发布于：2007/6/11 9:45:11 | 450 次阅读
摘 要：文章简述了邢台电网SCADA和MIS系统基本功能，讨论了2个系统互连技术和特点，提供了互连的实际应用方法，找出了不足并提出改进意见。
1SCADA简介
SCADA是电网调度自动化系统的简称。邢台供电公司SCADA于2001年3月建成投运。它采用双百兆以太网结构，历史数据服务器为ALPHA DS20，UNIX操作系统，ORACLE 8i数据库；实时数据服务器、工作站采用ALPHA工作站，操作系统NT4.0。SCADA实现了电网数据收集、监控、经济调度及安全分析，为电网安全、稳定、可靠、经济运行提供了技术保障，提高了调度管理水平。其主要功能包括：电网主接线及运行工况、实时用电负荷和计划用电负荷、重要厂站电气运行工况、异常事故报警及打印、电力调度数据处理及运行日报表的打印、召唤打印、数据转发等。
2MIS简介
MIS为管理信息系统的英文缩写。邢台供电公司MIS是网络拓扑为主干千兆、百兆到桌面的快速以太网。整个网络覆盖了公司的所有职能科室和基层单位。本网络拥有性能先进、具有3层路由能力的交换机Accelar 8600和运行稳定、数据处理能力强的数据库服务器IBM H80。网络上运行着公司生产经营管理的应用子系统，主要包括：生产管理、用电管理、安监管理、劳人管理、物资管理、办公自动化、计划管理、综合查询子系统以及与银行实时联网的电费结算系统。
在上述各子系统中，大部分数据来自SCADA。其中，计划管理子系统用于负荷电量平衡计算、电网负荷预测、计划电网改造；生产管理子系统用于变电运行检修、送电、电压无功统计；用电管理子系统制定分配负荷方案，配网调度的事故报修、事故定位、负荷平衡等，都需要电网实时数据和历史数据。这需要SCADA与MIS对接，实现数据交换。
由于SCADA对于电网调度运行非常重要，它的运行规程要求尽可能减少与外网接口，并且采取安全隔离措施。系统互连和隔离本身就是一对矛盾，这就要求在制定2网接口方案时，应综合考虑，既要向MIS网络提供及时可靠的电网数据，又要确保SCADA的网络安全。
3系统接口方案
3.1网络互连基本方式
3.1.1基于物理层的连接方式
现今被广泛运用的通信主要有串口方式和并口方式。其中最典型的串口方式为RS232，RS232速率115.2 kbit/s，最长传输距离15 m。并口有SPP标准、EPP增强型、ECP扩充型3种工作模式。并口传输速率比串口稍快，但通讯距离比串口近。
优点：实现简单，点对点物理连接，数据传输不受外界干扰，安全可靠，传输数据速率稳定，2个网络完全隔离，不会受到黑客攻击和病毒侵害。RS232和并口等为计算机标准配置，编程方便，容易实现。缺点：通讯速率较慢，通讯距离短，而且需要程序支持建立连接和差错控制，很难实现图形资源共享、历史数据转库等功能。
3.1.2基于网络层连接的方式
有网桥、路由器、进行网络分段等方式。邢台供电公司的SCADA和MIS均为比较完善的以太网,网络协议主要为TCP/IP协议。IP是互连网络协议，只是提供发送服务，把数据从源端发到目的端，当网络拥塞、链路故障等造成数据丢失或出错时，IP仅有报错功能，而差错检测和恢复链路则由传输层协议TCP完成。
优点：网络通讯速率快，通讯距离远，基于TCP/IP协议的应用，更容易实现端到端传输。
缺点：受网络带宽、流量、资源分配等限制，速率不稳定，由于是基于网络层的连接，可能会受到黑客攻击和病毒侵害，必须采取安全防护措施。
3.2SCADA与MIS互连方式
2种连网基本方法各有优缺点，从系统任务划分、数据量大小、数据速率、接口安全以及经济实用等方面考虑，决定分别采用网桥和串口2种方式。既保证了电网调度网络的安全，又满足了MIS网的不同用户对SCADA数据的不同需求。
3.3数据传输方式及内容
传送到MIS网的数据包括实时数据和历史数据，传送方式有实时数据包、历史数据（包括事件报警）和描述转库、WEB浏览系统图和报表曲线。目前多数SCADA与MIS的接口停留在WEB浏览水平，很少对实时数据进一步加工处理。在接口设计时，分析实时数据传输、历史数据转库、WEB页面浏览等应用的特点有：WEB浏览频度高，访问量大，有可能拥塞，但大部分集中在白天上班时间；实时数据要求响应快，传送频度高，时刻不能间断；历史数据虽然数据量较大，但每d只传送1次，可以安排到后半夜进行。因此决定将数据传送分2部分完成。
3.3.1历史数据接口及WEB发布——网桥方式
用1台WEB服务器作为网桥将SCADA与MIS隔离，2网上的计算机除了网桥外，不能相互直接访问，只能通过网桥的应用程序进行数据交换。网桥上插有3块网卡，WEB服务器应用程序通过其中2块从SCADA系统双网读取实时数据，同时将SCADA系统的电网接线图、总加表、报表等图形表格转换成WEB页，通过另外1块网卡向MIS网进行WEB实时信息发布，MIS网上的计算机通过IE浏览器可以看到与SCADA系统一模一样的画面内容。另外可以自动或手动将每天的历史数据从SCADA系统的ORACLE数据库转入MIS网ORACLE服务器并提供数据库结构，保证MIS网能访问到与SCADA系统相同的历史数据，以便进行统计分析等管理应用。WEB服务器操作系统采用NT Server 4.0，WEB发布软件为IIS，应用软件包括从SCADA系统读取实时数据模块、WEB发布模块和历史数据转库模块。
3.3.2实时数据转发——串口方式
由于SCADA侧的实时数据转发服务器和MIS侧的数据接收服务器分别放在办公楼的16层和9层，超过了普通串口通讯允许的距离，因此2者连接采用了光纤技术：在SCADA侧用1台IPC610工控计算机作为实时数据转发，使用串口、光猫，通过光纤相连，MIS侧用1台IBM服务器作为MIS网实时数据服务器，该服务器负责向MIS网络上各个需要处理实时数据的子系统提供实时数据。
SCADA与MIS实时数据发送和接收的工作模式如下：
a. 提供连接建立、传输、中止。
b. 提供可靠性要求对方返回确认，否则自动重传并等待更长的时间。
c. 排序对所发的每个数据，关联1个序列号进行排序，接受方将处理重复的和非顺序到达的数据。
d. 提供流量控制保证发送方发送的数据不会超出接收缓冲区。
e. 全双工同一时刻既可接收，也可发送。
SCADA转发计算机（发3个EB90同步字）扫描MIS实时数据服务器，通讯双方约定建立链路后（SCADA转发计算机接收到MIS实时数据服务器响应返回的3个EB90同步字），SCADA首先向MIS发送实时数据库描述报文,然后连续分组发送实时数据信息报，直到SCADA系统电气结构发生变化时，重新由SCADA向MIS发送实时数据库描述报，周而复始，直到数据链路断掉后重新扫描。由于是光纤通道，距离短，基本可以不考虑通道干扰、误码问题，因此不需要太多的校验编码，以提高传输效率。报文格式参考了DL 491-1991和DL 476-1992远动规约，遥测数据传送工程值，采用浮点数格式，遥信数据按整型数据传送。
报文格式为：控制字（报类别，帧类别，分组号，帧长）+ 信息字 + CRC校验其中，报类别标示报文是描述报文还是信息报文；帧类别分为有功功率、无功功率、电流、电压、电度、变压器分头、温度等遥测信息以及开关、刀闸、保护信号等遥信信息；分组号分别表示不同的电压等级。帧类别和分组号可以灵活组帧，根据各部门实际需要，实现重要信息帧传送频率快一些，次要信息刷新慢一些；另外，遥测实行越死区组帧传送，遥信实行变位组帧传送，结合定时全数据传送，可以在速率不变的情况下提高效率，满足实时性要求。
3.4描述约定
由于SCADA对电网数据的实时性、安全性要求较高，结构复杂，数据库描述表比较庞大，许多功能要求与MIS网不同。因此，对数据描述进行了约定。
a. 对描述库进行简化，接收的内容只剩下管理所必需的厂站、部件类型、部件名称、数值等。
b. 无论数据和描述多少，对设备标识名有性要求。其中厂站以厂站名为标识，负荷量计算点归入负荷计算站，河北省电力公司转发来的3级数据网数据归入3级网站，电网部件类型以开关、刀闸、变压器、母线、线路、虚拟单精量等标识。
c. 数据单位统一。负荷为MW，无功为MV·A，电压为kV，电流为A 。
3.5数据一致性维护
SCADA是数据源头，随着电网的发展，包括新建站投运、旧站扩建改造，送到MIS网数据量也要不断增加、修改，涉及到顺序改变、设备编号更改、线路改名等。为了保持与调度数据的一致，采取了以下技术措施。
a. 当SCADA的电网描述表发生变化后，由其转发程序向MIS网发送信号，MIS网接收程序读取新的描述表。
b. 调度画面修改后，在向他们的工作站传送时，同时传到了WEB服务器，由程序自动转换成WEB页，发布到MIS网。
c. 当SCADA存储的历史数据发生错误时，人工修改正确，手动转入MIS网ORACLE数据库。
4安全措施
根据国家电力公司1号令和国家经贸委第30号主任令《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，在现有条件下，尽可能避免2个网络互相影响。为此，采取了以下安全防范措施。
a. 由于计算机与MIS网络连接，网站最有可能感染病毒和受到黑客攻击。因此WEB服务器选用的计算机为COMPAQ ALPHA工作站，一般INTEL计算机上的病毒只能破坏其文件，但不会再进行发作、传播。
b. 在WEB服务器上安装了防火墙软件和防病毒软件，除了可进行WEB浏览外，禁止邮件、FTP等其它服务功能 。
c. 在MIS网上，对所有计算机安装防病毒客户端软件，及时更新病毒代码，及时为操作系统等打补丁。
d. 加强网络安全防御管理，应用风险评估技术，检测网络协议、服务、设备等漏洞。
5建议
a. 虽然通过串口可以实现SCADA和MIS的物理隔离，由于速率限制，当实时数据量增加较大时，实时性不易保证。为了保证数据实时性，可以采用多串口方式，数据分组传送。
b. 进一步探讨USB等高速接口的开发、使用方法并拓宽应用。
c. 目前WEB网桥隔离，还算不上意义上的网络物理隔离。国内正在研制专用网络物理隔离收发器，届时不仅可以高速转发实时数据，而且能够满足图形、历史数据等应用。
d. 历史数据通过WEB网桥应用程序以超级用户登录到MIS历史数据ORACLE数据库，存在一定危险，因为WEB服务器必须面向整个MIS网用户开放，超级用户口令可能被监听。可以通过改造，使与SCADA的接口只保留一个物理隔离的实时数据接口，将MIS网的历史数据入库改到由MIS网的实时数据服务器完成，对实时、历史数据服务通过中间件技术完成，WEB实时信息发布也改由MIS网完成，保障SCADA和MIS的主服务器与数据库的安全。
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