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
國際大網會議（CIGRE）WG34.03工作組于1997年8月在《變電站內數據流的通信要求》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場總線對各種能實現以上功能的IDE進行集成來構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對遠動設備、繼電保護設備、各種自動化控制設備及電費計量等智能電子儀表進行集成，實現ＩＤＥ的信息共享，以減少變電站使用電纜的數量和造價，提供運行的可靠性和減少維護量。
2 現場總線簡介
現場總線是80年代、90年代初國際上形成的，用于生產現場、在微機化測控設備之間的實現雙向串行多節(jié)點數字通信的系統(tǒng)，也稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。
現場總線系統(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的集中與分散相結合的集散系統(tǒng)結構變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場?？梢哉f，開放性、分散型與數字通迅是現場總線最顯著的特征。
2.1 特點
現場總線技術是計算機網絡通訊、超大規(guī)模集成電路、儀表和測試、過程控制和生產管理等現代高科技迅猛發(fā)展的綜合產物，因此現場總線的內涵現在已遠遠不是指這一根通訊線或通訊標準?，F場總線的控制系統(tǒng)在精度、可靠性、經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場總線和局域網兩層網絡，通過后者可以與其他計算機系統(tǒng)或網絡進行高速信息交換，以實現資源共享。另外，現場總線的技術標準是對所有制造商和用戶公開的，沒有專利許可要求，實現技術共享。它可以與任何遵守相同標準的其他設備或系統(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品隨意地組成系統(tǒng)。
B可操作性和互用性
不同廠家生產的DCS產品不能互換，要想更新技術和設備，只能全部更換。FCS可實現互聯(lián)設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實現點對點、一點對多點的數字通信。不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換而實現互用。
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絡，它為分散式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強的實現手段。為了支持LON總線，Echelon公司開發(fā)了LonWorks技術，為LON總線設計、成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺。
● 擁有３個處理器的神經元芯片，分別應用于鏈路層、網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（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層網絡協(xié)議，提供了一個固化在神經元芯片的網絡操作系統(tǒng)；
● 提供給用戶一個很好的開發(fā)平臺，包括現場調試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網絡開發(fā)語言Neuron C等；
● 由于支持面向對象的編程，從而很容易實現網絡的互操作性。
Ｂ：LonWorks通信是由網絡變量來實現的。由于LonTalk協(xié)議對ISO/OSI模型的全部七層協(xié)議的支持，有效解決了網絡互操作性問題。LON總線能夠直接面向對象通信，具體實現就是通過網絡變量的形式。網絡變量使節(jié)點之間的通信實現只是通過網絡變量的互相連接就可完成。
Ｃ：網絡管理通過上位機來完成。利用美國Echelon公司的LNS構架給系統(tǒng)提供操作接口，選擇的平臺是Windows 95/NT，接口是Windows的OLE技術，利用VB 5.0實現。其主要功能是網絡安裝、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技術的變電站自動化系統(tǒng)
１ 系統(tǒng)結構
根據變電站自動化系統(tǒng)的特點及性能要求，基于分層分布式的開放結構是現代電力系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢。變電站自動化系統(tǒng)結構如圖一所示。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過程設施。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據庫管理的服務器，實現軟件開發(fā)和管理的工程師站。
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