北斗系统在SCADA通信传输中的应用

2019-11-03 09:02:52

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供稿：网友

北京理工大学杨毅张利萍
　　1．SCADA系统简介

　　SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统即监视控制与数据采集系统，是以计算机为基础的监测控制与调度管理自动化系统，它可以在地理环境恶劣、位置偏远、无人值守的环境下，实现远程数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等功能，广泛适用于水利、石油、气象、海洋、环保、电力、通信等众多行业。

　　1.1SCADA系统结构

　　SCADA系统一般采用分散式测控、集中式管理的方式，主要结构包括远程控制单元RTU（Remote Terminal Unit）、通信传输网络和中心监控站。RTU是采用微处理器或DSP的可独立运行的智能测控模块，用于采集点的数据处理、指令执行和传感器的控制；中心监控站负责整个SCADA系统的运行控制和日常管理；通信传输系统主要负责上下行数据的双向传输，根据实际需求和应用领域的不同有有线、无线、微波、卫星等多种可选方式。

　　典型的SCADA系统结构如图1所示。

　　1.2通信传输系统的选择

　　SCADA系统的数据传输主要包括有线和无线两类网络系统。有线传输方式如PSTN公用电话网、电力线载波等；无线传输方式如VHF/UHF无线电台、GSM移动网以及卫星通信网等。PSTN电话网和GSM移动网技术成熟、投资较少、易于实施，但偏远、落后地区缺乏接入点，而且灾害等异常情况容易造成通信中断；VHF/UHF无线电台只需维护费用而无运营费用，但需申请相应频点才可使用，而且通信质量受限于地理环境和气候状况，传输有效距离也有限。

　　近年来随着卫星通信技术的不断进步，卫星小站的制造成本不断降低，卫星系统在SCADA领域中的应用日益普及；卫星通信大范围、无盲区的网络覆盖优势，尤其适合在地理环境复杂、基础设施落后的地区用于通信传输。中国的北斗导航卫星相对于传统的VSAT系统，具有价格便宜，设备体积小，功耗低，安装、维护和使用方便的优点，在SCADA领域有着广阔的应用前景。本文将着重介绍北斗系统的技术特点和优势，并提出北斗系统在SCADA通信传输中的建议组网方案。

　　2．北斗系统简介

　　北斗系统于2000年底初步建成，2003年5月成功发射了第三颗北斗卫星，标志着北斗系统进入全网运行阶段。北斗是中国自主知识产权的区域性导航定位系统，由三颗地球同步轨道卫星、地面控制中心、各类北斗终端三大部分组成；北斗可以无缝覆盖我国全部国土面积和周边海域，具有快速定位、双向通信和精密授时三大基本功能；北斗民用运营中心可以提供跨网络平台的信息转发，群组呼通信及广播，数据存储备份，数据实时查询下载，数据多点分发等北斗增值服务功能。北斗系统技术特点主要包括：完善的波束覆盖；良好的抗雨衰性能；强大的并发通信能力；有效的报文长度；快捷的通信传输；较低的设备功耗；高度的安全保障。

　　3．北斗卫星SCADA通信组网方案

　　3.1通信组网结构

　　北斗卫星SCADA通信传输系统由野外采集站点、监控中心站、北斗民用运营（网管）中心和北斗卫星四部分组成（如图2所示）。野外采集站使用北斗通信型终端，与RTU设备通过RS232串口联接；监控中心站使用北斗管理型终端，与局域网内的PC工作站通过RS232串口联接，工作站同时通过地面网络接入北斗民用运营中心，并通过CTC D-Gatekit客户端程序实时自动接收业务数据。

　　北斗民用运营中心由神州天鸿建设运营，是一个基于分布式应用的综合业务信息处理系统。运营中心依据北斗系统的技术特点，采用了增值业务层、业务支撑层和系统层三层架构设计，支持DDN、GSM、GPRS、CDMA、和INTERNET等各类网络接入，并可提供多种北斗增值服务功能。

　　监控中心站软件系统通常包括通信管理、业务应用和运行维护三部分。其中通信管理软件的主要功能包括监控卫星通信，处理通信数据，通过数据库进行通信数据的交互和传输。通信管理软件由底层通信模块、数据分析模块、数据库处理模块、用户界面模块组成（如图3所示）：

　　底层通信模块：处理串口事件，管理串口的数据读写操作；

　　数据分析模块：对底层串口数据按通信协议进行分析，并对命令进行封装、解析；

　　数据库处理模块：处理数据库的读写、查询操作，定时查询数据库，处理用户发送的命令，并对接收的数据进行保存；

　　用户界面模块：提供用户交互操作的接口，管理系统的参数设置，并负责实时通信数据和系统工作状态的显示。

　　3.2通信组网方案特点

　　基于北斗系统搭建的SCADA通信传输网络具有以下特点：

　　强大的通信处理能力：北斗系统入站容量大，数据入站基本不受限制；监控中心站利用北斗出站信道和地面网信道同步接收数据，可以在北斗出站信道紧张时利用地面网络有效分流数据，满足大规模、大业务量、突发性的通信传输要求。

　　高时效性：北斗民用运营中心采用千兆以太网技术建设，配备高性能计算机与网络设备，确保数据在运营中心内的总处理时延小于1秒，保证端到端传输延迟不超过2秒。

　　高可靠性：地面网络与北斗卫星信道互为备份，卫星设备与地面网设备同步接收数据，有效保障数据传输的成功率。运营中心将所有业务数据在线存储3个月、离线备份12个月，用户可采用多种方式查询、下载其历史数据，有效保障业务数据的安全性。

　　良好的扩展性：北斗民用运营中心和北斗终端采用模块化、标准化的结构设计，具有良好的兼容性和扩展性，确保用户SCADA系统可随业务需求变化方便地进行扩展和更新。

　　4．结语

　　综上所述，北斗系统非常适用于组建各类SCADA系统通信传输网络，作为中国完全自主知识产权的卫星系统和广域双向报文通信平台，北斗以其"大容量、低功耗、抗雨衰、传输快"的特点为广大SCADA系统用户创造了独特的应用价值；随着我国信息技术的高速发展和各大行业信息化工程的相继启动，相信北斗系统必将在国内众多的SCADA领域得到更为广泛的普及应用。

----《通信市场》