LON總線在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用
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一 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的要求和LON總線
1 概述
國(guó)際大網(wǎng)會(huì)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(bào)告中分析并提出了變電站自動(dòng)化要完成的7個(gè)功能組：遠(yuǎn)動(dòng)功能、自動(dòng)控制功能、測(cè)量表計(jì)功能、繼電保護(hù)功能、與繼電保護(hù)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(bào)告中指出了采用現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)各種能實(shí)現(xiàn)以上功能的IDE進(jìn)行集成來構(gòu)成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所具有的優(yōu)越性。
變電站自動(dòng)化的目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、各種自動(dòng)化控制設(shè)備及電費(fèi)計(jì)量等智能電子儀表進(jìn)行集成，實(shí)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(jià)，提供運(yùn)行的可靠性和減少維護(hù)量。
2 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介
現(xiàn)場(chǎng)總線是80年代、90年代初國(guó)際上形成的，用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)控設(shè)備之間的實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4~20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)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(chǎng)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(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)。可以說，開放性、分散型與數(shù)字通迅是現(xiàn)場(chǎng)總線最顯著的特征。
2.1 特點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、超大規(guī)模集成電路、儀表和測(cè)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(chǎng)總線的內(nèi)涵現(xiàn)在已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是指這一根通訊線或通訊標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)在精度、可靠性、經(jīng)濟(jì)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(diǎn)如下：
A 系統(tǒng)的開放性
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個(gè)自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過工作站的串口或并口對(duì)外通訊。在FCS中，工作站同時(shí)靠掛于現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)，通過后者可以與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速信息交換，以實(shí)現(xiàn)資源共享。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)所有制造商和用戶公開的，沒有專利許可要求，實(shí)現(xiàn)技術(shù)共享。它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)相連。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)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(shí)現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。
３ LON總線
LON總線具有以下一些特點(diǎn)：
Ａ：LON（Local Operating Networks）總線是美國(guó)Echelon公司１９９１年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，它為分散式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)手段。為了支持LON總線，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術(shù)，為L(zhǎng)ON總線設(shè)計(jì)、成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺(tái)。
● 擁有３個(gè)處理器的神經(jīng)元芯片，分別應(yīng)用于鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的控制和應(yīng)用程序，還包括１１個(gè)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(luò)協(xié)議，提供了一個(gè)固化在神經(jīng)元芯片的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；
● 提供給用戶一個(gè)很好的開發(fā)平臺(tái)，包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)語言Neuron C等；
● 由于支持面向?qū)ο蟮木幊?，從而很容易?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互操作性。
Ｂ：LonWorks通信是由網(wǎng)絡(luò)變量來實(shí)現(xiàn)的。由于LonTalk協(xié)議對(duì)ISO/OSI模型的全部七層協(xié)議的支持，有效解決了網(wǎng)絡(luò)互操作性問題。LON總線能夠直接面向?qū)ο笸ㄐ?，具體實(shí)現(xiàn)就是通過網(wǎng)絡(luò)變量的形式。網(wǎng)絡(luò)變量使節(jié)點(diǎn)之間的通信實(shí)現(xiàn)只是通過網(wǎng)絡(luò)變量的互相連接就可完成。
Ｃ：網(wǎng)絡(luò)管理通過上位機(jī)來完成。利用美國(guó)Echelon公司的LNS構(gòu)架給系統(tǒng)提供操作接口，選擇的平臺(tái)是Windows 95/NT，接口是Windows的OLE技術(shù)，利用VB 5.0實(shí)現(xiàn)。其主要功能是網(wǎng)絡(luò)安裝、維護(hù)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(dòng)化系統(tǒng)
１ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)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(shì)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。系統(tǒng)可分為變電站級(jí)、單元級(jí)和過程級(jí)。過程級(jí)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(jí)一般包括測(cè)量和控制器件，負(fù)責(zé)該單元線路或變壓器的的參數(shù)測(cè)量和監(jiān)視、斷路器的控制和連鎖；保護(hù)裝置負(fù)責(zé)該單元線路或變壓器的斷路和異常狀態(tài)保護(hù)。單元級(jí)的智能器件應(yīng)盡可能的靠近過程設(shè)備，以減少連接電纜的的長(zhǎng)度和引入線的電磁干擾。變電站級(jí)包括監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)和自動(dòng)控制主機(jī)、人工智能應(yīng)用主機(jī)以及用于數(shù)據(jù)庫(kù)管理的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)和管理的工程師站。
評(píng)論