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一、微机远动系统概述

随着科学技术的发展，远动技术已经形成一门独立的学科。由于生产过程自动化程度日益提高，人们不断谋求对生产过程，特别是对处于分散状态的生产过程的集中监视、控制和统计管理。为适应上述目的，远动技术在综合自动控制理论、计算机技术和现代通信技术的基础上迅速发展起来。

远动技术在20世纪30年代首先用于铁路运输系统，20世纪40年代用于电力系统，我国到20世纪50年代末才在电力系统中采用。而电气化铁道（简称电铁）远动系统在我国20世纪60年代开始研制，20世纪80年代才得到了广泛应用。和电力系统远动装置一样，电气化铁道远动系统也经历了继电器、晶体管（分立元件）、集成电路和微机远动系统几个阶段，相应的远动系统也称为第一代、第二代、第三代和第四代远动系统。第一代、第二代、第三代远动系统统称为布线逻辑远动系统，第四代即为微机远动系统。目前，广泛使用的电气化铁道远动系统均为微机远动系统。

远动系统（Tele-control System，有时也称为Remote Control System）在基本设想方面，在应用场合和完成其特定的任务方面都有着繁多的种类，各自有着不同的特征。有的可能是一个很简单的单一对象控制；有的可能是一个很大的综合系统。不管怎样，远动系统具有远距离的在人（或者机器）和机器之间交换信息的机能。

如供电系统设有电力调度所，统一指挥供电系统在正常及事故情况下的运行工作，并集中管理沿铁道线分布的许多牵引变电所、分区亭和开闭所中的电力设备。

为了保证供电系统运行的可靠性和经济性，调度所必须及时地掌握系统的实际运行情况。所以，从调度工作出发，一方面需要收集信息，要求变电所将断路器的位置信号、事故信号及主要运行参数等能迅速、正确、可靠地反映给调度所；另一方面，调度所切实了解到系统的运行情况并进行判断处理后，应对变电所（包括分区亭和开闭所等）下达命令，去直接操作某些设备或调整某些参量，或去完成实时控制的任务。

为了完成变电所与调度所之间的远距离信息的实时自动传输，必须应用远动技术，采用远动装置。简单地说，远动技术即是调度所与各被控端（包括变电所等）之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称。由远动装置在调度所和变电所之间充当传送各种信息的桥梁。采用远动装置对于监视和控制系统的运行是一个十分有利的工具。它是实现系统实时调度和进一步实现调度综合自动化的基础。传统远动装置的主要功能是遥控、遥调、遥测和遥信。图1-1所示为电气化铁道远动系统。

1.远动系统的定义

电气化铁道设有电力调度所，统一指挥供电系统的运行，集中管理沿线分布的许多牵引变电所、区分亭和开闭所中的电力设备。为保证供电系统运行的可靠性和经济性，调度所必须及时地掌握系统的实时运行情况。所以从调度工作出发，一方面需要收集各种设备运行信息，要求变电所将主变压器、断路器等主设备的位置信号、事故信号及主要运行参数等能迅速的、准确的、可靠的反映给调度所；另一方面，调度所切实了解到系统运行情况后，对变电所（或分区亭、开闭所）进行判断和处理，操作某些设备调整某些参数，完成实时控制任务。

电气化铁道远动监控系统技术实现电力调度与所辖牵引变电所等供电装置之间远距离实时信息传输、处理，从而实现对所辖的牵引变电所等供电装置的运行状态进行实时监测控制的计算机控制装置。具体地说，通过该系统实现牵引电力调度所与个变电所、开闭所、分区亭之间的遥信、遥测、遥控、遥调和各种监测显示功能。

远动技术在现代生产生活中应用已经非常广泛，包括电力系统、铁路系统等，这些系统往往由很多生产设备和生产部门组成，而且分布比较分散，为了保证系统的正常运行，必须借助于远动技术进行调度管理。

远动技术是一门综合性的应用技术，它的基本原理包括数据传输原理、编码理论、信号转换技术原理、计算机原理等。远动技术是调度管理和现代科技的产物，因此它随着科学技术，特别是计算机技术的迅猛发展而不断更新换代。

微机远动技术是以“微机”（微型计算机）为主，以常规的“四遥”功能为目标的，数据采集监视控制系统简称SCADA。

远动技术是调度端（监控主站）与各执行端（被控端）之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术总称远动系统“回遥”。

遥控（YK，Telecontrol）：遥控是将从调度所发出命令运用远程通信技术，使远方运动设备的状态产生变化。例如开关的“合”“分”指令。

遥调（YT，Teleadjusting）：遥调是对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。如调节变电所的某些量值（如电压等）。

遥测（YC，Telemetering）：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所。这些运行参数如有功和无功功率、电度、电压、电流等电气参数及接触网故障点等非电气参数。

遥信（YX，Telesignalization）：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传送给调度所。如开关位置信号、报警信号等。

现代电力系统由若干个发电厂、变电所、输配电线路和用电设备等组成，为了保证系统安全、可靠、经济地运行，调度所必须及时掌握系统运行情况，了解实时运行参数和状态，分析实时数据，并作出决策，再对被控对象发出相应控制命令，实现对系统运行方式的调整。

远动系统的主要任务：一是集中监视，提高安全经济运行水平。正常状态下实现合理的系统运行方式。事故时，及时了解事故的发生和范围，加快事故处理速度；二是集中控制，提高劳动生产率。调度人员可以借助远动装置进行遥控或遥调，实现无人化或少人化，并提高运行操作质量，改善运行人员的劳动条件。

微机远动系统由三大部分组成：调度所的远动设备为调度端设备，或称主站（MasterStation）设备；变电所端的远动设备RTU（Remote Terminal Unit，即远方终端设备）为执行端设备，或称子站（Slave Station）；信道，主要是调制解调器等传输系统。图1-2给出了远动系统原理框图。

（1）调度端

微机远动系统最主要的人-机界面部分的主要调度操作都在调度端实现，它接收RTU送来的实时远动信息，经过译码后还原出被测量的实际大小值和被监控对象的实际状态，显示在调度室的CRT上和调度模拟屏上，也可以按要求进行打印输出。另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以输入遥控和遥调命令，调度端按规约组装出遥控信息字和遥调信息字向RTU传送。根据调度端的设备配置，可分为单机调度端、多机调度端、双机备用调度端和网络调度端。

（2）执行端

执行端是位于远距离调度端对现场实现监测和控制的装置。它接收和处理现场信息经转换后送来的模拟量、脉冲量和开关量，并将上述信息经过转换后的各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字，向调度端传送。RTU还可以接受调度端送来的遥控信息字和遥调信息字，经译码后还原，为每一空置执行机构回路提供继电器的1～2对常开或常闭节点；为每一调节执行机构回路提供继电器的1～2对常闭节点；为每一调节执行机构回路输出控制信号，输出信号为可调直流电压、可调脉冲或可调脉冲宽度三种形式中的任一种。随着微型计算机技术的发展，在RTU中采用多CPU的分布式处理技术，使各功能模块化，有利于提高RTU的各项性能指标。

（3）通信信道

在微机远动系统中用于传送远动数据的通信信道称之远动信道。远动信道的质量是确保微机运动系统可靠运行的重要前提，微机运动系统的调度端与各远动终端RTU通常构成1：N的集散监控与调度，通信信道则担负调度端与各远动终端RTU间数据传送的重任。在一个微机运动系统中，调度端和各远动终端的质量再好，如果信道不过关，这样的远动系统则毫无用处。

在调度所控制端要将遥控、遥调命令送到被控端去执行，遥控或遥调命令经编码编成数字信号。在远动系统中传送的信号，在传输过程中会受到各种干扰，可能使信号发生差错。为提高传输的可靠性，对遥控、遥调的数字信息要进行抗干扰编码，以减小由于干扰而引起的差错。由于数字脉冲信号一般不适宜直接传输，例如利用电话线路作为信号传输的通道时，线路的电感、电容会使脉冲信号产生很大的衰减和变形，所以要用通信设备部分的调制器把数字脉冲信号变成适合于传输的信号，如变成正弦信号传输。这样，控制端把经过调制后的遥控、遥调信号发送出去，送到被控端接收。接收端先用通信设备中的解调器把正弦信号还原成原来的数字信号，再经抗干扰译码进行检错，检查信号在传输过程中是否因干扰的影响而发生错码。检查出错误的码组就拒绝执行，正确时则遥控、遥调译码后分别执行。

2.远动系统分类

（1）按发展历史划分

①硬件式的远动（布线逻辑远动）。

最早使用的是接点式远动装置，主要元器件是继电器。随着新型电子器件的出现，出现了无接点式远动装置，以晶体管为主要元件。随后诞生了由集成元件为主要元件的全集成电路远动装置，上述几种都属于硬件式的远动装置，不能随意进行功能的扩展。

②软件化的远动（微机远动）。

软件化的远动装置除硬件外，还包括软件部分，当需要更改指令时，只需对程序进行修改，即需要更改硬件，由于各部分电路是通过总线相连接的，因此扩展很方便。因此软件化的远动装置更具有灵活性和可扩性。

（2）按传输方式划分

①循环数字传送方式（称CDT方式，Cyclic Data Transmission）。

循环数字传送方式是以被控端的远动装置为主，周期性地采集数据，并且周期性地以循环的方式向调度端发送数据，即由被控端传送遥测、遥信量给调度端。

②问答式传送方式（称Polling方式或查询式）。

问答传送方式是以调度端为主。由调度端发出查询命令，被控端按发来的命令而工作，被查询的站向调度端传送数据或状态信息。

（3）按工作方式划分

①1：1工作方式。

②1：N工作方式。

③M：N工作方式

（4）其他几种划分方法

由于距离远而使通信部分的投资费用增大，而控制中心和变电所等被控端之间需要传送的信息又较多，为了使同一信道传送更多的信息，充分发挥信道的作用，就需要采用多次复用的办法。目前有按频率和时间划分的两种制式，简称为频分制和时分制。

在频分制中，各种远动信号是用不同频率的信号来传送的，例如用频率f1，f2，…，fn分别代表n种不同的信号，这些同频率信号可以在同一信道中同时传送。为了使传送的各种远动信号互不干扰，在发送端和接收端都设有通带频率滤波器。

在时分制中，待传输的远动信号是按规定的时间先后顺序，依次在信道中逐个传送。例如有n个断路器位置状态信号需要传送，可以先送第一个断路器位置状态信号，再依次送第二个，第三个等。

此外，根据远动系统所采用的信道、被控对象和所用元件的不同，也可以有不同的分类方法。例如根据传送信号是利用有线信道还是无线信道，可分为有线和无线远动系统；根据信道数目是随着控制对象数目而增加还是与被控对象数目的多少无关，可分为少信道和多信道远动系统；根据被控对象是分散还是集中、是固定还是活动、是像铁路沿线那样链式分布还是以控制端为中心向四周辐射式分布，就分别称为分散型或集中型远动系统、固定目标或活动目标远动系统、链式或辐射式远动系统等。也可以根据装置采用的元件是有接点还是无接点，而分为有接点和无接点远动系统；按远动功能是用硬件实现还是靠软件实现，而分为布线逻辑式和软件化远动系统；甚至可视其是否有一个远程自动调节系统，而分为开环式和闭环式远动系统等。

3.远动系统的配置的基本模式

远动配置（telecontrol configuration）是指主站与若干子站以及连接这些站的传输链路的组合体。常用的远动配置有下面一些类型。

（1）点对点配置（point-to-point configuration）

主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置，如图1-3（a）所示。

（2）多路点对点配置（multiple point-to-point configuration）

主站通过各自链路与多个子站相连的一种配置，主站与各子站可同时交换数据，如图1-3（b）所示。

（3）多点星状配置（multipoint-star configuration）

主站与多个子站相连接的一种配置。只许一个子站传输数据到主站；主站可与一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输报文，如图1-3（c）所示。

（4）多点共线配置（multi-partyline configuration）"

主站通过一条公共链路与多子站相连的一种配置。只允许一个子站传输数据到主站；主站可选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文，如图1-3（d）所示。

（5）多点环状配置（multipoint-ring configuration）

所有站之间的通信链路成环状，主站可以通过两条不同的路径与每一子站通信，如图1-3（e）所示。

以上五种配置，多点共线可以节省通信链路，但远动信息的传输只能采用问答传输模式。多点环形配置使主站和子站之间有两条通信链路，可以提高传输的可靠性。

对不同结构的电网，可以根据实际情况，在各个局部选择不同的远动配置，由多种远动配置的组合，比如多点星状和多点共线，构成一个混合配置的完善的远动系统。

4.远动系统的主要性能指标

对任何一种微机监控系统而言，都可以用系统的性能指标，或称主要技术要求来衡量其优劣或作为设计、选型的要求。一般说来有如下主要几点：

（1）可靠性（reliabilit）

监控系统也像其他自动化系统一样，往往要求无人监视，并且应用在重要的生产部门或国防部门中，对于装置的可靠性有很高的要求。一次误动或是失效都有可能引起严重的后果，造成生命和财产的损失。系统可靠性包括装置本身的可靠性及信息传输的可靠性两个主要方面。

系统的可靠性是指系统或设备在一定时间内和一定条件下完成所要求功能的能力。一般用平均故障间隔时间（MTBF），即两次偶然故障的平均间隔时间来表示，其表达式为

通常整个系统的可靠性可以用“系统利用率”来表示

式中停用时间包括故障和维修时间。影响系统利用率的重要因素有：设备的质量、维护检修情况、环境条件、电源供电可靠性及其备用的程度等。

目前，一般远动装置平均故障间隔时间要求控制中心达到5000h以上，被控站达到8000h以上。

数据传输的可靠性通常用比特差错率来衡量。比特差错率定义为接收信息出现差错的数目，与传输信息的总数量之比。比特差错率亦称误码率，表达式为

在通常情况下，差错率要求在信噪比大于15dB时，误码率小于10-5。

（2）实时性

从提高生产效率，加速事故处理等观点出发，对系统实时性要求是显而易见的。

远动系统的实时性指标通常用传送时间来表示。远动传送时间是指从发送站的外围设备输入到远动设备的时刻起，至信号从接收站的远动设备输出到外围设备止所经历的时间。远动传送时间包括远动发送站的信号变换、编码的时延，传输通道的信号时延以及远动接受站的信号反变换、译码和校验等时延。它不包括外围设备，如中间继电器、信号灯和显示仪表等的响应时间。

此外，远动系统的实时性还可以用总响应时间来衡量。它是指从发送端的事件发生到收到接收站返送响应为止之间的时间间隔。一般电气化铁道远动系统的响应时间为，遥控、遥信一次平均传输时间小于2s，遥测响应时间小于3s等。

（3）准确性

远动系统中传送的各种量值需要经过各种变换，如变送器、数模转化等，在这些变换中必然会产生误差，同时由于噪声的干扰也会引起误差，影响数据的准确性。远动系统中数据的准确性可以用总准确度、正确率、合格率等进行衡量。

主要计算公式如下：

要提高遥测量的合格率，则要求保证信息传输的准确度和精确度。

（4）抗干扰能力

在有干扰的情况下，远动系统仍能保证技术指标的能力称为远动系统的抗干扰能力。众所周知，任何信道中必然存在着人为的或自然的干扰。在自然干扰中最有害的是工业干扰和起伏干扰。此外，在多路传输时还有信道间的路际干扰。因此，在远动系统信道另一端所得到的已不是原来的信号，而是信号f（t）和干扰n（t）的混合，如图1-4所示。假如信号的输出端没有特殊的方法把原来的信号f（t）分离出来，减免干扰的影响，则在遥测时将造成误差，而在遥控时将有可能发生误动作。

增加抗扰度的方法大致说来有两种：其一是在信道输入端适当变换信号的形式，使其不易受干扰的影响；其二是在接收端变换环节的结构上加以改善，使其具有消除干扰的滤波和补偿能力。

（5）容量及功能

通常把遥控、遥调、遥测及遥信等对象的数量，统称为该装置的容量。首先远动装置的容量要满足实际用户的远动化要求。此外，遥控、遥调、遥测及遥信的功能也要可扩。随着技术的发展，远动装置还要完成事件记录、数据处理、信息转发等功能。

5.微机远动系统的应用

微机远动技术的应用领域非常广泛，在此对计算机在电力、供水、通信网、铁道供电等领域的重要地位及应用前景予以简介。

（1）微机远动技术在城镇供水系统中的应用

我国现有的水资源低于各国的平均水平。我国有数十个大、中、小城市严重缺水，已经影响到城镇居民的日常生活和工农业生产。除了进一步开发新的水源之外，如何节约水深并有效、合理地利用现有水源，是当前摆在我国供水行业的首要任务。

采用现代化的监控与调度手段，是实现安全、优质、合理、经济供水的重要条件之一。自动化监控与调度系统在我国城镇供水行业的应用研究工作始于20世纪60年代，但真正达到实用化程度和发挥效益是近10年的事。至今已有上百套微机远动设备应用于国内大、中、小城镇供水部门，这些自动化监控与调度系统的应用，在城镇安全、优质、合理、经济供水中起到了不同程度的积极作用。

（2）微机远动技术在通信网中应用

在通信网中利用自动化监测技术可完成如下任务：

①实时掌握通信网中各种设备的运行情况及系统性能变化趋势，做到初期故障早预报，在小故障变为大故障之前，及时采取措施进行维护处理，防止业务中断，保证通信网运行畅通。

②迅速准确地对通信网出现的故障进行定位和自动控制。这对远程站尤为重要，可以避免派人员到距离很远的故障现场检测机器，使操作维护时间和维护成本减至最少。

③实时采集通信网运行中的各种状态信息和报警信息，进行分类汇总，统计分析处理，报送上级主管部门，实现通信的自动化、集中化的维护管理。

（3）微机远动技术在铁道电气化中的应用

随着铁道电气化的迅速发展，供电系统的运行、调度管理工作日益复杂。电气化铁道供电系统设有电力调度所，统一指挥供电系统在正常及事故情况下的运行，并集中管理沿铁道分布的许多牵引变电所、分区亭、开闭所和AT所中的电气设备。为了保证供电系统运行的可靠性和经济性，调度所必须及时掌握系统的实际运行情况。所以，从调度工作出发，一方面需要收集信息，要求变电所将断路器的位置信号、事故信号主要运行参数等迅速、正确、可靠地反映给调度所；另一方面，调度所在切实了解到系统的运行情况并进行判断和处理后，应对变电所、分区亭、开闭所下达命令，直接操作某些设备或调整参数参量，完成实时控制的任务。

表1-1为某远动自动化系统的性能指标要求，供参考学习。