LON總線在變電站自動化系統(tǒng)中的應用
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一 變電站自動化系統(tǒng)的要求和LON總線
1 概述
國際大網(wǎng)會議（CIGRE）WG34.03工作組于1997年8月在《變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求》報告中分析并提出了變電站自動化要完成的7個功能組：遠動功能、自動控制功能、測量表計功能、繼電保護功能、與繼電保護有關(guān)的功能（如故障錄波功能等）、接口功能和系統(tǒng)功能。報告中指出了采用現(xiàn)場總線對各種能實現(xiàn)以上功能的IDE進行集成來構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)所具有的優(yōu)越性。
變電站自動化的目的就是實現(xiàn)對遠動設(shè)備、繼電保護設(shè)備、各種自動化控制設(shè)備及電費計量等智能電子儀表進行集成，實現(xiàn)ＩＤＥ的信息共享，以減少變電站使用電纜的數(shù)量和造價，提供運行的可靠性和減少維護量。
2 現(xiàn)場總線簡介
現(xiàn)場總線是80年代、90年代初國際上形成的，用于生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測控設(shè)備之間的實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。
現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS稱為第五代控制系統(tǒng)，人們一般把50年代的氣動信號控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4~20mA等電動模擬信號控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計算機集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡的局限，采用了基于公開化、標準化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場?？梢哉f，開放性、分散型與數(shù)字通迅是現(xiàn)場總線最顯著的特征。
2.1 特點
現(xiàn)場總線技術(shù)是計算機網(wǎng)絡通訊、超大規(guī)模集成電路、儀表和測試、過程控制和生產(chǎn)管理等現(xiàn)代高科技迅猛發(fā)展的綜合產(chǎn)物，因此現(xiàn)場總線的內(nèi)涵現(xiàn)在已遠遠不是指這一根通訊線或通訊標準?，F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)在精度、可靠性、經(jīng)濟性等許多方面都要比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)要優(yōu)越得多，其主要特點如下：
A 系統(tǒng)的開放性
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過工作站的串口或并口對外通訊。在FCS中，工作站同時靠掛于現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡，通過后者可以與其他計算機系統(tǒng)或網(wǎng)絡進行高速信息交換，以實現(xiàn)資源共享。另外，現(xiàn)場總線的技術(shù)標準是對所有制造商和用戶公開的，沒有專利許可要求，實現(xiàn)技術(shù)共享。它可以與任何遵守相同標準的其他設(shè)備或系統(tǒng)相連。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產(chǎn)品隨意地組成系統(tǒng)。
B可操作性和互用性
不同廠家生產(chǎn)的DCS產(chǎn)品不能互換，要想更新技術(shù)和設(shè)備，只能全部更換。FCS可實現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實現(xiàn)點對點、一點對多點的數(shù)字通信。不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進行互換而實現(xiàn)互用。
３ LON總線
LON總線具有以下一些特點：
Ａ：LON（Local Operating Networks）總線是美國Echelon公司１９９１年推出的局部操作網(wǎng)絡，它為分散式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強的實現(xiàn)手段。為了支持LON總線，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術(shù)，為LON總線設(shè)計、成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺。
● 擁有３個處理器的神經(jīng)元芯片，分別應用于鏈路層、網(wǎng)絡層的控制和應用程序，還包括１１個I/O口；
● 支持多種通信介質(zhì)（雙絞線、電力線、電源線、光纖、無線、紅外等），以及它們的連接；
● LonTalk通信協(xié)議，支持７層網(wǎng)絡協(xié)議，提供了一個固化在神經(jīng)元芯片的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)；
● 提供給用戶一個很好的開發(fā)平臺，包括現(xiàn)場調(diào)試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網(wǎng)絡開發(fā)語言Neuron C等；
● 由于支持面向?qū)ο蟮木幊蹋瑥亩苋菀讓崿F(xiàn)網(wǎng)絡的互操作性。
Ｂ：LonWorks通信是由網(wǎng)絡變量來實現(xiàn)的。由于LonTalk協(xié)議對ISO/OSI模型的全部七層協(xié)議的支持，有效解決了網(wǎng)絡互操作性問題。LON總線能夠直接面向?qū)ο笸ㄐ牛唧w實現(xiàn)就是通過網(wǎng)絡變量的形式。網(wǎng)絡變量使節(jié)點之間的通信實現(xiàn)只是通過網(wǎng)絡變量的互相連接就可完成。
Ｃ：網(wǎng)絡管理通過上位機來完成。利用美國Echelon公司的LNS構(gòu)架給系統(tǒng)提供操作接口，選擇的平臺是Windows 95/NT，接口是Windows的OLE技術(shù)，利用VB 5.0實現(xiàn)。其主要功能是網(wǎng)絡安裝、維護和監(jiān)控。采用該軟件可在Windows 95環(huán)境下全３２位編程。
二 基于LonWorks技術(shù)的變電站自動化系統(tǒng)
１ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)的特點及性能要求，基于分層分布式的開放結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢。變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。系統(tǒng)可分為變電站級、單元級和過程級。過程級包括變壓器、斷路器、電流及電壓互感器等生產(chǎn)過程設(shè)施。單元級一般包括測量和控制器件，負責該單元線路或變壓器的的參數(shù)測量和監(jiān)視、斷路器的控制和連鎖；保護裝置負責該單元線路或變壓器的斷路和異常狀態(tài)保護。單元級的智能器件應盡可能的靠近過程設(shè)備，以減少連接電纜的的長度和引入線的電磁干擾。變電站級包括監(jiān)控主機、遠動和自動控制主機、人工智能應用主機以及用于數(shù)據(jù)庫管理的服務器，實現(xiàn)軟件開發(fā)和管理的工程師站。
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