轨交SCADA系统通讯前置机关键模块的研究
发布时间：2021-05-18 18:44
随着智慧交通与智慧城市的发展,轨道交通数据采集与监控系统（SCADA）朝着分布式趋势发展,存在系统采集的子系统数量增多,通讯规约多样化,内部节点之间的数据通讯的链路错综复杂、耦合度高的问题。基于上述的变化趋势,本文对轨道交通分布式SCADA系统中的关键节点,通讯前置机（FEP）的数据采集与数据转发这两个关键模块进行了研究。主要工作有以下几点:1.针对SCADA系统采集的子系统数量多,通讯规约差异化大的问题,开发了一个用户可配置各子系统具体的通讯参数,加载不同的通讯规约库,对各子系统数据进行采集的模块,并对模块中的数据采集线程、规约处理线程以及电力子系统IEC60870-5-104通讯规约的设计进行了详细的论述。2.基于上述数据采集线程与规约处理线程解耦的特点,论文研究了采用了CAS-LOCK机制的无锁环形队列算法来进行线程间的同步,然后结合本文场景（单生产者单消费者）,模拟TCP进队出队,对完全无锁、CAS-LOCK、互斥锁Mutex,这三种方式进行了分析与验证,性能上CAS-LOCK比互斥锁Mutex提高了20%,同时也客观的对该算法存在的问题进行了分析。3.基于分布式FEP之间的数...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题解决的问题和意义
1.4 各章概述
第二章 SCADA相关理论与技术综述
2.1 SCADA系统概述
2.2 SCADA数据采集通讯协议
2.2.1 IEC60870-5-104 通讯规约概述
2.2.2 ModbusTCP通讯规约概述
2.3 实时数据库技术
2.4 数据分发技术
2.5 本章小结
第三章 通讯前置机数据采集模块的研究
3.1 问题的提出
3.2 问题解决方案
3.3 数据采集模块的设计与实现
3.3.1 设备通讯线程
3.3.2 规约处理线程
3.4 IEC60870-5-104 协议通讯组件设计
3.5 本章小结
第四章 无锁队列的研究
4.1 问题的提出
4.2 相关工作综述
4.2.1 无锁队列概述
4.2.2 悲观锁与乐观锁概述
4.3 基于CAS-LOCK的环形队列的设计与实现
4.4 CAS-LOCK机制的测试
4.4.1 正确性测试
4.4.2 性能测试
4.4.3 CPU利用率测试
4.5 本章小结
第五章 通讯前置机数据转发模块的研究
5.1 问题的提出
5.2 问题解决方案
5.3 数据结构的归纳与映射
5.3.1 外部通讯协议的数据归纳
5.3.2 DDS转发数据结构的定义
5.4 基于RTI-DDS的转发模块的设计
5.4.1 DDS数据转发模块
5.4.2 基于变位与周期相结合的传输算法
5.4.3 算法的测试场景
5.5 基于RTI-DDS的转发机制的实时性的研究
5.6 本章小结
第六章 系统测试
6.1 单FEP的数据采集测试
6.1.1 测试环境
6.1.2 测试配置
6.1.3 通讯链路的测试
6.1.4 PSCADA子系统遥信变位传输测试
6.1.5 EMCS子系统AI点的轮询测试
6.2 多FEP基于DDS的数据分发测试
6.2.1 测试环境
6.2.2 DDS节点匹配测试
6.2.3 单发布单订阅的不同遥信数据的分发测试
6.2.4 单发布多订阅的相同遥信数量的接收时间间隔测试
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作
7.2 创新性
7.3 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市轨道交通综合监控集成和互联各子系统[J]. 崔之海. 安装. 2017(06)
[2]电力远动设备的IEC60870-5-104通信协议的监听[J]. 赵会彬,欧阳鑫. 价值工程. 2017(02)
[3]城市轨道交通换乘站综合监控系统设计方案[J]. 赵琛琛,朱晓飞. 城市轨道交通研究. 2015(04)
[4]北京地铁6号线行车综合自动化系统的实现[J]. 林立,裴加富,巩林玉,杜凡. 城市轨道交通研究. 2014(10)
[5]一种分布式SCADA系统设计与实现[J]. 舒大有,冯暄,卢军,郭本俊. 计算机科学. 2013(08)
[6]电网调度广域分布式实时数据库系统体系架构和关键技术[J]. 翟明玉,王瑾,吴庆曦,靳晶,魏娜. 电力系统自动化. 2013(02)
[7]动态自适应DDS实时中间件的研究与实现[J]. 谷青范,康介祥,冯国良,付宇卓. 计算机科学. 2012(07)
[8]轨道交通综合监控系统冗余解决方法[J]. 赵春艳. 机电信息. 2012(03)
[9]基于RTI DDS的数据分发中间件的升级设计[J]. 张珺,尹逊和. 北京交通大学学报. 2011(05)
[10]IEC60870-5-104规约在分布式电力监控系统中的应用[J]. 梁竹靓,韩兵,彭永. 电力系统保护与控制. 2011(04)
硕士论文
[1]厦门轨道交通1号线综合监控系统（ISCS）的设计与应用[D]. 张海航.电子科技大学 2014
[2]OPC技术与分布式实时数据库在SCADA系统中的开发与应用[D]. 崔嵩.山东大学 2014
[3]基于龙芯平台的并行化动态二进制翻译中无锁队列的研究[D]. 江晓悟.中国科学技术大学 2014
[4]DDS在环境监控系统中的研究与应用[D]. 权莉.电子科技大学 2012
[5]轨道交通综合监控软件平台的研究与设计[D]. 鹿庆.青岛大学 2010
[6]EMS前置通讯子系统的设计[D]. 刘春庆.天津大学 2007
[7]综合监控前置机系统组态软件的设计[D]. 白鹏.南京理工大学 2006
本文编号：3194297
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题解决的问题和意义
1.4 各章概述
第二章 SCADA相关理论与技术综述
2.1 SCADA系统概述
2.2 SCADA数据采集通讯协议
2.2.1 IEC60870-5-104 通讯规约概述
2.2.2 ModbusTCP通讯规约概述
2.3 实时数据库技术
2.4 数据分发技术
2.5 本章小结
第三章 通讯前置机数据采集模块的研究
3.1 问题的提出
3.2 问题解决方案
3.3 数据采集模块的设计与实现
3.3.1 设备通讯线程
3.3.2 规约处理线程
3.4 IEC60870-5-104 协议通讯组件设计
3.5 本章小结
第四章 无锁队列的研究
4.1 问题的提出
4.2 相关工作综述
4.2.1 无锁队列概述
4.2.2 悲观锁与乐观锁概述
4.3 基于CAS-LOCK的环形队列的设计与实现
4.4 CAS-LOCK机制的测试
4.4.1 正确性测试
4.4.2 性能测试
4.4.3 CPU利用率测试
4.5 本章小结
第五章 通讯前置机数据转发模块的研究
5.1 问题的提出
5.2 问题解决方案
5.3 数据结构的归纳与映射
5.3.1 外部通讯协议的数据归纳
5.3.2 DDS转发数据结构的定义
5.4 基于RTI-DDS的转发模块的设计
5.4.1 DDS数据转发模块
5.4.2 基于变位与周期相结合的传输算法
5.4.3 算法的测试场景
5.5 基于RTI-DDS的转发机制的实时性的研究
5.6 本章小结
第六章 系统测试
6.1 单FEP的数据采集测试
6.1.1 测试环境
6.1.2 测试配置
6.1.3 通讯链路的测试
6.1.4 PSCADA子系统遥信变位传输测试
6.1.5 EMCS子系统AI点的轮询测试
6.2 多FEP基于DDS的数据分发测试
6.2.1 测试环境
6.2.2 DDS节点匹配测试
6.2.3 单发布单订阅的不同遥信数据的分发测试
6.2.4 单发布多订阅的相同遥信数量的接收时间间隔测试
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作
7.2 创新性
7.3 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市轨道交通综合监控集成和互联各子系统[J]. 崔之海. 安装. 2017(06)
[2]电力远动设备的IEC60870-5-104通信协议的监听[J]. 赵会彬,欧阳鑫. 价值工程. 2017(02)
[3]城市轨道交通换乘站综合监控系统设计方案[J]. 赵琛琛,朱晓飞. 城市轨道交通研究. 2015(04)
[4]北京地铁6号线行车综合自动化系统的实现[J]. 林立,裴加富,巩林玉,杜凡. 城市轨道交通研究. 2014(10)
[5]一种分布式SCADA系统设计与实现[J]. 舒大有,冯暄,卢军,郭本俊. 计算机科学. 2013(08)
[6]电网调度广域分布式实时数据库系统体系架构和关键技术[J]. 翟明玉,王瑾,吴庆曦,靳晶,魏娜. 电力系统自动化. 2013(02)
[7]动态自适应DDS实时中间件的研究与实现[J]. 谷青范,康介祥,冯国良,付宇卓. 计算机科学. 2012(07)
[8]轨道交通综合监控系统冗余解决方法[J]. 赵春艳. 机电信息. 2012(03)
[9]基于RTI DDS的数据分发中间件的升级设计[J]. 张珺,尹逊和. 北京交通大学学报. 2011(05)
[10]IEC60870-5-104规约在分布式电力监控系统中的应用[J]. 梁竹靓,韩兵,彭永. 电力系统保护与控制. 2011(04)
硕士论文
[1]厦门轨道交通1号线综合监控系统（ISCS）的设计与应用[D]. 张海航.电子科技大学 2014
[2]OPC技术与分布式实时数据库在SCADA系统中的开发与应用[D]. 崔嵩.山东大学 2014
[3]基于龙芯平台的并行化动态二进制翻译中无锁队列的研究[D]. 江晓悟.中国科学技术大学 2014
[4]DDS在环境监控系统中的研究与应用[D]. 权莉.电子科技大学 2012
[5]轨道交通综合监控软件平台的研究与设计[D]. 鹿庆.青岛大学 2010
[6]EMS前置通讯子系统的设计[D]. 刘春庆.天津大学 2007
[7]综合监控前置机系统组态软件的设计[D]. 白鹏.南京理工大学 2006
本文编号：3194297
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3194297.html
