H9000监控系统及水调系统数据通信的应用.docx

H9000 监控系统及水调系统数据通信的应用瞿富强 , 杨启龙 (安康水力发电厂 , 陕西省安康市 725000)摘要 : H9000 是中国水科院自动化所具有知识产权 、 面向对象的水电站网络型机组监控系统 ,在国 内外众多水电站监控中均有应用 ,文中对其数据通信规约进行了系统分析 ,通过安康水电站水调 、 监控系统联网的具体实例说明了如何利用 H9000 数据通信进行开发的思路 关键词 : H9000 ; 监控系统 ; 数据通信H9000 水电站监控系统的应用H9000 是中国水科院自动化所开发的新一代 分布式大型机组监控应用平台 ,具有强大的功能 ,主 要有 :数据采集处理 ,综合参数统计计算分析 ,实时 运行与安全监视 ,语音报警 ,自动报警及查询 包括梯调经济运行 ,电站设备的指令操作控制 ,生产 统计与管理 ,系统授权管理 ,系统时钟管理 ,数据库 管理 , 运 行 指 导 , PL C 网 络 接 入 , 报 表 查 询 管 理 , We b 服务等 安康水电厂计算机监控系统采用中国水科院自 动化所 H9000 V4 . 0 版 ,其系统结构如图 1 所示 。

安 康 水 电 厂 水 调 自 动 化 系 统 建 成 了 Clie nt /Se r ver 体 系 结 构 , Wi ndo w s 2000 操 作 系 统 , S YB A S E 数据库的水调局域网系统 ,实现了各种信 息 (水文 、 机组 、 闸门信息) 的自动接收 、 处理 、 报表制 作 、 安全报警 、 数据交换等功能 使用 TC P 协议传输数据 TC P 协议和 UD P 协议各有所长 , 适用于不同 要求的通信环境 许多程序使用单独的 TC P 连接 和单独 的 U D P 连 接 , 重 要 的 状 态 信 息 随 可 靠 的TCP 连接发送 ,而主数据流通过 UD P 发送 2 . 1 实时数据库及网络数据包 在 H9000 机组监控系统网络中 ,数据通信异常 繁忙 ,下位机向上位机发送的上行数据包有 25 种 , 双向数据有 18 类数据包 ,下行数据包有 49 类 每秒钟都有大量数据在网上流动 ,在下位机向上位机 传送数据 及 上 位 机 之 间 的 数 据 通 信 中 , 采 用 U D P 数据通信 ,在机组监控系统的网络通信中 ,应用实时 数据库技术 ,实时数据库驻留在内存中 ,响应速度相 当快 ,用户访问数据不用和硬盘打交道 ,实时数据库 主要存放 L CU 采集送上来的所 有实 时 数据 , 采 用 按 L CU 单元存储的结构 , 用户可以 用多 种 访问 方 式访问数据库如 : SQL , DM A 等 , 网络上所有节 点 的数据共享都通过网络通信来 实现 , 即 用 U D P 广 播数据节点的即时数据或从实时数据库中读取数据 定时发送 。

实时数据库的结构如图 2 所示 2 . 2 数据通信规约2 . 2 . 1 数据包格式H9000 系统数据格式可分为上行数据格式和 下行数据格式 , 上行数据格式主 要 用于 L CU 采 集 数据的随机和定时传送 ,下行数据格式主要用于控 制命令和参数设置 上 、 下行数据格式均由包头和 用户数据组成 ,如图 3 所示 2 . 2 . 2 H9000 网络数据来源1) PL C 上行数据PL C 上行数据包括 3 类 : 正 常数 据 、 报 警数 据 及定时全送量 , 正常数据每 2 s 送一次 , 采用 U D P1H9000 数据通信在安康水电站的应用在网 络 数 据 通 信 中 , 主 要 用 到 的 是 UD P 与 TC P 数据通信 ,命名管道也是一种网络数据通信方 式 ,但是由于其结构复杂 , 故应用较少 UD P 协议 是一种无连接的传输层协议 ,提供面向事务的简单 不可靠信息传送服务 ,它不与对方建立连接 ,而是直 接将数据包发送过去 ,U D P 适用于一次传送数据量 大 、 对可靠性要求不高的应用环境 ,正因为 U D P 协 议没有连接的过程 ,所以它的通信效率高 ,但也正因 为如此 ,它的可靠性不如 TC P 通信质量高 。

TC P 协议能为应用程序提供可靠的通信连接 , 使一台计算机发出的字节流无差错地发往网络上的 其他计算机 ,对可靠性要求高的数据通信系统往往2收稿日期 :2008210216 — 53—水 电 厂 自 动 化2009 ,30 (1)图 1 安康水电厂 H9000 计算机监控系统结构图 3上 、 下行数据格式图 2 实时数据库结构— 54—水情测报与水调自动化 · 瞿富强 ,等H9000 监控系统及水调系统数据通信的应用广播通信方式 ;语音数据报警采用广播发送 ,只在发 生故障时随即报警 ;定时送数 ,每 5 mi n～10 mi n 送 一次全部数据 ,采用 UD P 广播方式 2) 上位机下行数据 利用 TC P 通信协议 ,采用点对点 (p ee r to p eer) 通信方式 3) 上位机至上位机数据信息 采用 U D P 广播方式 2 . 3 UD P 、TCP 数据通 信在 水 调自 动化 系统 中 的 应用 在水调自动化系统网络通信中 ,网络中数据通信远没有机组监控中繁忙 ,一是数据量大大减少 ,另 外 ,数据通信频繁度减小 ,水调系统的特点是天晴时 数据量少 ,而在下雨 时数 据 量特 别大 , 在 水调 系 统 中 ,通信机利用各种接口 ( 232 , 485 , RJ 45) 获取原 始数据 。

通过 U D P 方式 在 局域 网中 广 播数 据 , 局 域网中各个节点均可以接收到广播数据包 数据的 类别只有模拟量和开关量两种类别 调系统 ,解数据包后写入水调系统数据库 完成写 数据库后 ,将数据再按广播方式向水调局域网发送 , 使连接在局域网上的任意一台计算机都能按照广播 地址进行数据的接收 ,从而达到数据的共享 同样 , 水调向机组监控传送数据也是按这样的方式进行 如图 5 所示 图 5 水调自动化系统与机组监控系统数据交换流程3 . 1开发环境与开发工具 本系统运行于 Wi ndo w s 环境下 ,两侧的通信软 件放置在水调侧及机组监控侧的通信网关机上 ,软 件采用 VB6 . 0 进行开发 ,通信控件采用 wi n sock ,关键技术在于要用二进制方式接收特殊端口广播数据 及如何解数据包 ,并在水调侧的数据库中建立临时 数据表及转换表 3 . 2实现功能与代码示例 通过对水科院 H9000 机组监控系统的分析 ,水 调技术人员与水科院技术人员共同开发了水调 、 监 控系统联网数据通信软件 ,于 2002 年及 2004 年分别应用于安康水电站及蔺河口水电站 ,数据通信顺 畅 ,效果良好 。

后随着安康水电站网络安全要求的 规范标准提高 ,不允许联网 ,安康水调系统与监控联网系统通信硬件线路断开 ,但蔺河口水电站监控与 水调通信运行一直正常 机组监控及水调自动化系统中的原始 U D P 广 播数据包属于水科院的标准规约 ,其他 U D P 、TCP数据服务包属于水调技术人员利用 VB 编程自行开 发 ,能实现以下 3 种功能 :1) 随机发送 对于水调网及机组监控网上实时接收的数据随 时接收随时广播 ,组包方式按单个站点组包 格式 如图 6 所示 2) 定时全送 监控自动化系统中定时全送数据包格式如图 7基于 UD P 、TCP 数据通信的二次开发由于机组监控系统 、 水调自动化系统都将实时 数据在各自的局域网上实时广播 ,对于用户来说 ,只 需接收对方广播数据 安康水电厂的机组监控自动 化系统和水调自动化系统属于两套独立的系统 ,之 间没有硬件连接 ,然而 ,由于生产需要 ,机组监控系 统需要水调自动化系统中的水位 、 流量等信息 ,水调 自动化系统需要机组监控系统中的开停机 、 有功 、 电 量等数据 ,机组监控系统及时了解水调水位 、 流量 、 雨量信息 ,水调自动化系统及时了解发电信息 ,将会 大大促进安康电厂的发电增效和防汛安全 。

通过水调自动化系统及机组监控系统的硬件连 接 ,如图 4 所示 并编制了相应软件 , 经过多次实 验 ,实现了两系统的互相通信 3图 4 水调自动化系统与机组监控系统联网结构两系统之间通信软件流程如下 : 水调接收机组 监控数据 ,先通过广 播方 式 接收 监控 数 据 、 再 组 成TC P 服务包将收到的数据通过通信线路发送到水— 55—水 电 厂 自 动 化2009 ,30 (1)所示 小段代码示例如下 :Private Sub Fo r m_Load () 数据包初始化Call p ack_init 接收水调口广播数据 socketWit h udp _rec_ sd. Remo te Ho st = “ 2 . 255 . 255 . 255“. Remo te Po rt = 3366 连接的端口号. Bind 3355 , “ 2 . 2 . 2 . 233“ 绑定到本地的端口End Wit hWit h udp _broad_ sd 向水调网广播数据. Remo te Ho st = “ 2 . 255 . 255 . 255“. Remo te Po rt = 3360 连接的端口号. Bind 5555 绑定到本地的端口End Wit h接收机组监控发送的数据 socket2客户机 tcp _ rec_j k . Remo te Ho st = “ 10 . 21 . 1 . 1“ tcp _ rec_j k . Remo te Po rt = 6111tcp _ rec_j k . Co nnect 接收水调遥测机发送的数据 socket2客户机tcp _ rec_wl . Remo te Ho st = “ 2 . 21 . 1 . 8“ tcp _ rec_wl . Remo te Po rt = 8888tcp _ rec_wl . Co nnect 发往机组监控的数据 socket2服务器tcp _ send_j k (0) . Local Po rt = 6511 tcp _ send_j k (0) . L i stenEnd Sub数据包到来时用事件自动响应 ,利用其 GetData 方法可 以自动接收Private Sub tcp _ rec _ j k _ DataA r rival ( ByVal bytes To tal A sLo ng)tcp _ rec_j k . GetData var_p ack . pack_ st rCall p ack_t ra nslate 解数据包Call w rite_data ba se 写数据库End Sub图 6随机发送数据包格式图 7定时全送数据包格式水调自动化系统的 TC P 数据服务包也按模拟 量/ 数字量/ 脉冲量定时全送格式进行组包 ,只不过 数据类型分为实 时数 据 、 计 算数 据 、 洪水 预报 数 据 等 。

3) 报警数据包 模拟量/ 数字量越复限时的报警及记录格式如 图 8 所示 结语H9000 系统庞大 , 功能丰富 , 本 文利 用 H9000UD P 、TC P 数据通信应用的特点 ,进行二次开发 ,简 化了水调 、 监控系统网络设备 ,节省了系统投资 ,通 过将各种数据整合在一起 ,建立 U D P 、TC P 数据服 务包 ,这给需要共享数据的用户提供了非常大的方 便 ,这种方式对于其他各种通信应用均有借鉴作用 4瞿富强 ( 1963 —) ,男 ,工程师 ,主要研究方向 : 水库。