一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统技术方案

本发明专利技术公开了一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统，包括风机就地监控系统、风电场中央监控系统和远程互联网监测系统。所述系统采用了B/S和C/S相结合的架构开发模式，区别于传统的单一B/S或C/S架构模式，有效的改善了系统架构适应性差的问题。所述Profinet工业以太网通信采用等时同步机制，在多周期传输过程中，灵活使用RT和IRT通信特性，充分利用网络资源，优化网络结构，进一步提高了传统以太网的实时特性。所述底层PLC发送器向上位PC机接收器发送数据过程中使用DES算法加密，实现系统对实时数据的安全传输。利用数据库服务器内的匹配方式确认下位机传输数据的接收与否，增强了系统的可靠性。

An intelligent wind farm SCADA system with an encrypted Profinet communication mode

The invention discloses an intelligent wind farm SCADA system with encrypted Profinet communication mode, including a local monitoring system for fans, a central monitoring system for wind farms, and a remote Internet monitoring system. The system adopts the combination of B/S and C/S architecture development mode, which is different from the traditional single B/S or C/S architecture mode. It effectively improves the problem of poor adaptability of system architecture. The Profinet Industrial Ethernet communication adopts isochronous synchronization mechanism. In the multi cycle transmission process, it uses RT and IRT communication characteristics flexibly, makes full use of network resources, optimizes network structure, and further improves the real-time performance of traditional Ethernet. The underlying PLC transmitter is encrypted by DES algorithm in the process of sending data to the upper PC receiver to achieve the secure transmission of real-time data. The reliability of the system is enhanced by using the matching method in the database server to confirm the reception of the transmission data of the lower computer.

【技术实现步骤摘要】
一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统
本专利技术涉及一种智能风电场SCADA实时控制系统，具体地，涉及一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统。
技术介绍
由于风力发电机的工作环境恶劣，长年在没有管理人员参与的情况下运行，对其实时、可靠的监控较为重要。特别是对于大型风力发电厂，通常需要数十甚至上百台风力发电机进行集群控制，传统的风电场SCADA控制系统已经不能满足工业监控需求，其存在如下所述的问题。1)系统安全性、可靠性差在工业生产过程中，工控系统的网络安全是开发人员在设计过程中必须考虑的重要因素，工业网络易受黑客非法入侵、病毒感染及非法操作等安全威胁。数据传输协议可能被入侵者破解，使得服务器存储数据泄露，甚至被破坏，严重威胁了电力系统的安全性和可靠性，直接影响到人们的生产发展和日常生活，造成重大财产损失。而且风电场的风力发电机数量较多，所需PLC控制器较多，如果无序的分配，不但影响后期风电场电力设备的扩容，且在采集数据上传过程中易出现混乱，造成数据存储出错，影响对现场风机的实时监控。2)系统实时性差一方面传统以太网依靠CSMA/CD机制，通过重新发送数据来解决数据传输过程中发生的冲突。显然，该机制是以付出时间为代价。特别是一旦发生故障，即使是数秒的时间，就可能导致整个生产的停止，甚至产生设备、人身安全事故。另一方面传统以太网采用CSMA/CD方式，当网络负荷过大的时候，其传输过程的不确定性难以满足工控系统的实时要求，因此传统以太网技术很难满足工控系统准确、定时通信的实时性要求。3)系统架构适应性差C/S结构模式对本地中心监控无法满足远程用户的需求，兼容性差，移植困难，开发成本显得较高，如果硬件进行升级，则软件也要随之升级，提高了系统的开发运维成本。B/S结构模式因网络传输的延迟问题而导致客户端页面响应速度有所下降，使得单一远程监控的监控速度较慢。基于此，为了方便电力企业快速、实时的监控现场设备运行情况，通过利用一个安全可靠、灵活方便、效率高的工业监控系统，使风电企业实现风电场的“集中控制，少人值守”，远程管理风电场现场运行情况，减少运维成本，提高管理效率，更好的促进地区生产和生活水平的发展，上述问题亟待解决。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统设计。本专利技术加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统具体包括风机就地监控系统、风电场中央监控系统和远程互联网监测系统三个部分。1、所述风机就地监控系统由现场传感器模块和现场PLC控制器模块组成。所述现场传感器模块，布置在风力发电机塔筒内，主要负责采集现场数据，然后将数据传送至PLC控制器模块。所述现场PLC控制器模块，布置在风力发电机塔筒控制柜内，通过传感器的模拟量输入通道采集风速、风力、风向等参数值；通过模拟量的输出通道发送有关信号，对风机进行变频调速控制，并通过数字量输出通道对设备进行控制。所述PLC控制器存储现场数据，并通过Profinet工业以太网将现场数据上传至中央监控室上位PC机。2、所述风电场中央监控系统由中央监控室上位PC机模块、OPCDA服务器模块、OPCXML-DA服务器模块和Web服务器模块组成。所述风电场中央监控系统是现场级与远程监控管理级的枢纽，完成对各现场设备、运行参数等的监控和管理；同时完成报警记录、报表生成和历史数据查看等服务功能；对过程数据进行存储，生成历史记录。所述中央监控室上位PC机模块，布置在风电场控制室内，根据所述上位PC机端画面的切换随时控制和了解风力发电机的运行和操作。包括报表模块、报警和事件处理模块、实时和历史曲线模块。所述上位PC机模块可用组态软件进行开发，能够在中心监控室计算机显示现场设备的实时状态和运行参数，通过局域网实现风电数据的采集和监控功能。其中所述报表模块，主要是利用存储在服务器内的各PLC站传输的带时标数据提供报表服务功能，上位机系统对服务器内的历史数据进行统计和分析后，生成符合操作人员需求的报表格式并打印。管理和操作人员通过分析系统的历史数据趋势，判断风机运行状态是否正常。报警和事件处理模块，能及时的报告现场机组设备运行过程中可能出现的故障，并通过报警模式或画面显示状态示警管理和操作人员。持续监测设备运行过程中出现的故障等，同时通过报警设置或者监控画面告知管理和操作人员，及时解决出现的故障，从而避免风机运行过程中出现重大事故。实时和历史曲线模块，通过从风电场获得的数据绘制而成的一个或多个对象值的图形曲线，宏观记录数据在一定周期内的变化动态；历史曲线表明风电运行参数在给定时间段内的变化趋势，操作人员定义曲线的相应参数，并通过数据库操作显示历史曲线，较为直观的反映出风机运行状况，便于管理和操作人员作出相应调整。所述OPCDA服务器模块，布置在风电场中央监控室内，所述OPCDA服务器，将风电现场采集到的实时数据存储起来，并在后台对实时数据进行分析、计算，显示风机各模块的运行情况，生成历史报表。管理者通过访问所述OPCDA服务器，获得风机运行的实时数据、历史存储数据等。所述OPCXML-DA服务器模块，布置在风电场控制室内，通过Web服务技术将OPC应用扩展到整个网络，将现有的OPCDA服务器进行二次开发，通过一个XML包装器，将原来的OPCXML服务器XML化，对外提供Web服务。有效地解决了现有风电场SCADA系统中OPC通信协议无法通过防火墙的弊病，使SCADA系统中可以实现可靠的远程通信。所述Web服务器模块，布置在风电场控制室内，当所述Web浏览器与所述OPCXML-DA服务器建立连接，并通过客户端发布请求时，所述OPCXML-DA服务器响应该请求，并将XML文件反馈至所述Web浏览器，远程管理和操作人员即可通过所述Web浏览器查看数据文件。3、所述远程互联网监测系统由Web浏览器模块组成。所述Web浏览器模块，使得异地的管理和操作人员通过Internet远程查看风电场机组运行情况及各类参数值，从而实现远程对风电场的监控和设备维护等功能。管理者在线发送调度指令，通过所述Web浏览器对风电场机组设备进行实时监控调度，减少风电场运行过程中的严重事故和故障。所述加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统采用了B/S和C/S相结合的架构开发模式，区别于传统的单一B/S或C/S架构模式，所述系统不仅能通过C/S模式实现对本地风电场的监控，而且能通过B/S模式在异地情况下远程实现对所述风电场的监控。有效的改善了系统架构适应性差的问题。使得系统监控不再局限于本地监控，解决了监控距离的问题，而且还解决了远程监控中存在的速度慢、可靠性不高及实时性也不如本地监控高等问题。异地的管理和操作人员使用B/S模式监控风电场，在远程客户端通过所述Web浏览器查看风机运行参数值，实现对风机的管理和操作。本地的管理和操作人员则通过使用C/S模式对风电系统监控和管理。实现了局域网实时监控和远程互联网在线监控的双重监控，充分使风电企业实现风电场的“集中控制，少人值守”，大大减少运维成本，提高管理效率。4、所述加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统的数据传输。所述PLC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统，其特征在于，具体包括风机就地监控系统、风电场中央监控系统和远程互联网监测系统。

【技术特征摘要】
1.一种加密型Profinet通讯模式的智能风电场SCADA系统，其特征在于，具体包括风机就地监控系统、风电场中央监控系统和远程互联网监测系统。2.如权利要求1所述的风机就地监控系统，将由传感器实时采集到的模拟量信号转换为数字量信号存入PLC控制器内，然后通过触摸屏对现场实时监控，其特征在于：步骤1，所述风机就地监控系统主要用于通过传感器采集、上传数据，完成风电场现场设备运行数据的实时传输。步骤2，现场PLC控制器组，通过传感器的模拟量输入通道采集风速、风力、风向等参数；通过模拟量输出通道对风机发送变频调速信号；步骤3，通过数字量输入通道接收现场设备的反馈信号，并通过数字量输出通道对设备进行控制。所述PLC控制器通过Profinet工业以太网将各种信号上传至中央监控室。3.如权利要求1所述的风电场中央监控系统，由所述PLC控制器将采集到的数据通过底层PLC发送器传输至上位PC机接收器。在接收端，由Profinet工业以太网与帧类型标识符相结合，对传输的数据帧进行识别。根据所述数据库服务器注册表信息，与底层PLC控制器传输的用户名、密码信息匹配，确保数据包在传输过程中有固定的安全认证机制。所述DES算法加密是随机字符产生随机密钥，所述密钥通过数据帧发送到所述上位PC机接收器并进行解密。根据帧内的PLC编号和控制器类型标识，与所述数据库服务器信息匹配，确定接收风电场实时采集的数据。所述上位PC机接收器接收数据包的实时数据后，通过SCADA组态系统进行实时监控。其特征在于：步骤101，所述上位PC机接收器接收数据包，执行注册鉴权步骤，所述底层PLC发送器向所述上位PC机接收器发起INVITE注册...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫斌，赵子龙，李妮，袁满，游国栋，李继生，张勇，李毅，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12