道波特率可設置300bit/s到9600bit/s不等，該方式避免了"網絡通信"。實際上就是將MIS系統作為SCADA系統的一個廠站，由SCADA系統向其轉發數據。
　　
　　三、具體實現
　　
　　云南電網公司曲靖供電局SCADA系統采用國電南瑞科技股份有限公司生產的OPEN-2000新一代大型能量管理系統，MIS采用云南電網公司曲靖供電局自主開發的新一代數字化MIS，兩個系統通過串行方式實現數據接口。
　　
　　一般來說，SCADA系統中會有多個廠站的數據向MIS系統轉發，本方式采用循環方式發送，即按照SCADA系統的廠站編號1，2，3，4，…，依次向下發送，發送完zui后一個廠站的數據接著發*個廠站的數據，由于存在某些廠站沒有數據向MIS轉發，本方式在SCADA系統的廠站信息配置表中提供一個參數由客戶選擇，如果該廠站需要向MIS發送數據，則選"是"，否則選"否"。
　　
　　3.lSCADA系統端實時數據的提取
　　
　　在SCADA系統中生成兩張表:MIS遙測轉發表和MIS遙信轉發表，需要向MIS轉發的遙測遙信記錄都存放在這兩張表中，前置機根據這兩張表的記錄從SCADA系統的實時數據庫中每隔10s提取一次數據，提取到的實時數據按不同廠站和不同點號存入數組ALLYC，ALLYX中，然后由數據轉發模塊發送這些數據。
　　
　　由于變位遙信更新速度要快，本方式通過比較ALLYX中前后兩次的數據，如果其中某些遙信前后兩次狀態不相同，則作為變位遙信處理，同時將這些點的點號和狀態存入CYX數組中。發送變位遙信的時間間隔是10s，即每從實時數據庫中提取一次遙信數據時，就判斷一次遙信變位，隨后發送這些變位信息。
　　
　　3.2傳輸規約
　　
　　本方案報文采用IEC60870-5-101規約格式，其中YC的類型碼為21，起始地址為1793,YX的類型碼為1，起始地址為1，全遙測和全遙信的傳送原因為20，變位遙信的傳送原因為3。
　　
　　報文中的鏈路地址（一個字節）表示廠站號，MIS接收端根據廠站號來區分該包報文是哪個廠站的數據。
　　
　　3.3發送速度控制
　　
　　由于采用串口發送，所以必須對發送速度加以控制。本方案根據通道波特率計算發送間隔，按照每個廠站為滿配（512個YX，256個YC，64個CYX）的數據計算每個廠站數據發送時間長度，若通道波特率采用9600bit/s，通信方式為異步、偶校驗，則計算方式為:interval≈[（256×2+512×1+64×3）×ll]/9600≈1.39s，計算時忽略了每包報文的報文頭發送時間，及每包報文之間的33位Bit的發送時間，考慮到在實際中很少廠站能達到滿配的轉發數據量，在實際處理中對發送時間作了對折處理，即發送256個遙信，128個遙測，32個變位遙信的時間，大概需1.39/2s，即發送每個廠站數據的時間約為0.69s。
　　
　　3.4數據刷新周期
　　
　　SCADA系統發送的數據的刷新頻率取決于需要轉發給MIS的廠站的數量和通道波特率的大小，如果需轉發數據的廠站總數為30個，通道波特率為9600bit/s，則數據刷新時間為30×0.69=20.7s/次。計算時采取了對折處理，即每個廠站發送256個遙信，128個遙測，32個變位遙信的時間，根據實際運行結果，這樣處理完滿足實際需要。
　　
　　3.5MIS端接收數據處理
　　
　　MIS端采用串行控件對SCADA系統發送的串行數據進行接收和報文解釋，將解釋后的數據存入自定義的中間庫，在中間庫中生成8張表:廠站參數表、遙測參數表、遙信參數表、實時遙測表、實時遙信表、歷史遙測表、歷史事項表、綜合信息表。
　　
　　其中，廠站參數表、遙測參數表、遙信參數表三張表的數據錄入可編寫程序將SCADA系統參數表的文本文件導入到數據庫當中，減少大量人工錄入工作量。實時數據與上一幀報文解析數據進行比較，數據發生變化時存入中間庫實時遙測表和實時遙信表當中。歷史遙測表數據是在整點時，通過觸發器將遙測數據存儲到歷史遙測表中。歷史事項表示當收到遙信變位幀時將變位信息存儲到歷史事項表中。綜合信息表數據來自于后臺部分，是將后臺的信息作為一個分站加入到轉發MIS庫中，如計劃值、統計值、系統信息、網絡信息、節點信息等。
　　
　　MIS數據服務器根據MIS的不同需要，將中間庫數據存儲到MIS數據服務器上，MIS數據服務器采用了大型商用ORACLE9I數據庫，為MIS端功能模塊的調用、分析，實時數據運行監視和歷史數據查詢提供了數據來源。
　　
　　四、結束語
　　
　　電力系統自動化正從信息孤島走向信息共享，從多島自動化走向綜合集成。基于信息共享的分布式系統集成適應了這一發展趨勢。文中提出的方式應用于云南電網公司曲靖供電局已有半年時間，運行非常穩定，既為客戶節省了費用，同時保證了SCADA系統的安全，又為MIS提供了數據和信息，安全、方便、可靠地解決了企業信息孤島問題，為企業的生產、運行，信息共享帶來了良好效益。