CN201708815U - 远动数字通道网络化结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种远动数字通道网络化结构，所述的网络化结构在RTU的机柜上加装厂站小型终端服务器，并通过网络接入地区调度自动化系统的前置子系统，前置子系统设置采集前置机和前置交换机。采用上述技术方案，可以提高数字通道的传输波特率，因为网络化改造后串口数字信号只在RTU屏内或调度主站前置通道柜近距离通信，干扰少，通信质量好。具有可远程监视、远程网管等突出优点，增加的设备，可靠性高，通道中断时故障点定位快速准确，远动自动化和通信专业责任界定清楚，设备替换方便，恢复时间短，可有效提高远动系统可用率指标。

Description

远动数字通道网络化结构

技术领域

本实用新型属于电网调度自动化的技术领域，涉及远动数字通道的技术，更具体地说，本实用新型涉及远动数字通道网络化结构。

背景技术

近年来的统计数据表明，影响远动系统可用率的主要原因仍然是通道中断。因此，加强远动通道的建设和完善，是提高整个调度自动化系统运行水平的关键。

对于尚未进行变电站综合自动化系统改造的老旧变电站，远动RTU(远动终端，Remote Terminal Unit)装置一般不支持IEC60870-5-104网络规约，常用的远传数字通道是传统的异步串行通信RS-232C接口。它虽有接口方便、标准化、规范化的优点，但不足之处是：通信有效距离短(≤15米)；接口处各信号间容易产生干扰。所以，一般要在RTU和通信设备两侧加装光电隔离器来提高传输距离和实现双方设备间的电气隔离。而大多数光隔都是从远动下行信号取电，即只有当下行信号有电平触发时光电隔离才能正常工作，将上行信号发送出去；在调度中心端通信设备侧，将远动数字信号还原出来后，要再经过光隔与调度主站前置系统通道柜相连。传输过程中转环节多、设备种类多，易出现配线架卡接不牢、收发信号及其电平正负颠倒错误问题。此外数字通道信号质量判断较复杂，需借助示波器观察或用笔记本电脑接收原码判读；通道中断后，远动自动化和通信人员故障排查、调试配合不方便，恢复时间较长，影响了远动系统可用率。

近几年，随着电力通信网的发展，大容量、高质量的光纤通信环网已基本覆盖到地调管辖变电站，为远动数字通道网络化改造提供了安全、稳定、可靠的硬件传输平台，也是远动数字通道由常规改网络化传输的前提条件。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种远动数字通道网络化结构，其目的是提高远动系统的可用率。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型所提供的远动数字通道网络化结构，所述的网络化结构在RTU数字通道的机柜上加装厂站小型终端服务器，并通过网络接入地区调度自动化系统的前置子系统，所述的前置子系统设置采集前置机和前置交换机。

所述的厂站小型终端服务器的RS232串口与RTU数字通道收发交叉相连。

为使本实用新型更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的三种实施方案，以获得最佳的技术效果，更好地实现发明目的，并充分体现本实用新型的新颖性和创造性：

1、所述的网络为点对点2M专网，所述的点对点2M专网采用E1专线+以太网桥转换的网络结构。所述的厂站小型终端服务器为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXA DE-304。

2、所述的网络为电力数据通信网，且在地调主站侧设置主站小型终端服务器，所述的主站小型终端服务器与所述的厂站小型终端服务器的型号相同。所述的主站小型终端服务器和所述的厂站小型终端服务器为单串口转以太网转换器，其型号为MOXADE-311。

3、所述的网络为地区调度数据专用网，所述的地区调度数据专用网通过地调中心主路由器接入地区调度自动化系统的前置子系统。所述的厂站小型终端服务器为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXA DE-304。在所述的地调中心主路由器与主站前置交换机之间设有硬件防火墙。所述的硬件防火墙的型号为(天融信)NGFW4000型；所述的硬件防火墙的WAN口与地调中心主路由器的实时口相连，所述的硬件防火墙的LAN口与所述的前置交换机连接。

本实用新型采用上述技术方案，可以提高数字通道的传输波特率，因为网络化改造后串口数字信号只在RTU屏内或调度主站前置通道柜近距离通信，干扰少，通信质量好，波特率可以设成RTU和前置系统最大支持值(终端服务器串口速度支持50bps-230.4Kbps)，一般可以设成9600BPS。具有可远程监视、远程网管等突出优点，增加的终端服务器、以太网桥、防火墙等都是成熟的替换性好的标准设备，可靠性高，通道中断时故障点定位快速准确，远动自动化和通信专业责任界定清楚，设备替换方便，恢复时间短，可有效提高远动系统可用率指标，顺应了数据传输网络化的发展方向，有良好的应用前景和推广价值。三种传输方案各有特色，能够适用于现场不同的网络条件，可有针对性地选择应用。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型基于点对点2M专网方案的结构示意图；

图2为本实用新型基于电力数据通信网成对接入的终端服务器方案的结构示意图；

图3为本实用新型基于地区电力调度数据专网方案的结构示意图。

图中标记为：

1、SCADA交换机，2、采集前置机，3、前置交换机，4、主站终端服务器，5、以太网桥，6、点对点2M专网，7、厂站小型终端服务器，8、RTU数字通道，9、主站小型终端服务器，10、电力数据通信网，11、硬件防火墙，12、地调中心主路由器，13、地区调度数据专用网，14、GPS时钟。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2和图3所表达的本实用新型的结构，本实用新型为远动数字通道网络化结构。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高远动系统的可用率的发明目的，本实用新型采取的技术方案为：

如附图所示，本实用新型所述的网络化结构在RTU数字通道8的机柜上设置厂站小型终端服务器7，并通过网络接入地区调度自动化系统的前置子系统，所述的前置子系统设置采集前置机2和前置交换机3。

所述的采集前置机2通过网络与SCADA交换机连接，各采集前置机之间通过GPS时钟14实现时钟同步。

以上所述的厂站小型终端服务器7的RS232串口与RTU数字通道8收发交叉相连。可以通过在RTU机柜上加装小型终端服务器，用该终端服务器的RS232串口与RTU数字通道8交叉相连，一般只需接TXD，RXD，GND三根线。由于是在室内同一块屏近距离相连，干扰小，所以不用考虑加装光隔和数字通道防雷器，终端服务器的网口通过点对点2M专网，或地区调度数据网(SPD net)，甚至电力数据通信网络(SPT net)接入地区调度自动化系统的前置子系统，实现常规数字通道的网络化传输。

RTU数字通道使用的远动规约仍保持不变，可有效解决数字通道常规传输的弊端。

以下是本实用新型针对以上技术方案提出的三个具体实施示例。

实施例一(基于点对点2M专网的终端服务器方案)：

如图1所示，本实用新型所述的网络为点对点2M专网6，所述的点对点2M专网6采用E1专线+以太网桥5转换的网络结构。

终端服务器是为RS-232终端到TCP/IP之间完成数据转换的通讯接口协议转换器，由多个串行接口(RS232/422/485)和一个网络接口(TCP/IP)组成，串口端可连接多个串口设备，网络口端可直接连接以太网。每个终端服务器都有自己独立的IP地址，在系统连接上等效于前置计算机+多串口卡。基于终端服务器的数据采集系统符合国际潮流，已被当前各级电力调度自动化系统和变电站集中控制中心(集控站)广泛采用，作为RTU(远方数据采集单元)通过串行通信接入SCADA/EMS实时系统的解决方案。

在本实施例中，所述的厂站小型终端服务器7为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXA DE-304。

基于点对点2M专网的终端服务器方案，硬件上需要在RTU机柜上加装小型终端服务器，如台湾四零四科技股份有限公司生产的MOXADE-304工业用四串口设备联网服务器，用其中一个RS232串口与RTU数字通道收发交叉相连，其网口通过光纤通信点对点专网(一般采用E1专线+以太网桥转换的网络架构)直接接入地区调度自动化系统的前置交换机，构建示意图如图1所示。

软件上，终端服务器一般支持本地按钮操作和远程配置，推荐使用TELNET登录远程配置，首先要配置终端服务器的静态IP地址、子网掩码、网关，可参照放在主站的前置终端服务器一样设置；

要接入RTU的那个串口操作模式应选TCP Server(在该工作方式下，终端服务器作为TCP服务器端，在指定的TCP端口上监听前置机相同TCP端口的连接请求，当连接建立后，就可以收发数据了)，TCP PORT号可根据需要设置，如设2403等，因端口号必须和作为TCP CLIENT端的前置机约定一致，所以应注意不应与前置机已使用的端口号重复；串口的波特率、数据位、停止位等配置则要与RTU数字通道的设置参数一致。

本实施例的方案实质上相当于将地调前置系统的某个终端服务器远程延伸到变电站，软硬件体系本质未变，故主站前置系统程序只需做稍许改动和配置(如设定厂站终端服务器的IP地址，与厂站终端服务器通信的两台前置机TCP端口号等)便可接入，且由于是端到端远动通信专网，故该终端服务器的网络参数配置可完全由前置系统网络拓扑来决定，一般设成与前置机在同一个网段内。

实施例二(基于SPT net成对接入终端服务器的方案)：

如图2所示，上述技术方案所述的网络为电力数据通信网10，即SPT net，且在地调主站侧设置主站小型终端服务器9，所述的主站小型终端服务器9与所述的厂站小型终端服务器7的型号相同。

本实施例的技术方案不需改变地区调度自动化系统主站设置，工作机制是把远动数字通道串口信号经终端服务器转换成TCP/IP协议借助网络传输，再在地调主站侧用一只同型号的终端服务器转换成RS232信号接入前置通道柜，构建示意图如图2所示。

在本实施例中，所述的主站小型终端服务器9和所述的厂站小型终端服务器7为单串口转以太网转换器，其型号为MOXADE-311。

终端服务器可选用MOXADE-311单串口转以太网转换器，两只成对使用，均工作在PAIR CONNECTION成对模式下，一个作为MASTER端，一个作为SLAVE端，通过互设对方IP地址建立连接，实现数据的双向透明传输。其实质相当于将两个串口设备之间的总线连接改造为TCP/IP网络连接。

由于在变电站和主站侧仍是通过串口使用远动专用规约与实时系统通信，所以其对网络的安全性要求不高，如果变电站现有的以传输管理信息系统(MIS)和办公自动化系统(OA)为主的电力数据通信网络(SPT net)运行稳定，则完全可以不用建设2M专网，就地经电力数据通信网传输到调度主站也是可行的。

需注意的是变电站和主站侧的两只终端服务器的串口参数配置要一致，而网络参数配置要分别遵从变电站和主站侧各自的约束。

实施例三(基于地区电力调度数据专网的终端服务器方案)：

如图3所示，本实用新型所述的网络为地区调度数据专用网13，所述的地区调度数据专用网13通过地调中心主路由器12接入地区调度自动化系统的前置子系统。

现在一般地调所辖变电站都统一建设了基于SDH光纤环网上路由器2M组网构建的电力调度数据网，对于非综自常规变电站目前大多只承载了电能量计量系统、继电保护及故障录波信息管理系统等安全II区业务，故变电站至地调若不具备点对点2M专网建设条件时，数字通道网络化传输还可以利用变电站现有的电力调度数据网SPD net-VPN1(实时VPN)实现。

在本实施例中，所述的厂站小型终端服务器7为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXA DE-304。

在此方案下，RTU机柜上加装的终端服务器仍可以使用实施例一所述的MOXA DE-304型，操作模式仍为TCP Server，但需注意选用的TCP Port应是调度数据网和防火墙开放的端口号，其静态IP、子网掩码和网关都要严格按该变电站数据网路由器分配的实时口网段来配置，否则不能跨路由访问数据网主路由器，其网口直接连到路由器的实时口。

在所述的地调中心主路由器12与主站前置交换机3之间设有硬件防火墙11。

考虑到此方案属调度中心EMS系统与变电站远动装置之间安全I区纵向互联，为保证访问的不可旁路性、可控性、可认证性，实现EMS系统纵向边界的安全防护，需要在调度数据网的调度中心主路由器与主站前置交换机之间加装一个硬件防火墙11，通过合理运用网络静态源地址、目的地址转换NAT技术，可以将两台前置机内网地址转换成调度数据网主路由器实时网段内两个虚拟地址，既实现远程厂站终端服务器经调度数据网跨路由的接入，又能做到使外界无法直接访问前置内网。

以上所述的硬件防火墙11的可以选用天融信NGFW4000型；所述的硬件防火墙11的WAN口与地调中心主路由器12的实时口相连，所述的硬件防火墙11的LAN口与所述的前置交换机3连接。

以上三个实施例技术方案的比较：

三种接入方案厂站侧都要增加一只工业用小型终端服务器，都具备可远程监视、远程网管的特点，远动自动化人员在主站前置机或在电力数据通信网络节点中，通过TELNET远程登录厂站终端服务器，选择Monitor菜单，可以监视到与RTU数字通道相连的终端服务器具体串口的接收和发送字符情况。例如，如果Rx char count数值一直不变化，就可以断定RTU数字通道没有信号发出来，给我们提供了一个直观的判断RTU上行信号的方法，这样在调度主站就可以快速认定故障原因，分清远动自动化、通信部门的责任。

另外，通过网络也可以在线修改终端服务器网络端口号等参数配置，改动保存后重启(Restart)即生效。

三种接入方案都可以提高数字通道的传输波特率。因为网络化改造后串口数字信号只在RTU屏内或调度主站前置通道柜近距离通信，干扰少，通信质量好，波特率可以设成RTU和前置系统最大支持值(终端服务器串口速度支持50bps-230.4Kbps)，一般可以设成9600BPS。

在实施例一和实施例三中，数字信号不经过调度主站前置通道柜，不受前置系统波特率限制，所能使用的最高速率仅由RTU决定。

用户究竟采用何种接入方案要视具体情况而定。

实施例一基于点对点2M专网，厂站至主站只有一条固定路由，网络架构薄弱，但网络不和其他设备复用，安全性好，主站前置机软件配置简单，网络上只承载低速远动数字信号(一般在9600bps及以下)，通道利用率差，适用于电力调度数据网尚未建成且有开通专网条件的变电站。

实施例二基于电力数据通信公网，开通方便，在主站侧仍还原成常规RS232数字信号接入前置系统，所以不需改动主站前置系统任何程序和配置，且适用于前置计算机+多串口卡方式的传统调度主站前置子系统。

由于其安装在变电站和主站侧的两只终端服务器是一主一从，互设IP地址成对使用，两个专用IP地址点对点连接，不符合此连接特征的报文都将被过滤，且两侧都是通过串口使用远动专用规约与实时系统通信，不符合远动规约特点的数据包也不会被接收利用，所以其安全性能满足电力系统二次防护要求。

但为了防止终端服务器配置参数特别是对侧IP地址被篡改，一定要在两侧终端服务器的serverconfig设定项内添加破解难度高的维护密码(Password)，作为安全保护。

此方案适用于电力调度数据网尚未建成且没有开通专网条件的变电站。

实施例三基于电力调度数据网，与安全II区业务系统共享，具有多条路由可通达调度中心主路由器，并采用硬件防火墙与主站前置系统有效隔离，网络稳定性、可靠性、安全性高，扩展性好，具备将多个厂站的远动数字通道按此方式改造经各自的数据网路由器并行接入主站的能力，但防火墙对每一个按此方式接入的厂站都要增加一条内外网地址转换配置(NAT)策略，配置稍复杂，每个包在防火墙中都被翻译成正确的IP地址，发往下一级，给防火墙带来了一定的负担，如按此方案并行接入的厂站数不多，这种负担是微不足道的。

在条件具备时，该方案应是三个方案中的首选。

结论：

综上所述，上述采用终端服务器方式的远动数字通道网络化三种传输方案，具有可远程监视、远程网管等突出优点，增加的终端服务器、以太网桥、防火墙等都是成熟的替换性好的标准设备，可靠性高，通道中断时故障点定位快速准确，远动自动化和通信专业责任界定清楚，设备替换方便，恢复时间短，可有效提高远动系统可用率指标，顺应了数据传输网络化的发展方向，有良好的应用前景和推广价值。三种传输方案各有特色，能够适用于现场不同的网络条件，用户可有针对性地选择应用。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的网络化结构在RTU机柜上加装厂站小型终端服务器(7)，并通过网络接入地区调度自动化系统的前置子系统，所述的前置子系统设置采集前置机(2)和前置交换机(3)。

2.按照权利要求1所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的厂站小型终端服务器(7)的RS232串口与RTU数字通道(8)收发交叉相连。

3.按照权利要求1或2所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的网络为点对点2M专网(6)，所述的点对点2M专网(6)采用E1专线及以太网桥(5)转换的网络结构。

4.按照权利要求3所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的厂站小型终端服务器(7)为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXADE-304。

5.按照权利要求1或2所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的网络为电力数据通信网(10)，且在地调主站侧设置主站小型终端服务器(9)，所述的主站小型终端服务器(9)与所述的厂站小型终端服务器(7)的型号相同。

6.按照权利要求5所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的主站小型终端服务器(9)和所述的厂站小型终端服务器(7)为单串口转以太网转换器，其型号为MOXA DE-311。

7.按照权利要求1或2所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的网络为地区调度数据专用网(13)，所述的地区调度数据专用网(13)通过地调中心主路由器(12)接入地区调度自动化系统的前置子系统。

8.按照权利要求7所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的厂站小型终端服务器(7)为工业用四串口设备联网服务器，其型号为MOXADE-304。

9.按照权利要求7所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：在所述的地调中心主路由器(12)与所述的前置交换机(3)之间设有硬件防火墙(11)。

10.按照权利要求9所述的远动数字通道网络化结构，其特征在于：所述的硬件防火墙(11)的型号为NGFW4000型；所述的硬件防火墙(11)的WAN口与地调中心主路由器(12)的实时口相连，所述的硬件防火墙(11)的LAN口与所述的前置交换机(3)连接。

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