SCADA系统与MIS的接□方式探讨

　　摘要：监视控制和数据采集（SCADA）系统与管理信息系统（MIS）是电力企业中zui基本的两个系统。其中调度自动化SCADA系统是集变电站与主站端设备于一体的数据采集、处理及监控系统，这个系统主要是为监视电网运行、保障电网的安全服务的，为了保证SCADA系统的安全，SCADA系统和其他系统之间一般都要采取隔离措施。MIS主要用于生产管理、物资管理、财务管理、人事管理、档案管理等，它是电力企业实现信息资源共享、无纸化办公的基础。为了实现资源共享、减少投资，MIS又应该能够调用调度自动化SCADA系统的实时数据，这就涉及到SCADA系统与MIS的连接问题，本文阐述了常规的SCADA系统与MIS的接口方式，同时提出了一种新的接口方式，即串行方式，并对其进行详细探讨。
　　
　　一、常规接口方式
　　
　　在电力企业建设MIS过程中，通常需SACDA系统向其转发实时数据。目前，国内SCADA系统与MIS的接口方式主要采用两种方式实现：网关机或路由器方式；前置服务器+物理隔离装置+单向WEB+防火墙方式。
　　
　　方式一的接口形式如图1所示，需在网关机上安装接口转发程序，将通过*块网卡接收到SCADA系统的实时数据根据统一的通信协议进行打包，再通过*块网卡或路由器端口向MIS进行发送，同时在MIS服务器上安装数据接收程序，将网关机或路由器送过来的数据包进行接收并处理，并把处理后的数据存入数据库。由于该方式是采用双网卡或路由方式，基于TCP/IP协议实现数据通信，缺乏有效的物理隔离，SCADA系统安全将面临网络攻击和威胁，因此该方式不能满足国家经贸委[2002]第30号令:《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》的要求，现该方式已基本不采用。　　
　　由于SCADA系统与MIS的应用对象和使用范围不同，为了保证SCADA系统既能向MIS传送数据又不受MIS的安全威胁，不应像方式一将两个系统直接相连。方式二改进了SCADA系统与MIS的传统连接方式，数据经过国家有关安全部门认可的物理隔离装置，单向将SCADA系统数据发送至SCADA系统WEB服务器，在SCADA系统WEB服务器上进行实时数据处理和历史数据存储，客户端只读取WEB服务器的数据库，而与SCADA系统数据服务器不发生任何，从而将SCADA系统、WEB服务器迁移至了安全三区。充分保证了SCADA系统的安全。其接口形式如图2所示，这种方式是目前SCADA系统与MIS的主要连接方式。该方式硬件投资主要是物理隔离装置及防火墙，软件投资比较大，其中包括SCADA系统实时数据转发程序、与物理隔离装置协议接口程序、WEB服务器端数据接收处理程序、数据存储程序、WEB应用程序等。　　
　　二、串行接口方式
　　
　　"串行通信"是指通信设备间使用一根数据信号线（另外需地线，可能还需控制线），每一位数据都占据一个固定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，可节约通信成本。该方式的特点是串行方式，避免了"网络通信"，做到了真正意义上的物理隔离，保证了SCADA系统的安全，zui重要的是硬件投资小，软件开发量减少，实施方便。如图3所示。　　
　　采用串行通信方式，SCADA系统的实时数据由前置机发送到前置机柜中的MOXA或CHASE串行服务器，然后由其转换成RS232信号，然后通过电力系统的数字通道或模拟通道发送给MIS。通道波特率可设置300bit/s到9600bit/s不等，该方式避免了"网络通信"。实际上就是将MIS系统作为SCADA系统的一个厂站，由SCADA系统向其转发数据。
　　
　　三、具体实现
　　
　　云南电网公司曲靖供电局SCADA系统采用国电南瑞科技股份有限公司生产的OPEN-2000新一代大型能量管理系统，MIS采用云南电网公司曲靖供电局自主开发的新一代数字化MIS，两个系统通过串行方式实现数据接口。
　　
　　一般来说，SCADA系统中会有多个厂站的数据向MIS系统转发，本方式采用循环方式发送，即按照SCADA系统的厂站编号1，2，3，4，…，依次向下发送，发送完zui后一个厂站的数据接着发*个厂站的数据，由于存在某些厂站没有数据向MIS转发，本方式在SCADA系统的厂站信息配置表中提供一个参数由客户选择，如果该厂站需要向MIS发送数据，则选"是"，否则选"否"。
　　
　　3.lSCADA系统端实时数据的提取
　　
　　在SCADA系统中生成两张表:MIS遥测转发表和MIS遥信转发表，需要向MIS转发的遥测遥信记录都存放在这两张表中，前置机根据这两张表的记录从SCADA系统的实时数据库中每隔10s提取一次数据，提取到的实时数据按不同厂站和不同点号存入数组ALLYC，ALLYX中，然后由数据转发模块发送这些数据。
　　
　　由于变位遥信更新速度要快，本方式通过比较ALLYX中前后两次的数据，如果其中某些遥信前后两次状态不相同，则作为变位遥信处理，同时将这些点的点号和状态存入CYX数组中。发送变位遥信的时间间隔是10s，即每从实时数据库中提取一次遥信数据时，就判断一次遥信变位，随后发送这些变位信息。
　　
　　3.2传输规约
　　
　　本方案报文采用IEC60870-5-101规约格式，其中YC的类型码为21，起始地址为1793,YX的类型码为1，起始地址为1，全遥测和全遥信的传送原因为20，变位遥信的传送原因为3。
　　
　　报文中的链路地址（一个字节）表示厂站号，MIS接收端根据厂站号来区分该包报文是哪个厂站的数据。
　　
　　3.3发送速度控制
　　
　　由于采用串口发送，所以必须对发送速度加以控制。本方案根据通道波特率计算发送间隔，按照每个厂站为满配（512个YX，256个YC，64个CYX）的数据计算每个厂站数据发送时间长度，若通道波特率采用9600bit/s，通信方式为异步、偶校验，则计算方式为:interval≈[（256×2+512×1+64×3）×ll]/9600≈1.39s，计算时忽略了每包报文的报文头发送时间，及每包报文之间的33位Bit的发送时间，考虑到在实际中很少厂站能达到满配的转发数据量，在实际处理中对发送时间作了对折处理，即发送256个遥信，128个遥测，32个变位遥信的时间，大概需1.39/2s，即发送每个厂站数据的时间约为0.69s。
　　
　　3.4数据刷新周期
　　
　　SCADA系统发送的数据的刷新频率取决于需要转发给MIS的厂站的数量和通道波特率的大小，如果需转发数据的厂站总数为30个，通道波特率为9600bit/s，则数据刷新时间为30×0.69=20.7s/次。计算时采取了对折处理，即每个厂站发送256个遥信，128个遥测，32个变位遥信的时间，根据实际运行结果，这样处理完满足实际需要。
　　
　　3.5MIS端接收数据处理
　　
　　MIS端采用串行控件对SCADA系统发送的串行数据进行接收和报文解释，将解释后的数据存入自定义的中间库，在中间库中生成8张表:厂站参数表、遥测参数表、遥信参数表、实时遥测表、实时遥信表、历史遥测表、历史事项表、综合信息表。
　　
　　其中，厂站参数表、遥测参数表、遥信参数表三张表的数据录入可编写程序将SCADA系统参数表的文本文件导入到数据库当中，减少大量人工录入工作量。实时数据与上一帧报文解析数据进行比较，数据发生变化时存入中间库实时遥测表和实时遥信表当中。历史遥测表数据是在整点时，通过触发器将遥测数据存储到历史遥测表中。历史事项表示当收到遥信变位帧时将变位信息存储到历史事项表中。综合信息表数据来自于后台部分，是将后台的信息作为一个分站加入到转发MIS库中，如计划值、统计值、系统信息、网络信息、节点信息等。
　　
　　MIS数据服务器根据MIS的不同需要，将中间库数据存储到MIS数据服务器上，MIS数据服务器采用了大型商用ORACLE9I数据库，为MIS端功能模块的调用、分析，实时数据运行监视和历史数据查询提供了数据来源。
　　
　　四、结束语
　　
　　电力系统自动化正从信息孤岛走向信息共享，从多岛自动化走向综合集成。基于信息共享的分布式系统集成适应了这一发展趋势。文中提出的方式应用于云南电网公司曲靖供电局已有半年时间，运行非常稳定，既为客户节省了费用，同时保证了SCADA系统的安全，又为MIS提供了数据和信息，安全、方便、可靠地解决了企业信息孤岛问题，为企业的生产、运行，信息共享带来了良好效益。