本文简单介绍了SCADA系统,它由主控站与远程终端组成。主控站可直接通过中继站读取现场数据,远程终端站实现了数据采集及传输。根据远程终端RTU的主要功能,通过对多种实现方案进行分析比较,选择了以通用型16位单片机为核心处理单元的硬件方案。文中给出了远程终端RTU的硬件和软件设计思想及实现方案,具体描述了该系统硬件组成与软件设计特点。该设计可采集到和传输各种信息,RTU的应用为系统信息及时、准确、可靠传输创造了条件

张彦

李茂青

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福 建 电 脑2005年第 12 期SCADA系统之 RTU 的软硬件设计张 彦 李茂青(厦门大学 信息科学与技术学院 自动化系 福建 厦门 361005)【摘 要】 本文简单介绍了 SCADA 系统，它由主控站与远程终端组成。主控站可直接通过中继站读取现场数据，远程终端站实现了数据采集及传输。根据远程终端 R TU 的主要功能，通过对多种实现方案进行分析比较，选择了以通用型 16 位单片机为核心处理单元的硬件方案。文中给出了远程终端 R TU 的硬件和软件设计思想及实现方案，具体描述了该系统硬件组成与软件设计特点。该设计可采集到和传输各种信息，R TU 的应用为系统信息及时、准确、可靠传输创造了条件。【关键词】 远程终端 R TU，主控站，单片机，数据采集 设计1 引言SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统，即监测、监控及数据采集系统。远程监控和数据采集系统（SCADA）可分为两级：控制管理级和过程控制级（即远程终端 RTU）。远程终端（RTU）是电力系统自动化中最基本的单元设备，它实时检测各自检测点的各类参数，进行采集并储存，当调度中心向其下发采集命令时，根据采集要求向中心上报数据。此外，远程终端（RTU）还带有控制输出端口，控制管理级可通过 RTU 的输出端口对阀门、机泵等设备实现远程控制。其性能指标、可靠性程度、通讯接口的灵活性以及成本价格等, 都决定了它的实用性。通过对多种实现方案的分析比较, 本文选择了以高性能 16bit 单片机INTEL8096 为核心处理单元的硬件设计方案, 全部监控软件以汇编语言写成，最大限度地发挥单片机的执行速度。2 远程终端 RTU 的主要功能本文设计的 RTU 具有如下的主要功能：(1)模拟量采集：能实时采集由现场送来的模拟量。(2) 开关量输入：具有 6 路开关量输入端口，能检测各种设备状态信号。(3) 开关量输出：终端带有 6 路开关量输出端口，可用于设备的控制。(4) 数据存储：保存一组随时更新的实时数据和一定量的历史数据。(5) 显示功能：能显示所采集到的信息；显示终端收发状态。(6) 键盘设置功能：为了增强终端的通用性，可通过键盘对系统传输的波特率、采集量的个数、输入端口以及等值进行设置。(7) 数据通讯：能以无线方式与主控站进行通讯，能接收主控站的调度指令，对各站地址进行判定，根据调度要求，向中心回传数据或对设备发出控制命令。(8) 掉电工作：系统自带后备电池，断电时启动后备电池，为整个 RTU 供电，保证系统正常工作。3 系统硬件组成远程终端（RTU）的硬件部分设计的总体方案如下：图 1 远程终端（RTU）的硬件结构图该硬件设计以 MCS- 96 系列单片机为核心，其余测控系统主要包括数据采集处理、键盘显示管理、存储管理、数字量输入/输出电路及地址设置电路、电源管理、通讯接口电路等。远程终端 RTU 单片机测控系统的具体设计中，8096 作为整个系统的 CPU，6264 作为系统扩展的 RAM，8279 管理键盘及显示部分，8255 实现站地址及开关量控制，MAX232 与电台实现通讯。系统还用一片选电路实现各功能模块的相互工作。4 系统软件设计4.1 通信协议RTU 与电台之间采用 RS- 485/RS- 232 接口总路线通信。利用 MAX232 实现电平转换。在主控站，主机通过 COM 口直接与电台进行通信。在正常情况下，通信采用主控站触发，即主控站主动询问，RTU 被动接收与应答式。主要有广播方式、轮询方式和控制命令下发方式。在 RTU 诊断出异常时 RTU 可突发上报。4.2 主程序流程本系统的主程序流程图如图 2 所示：图 2 系统主程序流程图4.3 数据发送流程数据发送采用中断方式进行，当主控站送来的数据包中所含的地址与本站地址相符，或紧急事件发生时，产生一中断信号，系统进入中断服务，将所采集到的最新数据（实时数据）通过RS232 串行通讯口送电台发送。中断服务流程图：（下转第 70 页）71福 建 电 脑 2005年第 12 期5 结束语远程终端装置对各种电量、遥信及遥测等信号进行采集和处理，是一种广泛应用于电站、水厂、电厂等部门调度自动化系统的理想设备。单片机在工业控制系统中越来越得到广泛的应用，它以价格低、功能全、体积小、抗干扰能力强已渗透到各个领域。本文提出的软硬件设计方法是基于 16bit 单片机来完成，只需少量单片机和一些硬件就可实现，是投资少，见效快的项目，对于单片微机的开发应用具有现实意义。参考文献[1] 李志忠 王家祯.数据采集和监控中的微机应用[M].北京：清华大学出版社，1998[2] 孙涵芳 Intel 16 位单片机[M].北京: 北京航空航天大学出版社,1995[3] 陈建铎 兰琤.单片微型计算机原理及应用[M]. 北京: 北京师范大学出版社,1988,8[4] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001[5] 李朝青 单片机原理及接口设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社,1994,9[6] G.T.HENG. Microcomputer- based remote terminal unit for a SCADA system[J]. Microprocessors and Microsystem, 1996, Vol.20!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!习的一种特例，给学习者提供某一概念的一组正例和反例，学习者归纳出一个规则使其适合所有的正例且排除所有的反例。一个示例学习系统必须能够从具体的训练例中推导出一般规则，再用这些规则去指导元素的动作。用户 Agent 采用正例学习来形成用户个性化的模型，用反例来防止模型外延的扩大化，在概念的逐渐形成和概念的逐步精华中来逼近用户的实际要求。在示例学习中，示例空间向系统提供训练集合，比如用户对提供网页的反馈，对其进行评分；规则空间是事物所具有的某种规律，即用户对网页的偏好。图 2 说明了示例空间和规则空间之间的关系。依照两空间模型建立的归纳学习系统, 其执行过程可以大致描述为:针对规则空间的情况，试验规划过程通过对示例空间的过滤来完成示例的选择，将选中的有效示例提交解释过程；解释过程对示例经过适当的转换，将有效示例变换为规则空间中的特定规则，以引导规则空间的搜索。3.3 信息检索 Agent3.3.1 成员搜索引擎的调度算法。在元搜索引擎调度算法中，如果只是简单的把所要查询的内容转换为各个搜索引擎接受的语法格式后送到相应的成员搜索引擎。这种算法没有考虑各个搜索引擎的特点和重要性，势必会造成资源的浪费和元搜索引擎负担加重。这样会造成返回页面的大量重复。因此我们采用一种定量的方法来事先对各个成员搜索引擎进行评价，如对于相同的查询各个搜索引擎的响应时间、召回率、查准率、查全率等进行评价，而后对各个搜索引擎评分。针对用户不同的查询要求来指定一组特定的搜索引擎来进行查询，这样既提高了效率，也减轻了元搜索引擎的负担。3.3.2 查询格式的转换在这里把用户输入的查询转化为各个成员搜索引擎的查询语法格式，并送到各个成员搜索引擎。这里给出了几个著名的搜索引擎的查询语法格式：google 搜索：http://www.google.com/search?q=[%] &ie=GB2312&hl=zh- CN(中英文都可以)百度搜索：http://www.baidu.com/baidu?word=[%]北大天网搜索：http://e.pku.edu.cn/cgi- bin/allsearch?cdtype=GB&word=[%]yahoo 中 国 搜 索 ：http://cn.websearch.yahoo.com/search/web_cn?stype =&p =[% ]&scch=on&ei=gb其中[%]代表是输入的查询关键字。如果要增加新的成员搜索引擎，只需在该成员搜索引擎中输入查询的关键字后搜索，根据地址栏中的地址来得到新的搜索引擎的查询语法格式。3.4 检索结果处理 Agent检索结果处理 Agent 的功能主要是负责把各个成员搜索引擎返回的查询结果根据策略库中的信息，去掉无链接的页面，去掉重复的、冗余的信息，然后把剩余的结果按照查询的相关度进行由高到低的排序，最终按统一的格式把结果返回给用户界面Agent。4 系统的工作流程用户必须首先登录该系统，如果是新用户，系统会给出一个基本的用户模型，如前所述。当用户登录到该系统后，会出现一个基于该用户的界面。用户输入查询后，用户界面 Agent 接受该请求，并根据用户模型推理出用户个性化的请求。而后把查询请求送到信息检索 Agent。信息检索 Agent 根据用户的查询要求和成员搜索引擎调度算法，找出一组成员搜索引擎。而后再把查询请求转换为成员搜索引擎的所能接受的查询语法格式，送到各个搜索引擎。当搜索引擎返回结果后，检索结果 Agent 负责把结果按照统一的标准排序后送给用户界面 Agent 显示。用户界面Agent 同时接受用户的反馈来修改用户兴趣模型，并且用户界面Agent 也会根据用户历史纪录来定期修改用户模型。5 总结本文根据现有搜索引擎的不足，给出了一个基于 MAS 的元搜索引擎的模型。该模型考虑了用户自身的特点和对知识需求的不同，通过建立用户模型来对用户提出的查询做出个性化的检索。通过学习用户的历史纪录和用户模型，可以动态的修改用户模型，更好的体现用户的当前的兴趣。同时元搜索引擎是对各个搜索引擎的综合，因此在一定程度上提高了查询的广度。本模型基于 MAS 框架，以 Agent 的通信 和 协 作 来 完 成 查 询 ，具 有 良好的扩展性和灵活性。但是元搜索引擎作为一个新的技术的出现，还有许多尚待需要解决的技术。比如，如何从搜索引擎返回页面中找出查询相关度，如何更好的评价各个成员搜索的性能及其特点，如何更好的来调度各个搜索引擎都是需要进一步研究的。图 2 示例学习参考文献[1] 陈世平，丁山山等（2004），个性化 Web 信息代理的研究与开发，上海理工大学学报，Vol.26 No.26 2004:：575- 579[2] 原福永（2004），基于 Agent 的个性化信息服务系统的开发与设计，计算机工程与应用，2004.33：109- 111[3] 陈俊杰（2003），基于 Agent 的元搜索引擎的研究与设计，计算机工程与应用，2003.10：33- 36[4] 候薇，董红斌（2005），基于 MAS 的个性化信息检索系统，计算机应用研究，2005.第三期：76- 79[5] 谢荣，李学静（2004），智能信息检索代理结构，重庆大学学报，Vol.27：No.6：155- 158（上接第 71 页）70

SCADA系统之RTU的软硬件设计

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