基于現(xiàn)場總線CAN的變電站綜合自動化系統(tǒng)

3．由現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通信功能

　　通信功能是綜合自動化出別于常規(guī)站最明顯的標(biāo)志之一，通信網(wǎng)絡(luò)變電站內(nèi)間隔信息可充分共享，并通過通信接口與外界信息系統(tǒng)交換信息，同時(shí)節(jié)省大量電纜，構(gòu)成一個快速、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動化系統(tǒng)的基本要求，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理功能的基本前提。

　　近年來，隨著我國電力自動化的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)通信方式也不斷改進(jìn)，現(xiàn)場在總線技術(shù)因其組網(wǎng)方便，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)很多，電力自動化系統(tǒng)中最常用的是LONWORKS和CAN總線。

　　LONWORKS總線通信速率為78Kbps和1.25Mbps，CAN總線通信速率為1Mbps。CAN總線是一種有效支持分布控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是一種通信速率可達(dá)1Mbps的多主總線[1]。

　　具有優(yōu)先搶占方式進(jìn)行總線仲裁的作用機(jī)理，通信速率高，錯誤幀可自動重發(fā)，永久故障可自動隔離，不影響整個網(wǎng)絡(luò)正常工作，可靠性高，而且協(xié)議簡單，開放性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活，成本低等特點(diǎn)，能為電力自動化提供開放性、全分布及可互操作性的通信平臺。

　　CAN總線的主要特點(diǎn)：

　?。?）CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)，任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主次，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息；

　?。?）CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)最多8個字節(jié)，這樣不僅滿足控制領(lǐng)域中傳遞控制命令，工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)的一般要求，且保證了通信的實(shí)時(shí)性，CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同等級，可滿足不同實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級最多可在134μS內(nèi)得到傳輸；

　?。?）CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)主動退出發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突時(shí)間。CAN的直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10Km/ 5Kbps，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m?？蓲旖釉O(shè)備最多可達(dá)110個。CAN節(jié)點(diǎn)在自身發(fā)生錯誤時(shí)具有自動關(guān)閉功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

　　本系統(tǒng)間隔層主要由保護(hù)單元和測控單元組成，每個測控單元監(jiān)控多路饋進(jìn)饋出，采用先進(jìn)現(xiàn)場總線CAN，現(xiàn)場通信采用雙絞線，總線速率達(dá)1 Mbps，快速、可靠、方便靈活，通信規(guī)約支持IEC-60870-5-101格式，克服RS485網(wǎng)絡(luò)上只能有一個主節(jié)點(diǎn)而無法構(gòu)成多冗余系統(tǒng)的缺陷，具有很高的價(jià)格比。另外，采用雙CAN現(xiàn)場總線內(nèi)部定期對備用CAN進(jìn)行備用檢測，提高了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的冗余度。

　　站控層采用雙10 Mbps雙絞線以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)（能保證變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性），由雙服務(wù)器組成，站控層為值班人員提供全廠系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理功能，界面友好，容易使用。通過組件技術(shù)，軟件功能能實(shí)現(xiàn)“即插即用”，能較好地滿足電氣監(jiān)控系統(tǒng)的需要，軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，開放性較好。站控層操作系統(tǒng)可采用Windows2000/NT，數(shù)據(jù)庫選用SQL服務(wù)器，軟件主要功能模塊有前置、數(shù)據(jù)庫生成器、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、報(bào)表管理、報(bào)警信息、曲線、棒圖、動作告警、SOE、事故追憶、錄波分析、人機(jī)界面、自動抄表、設(shè)備管理、定值管理、設(shè)備在線診斷、系統(tǒng)組態(tài)等。電氣監(jiān)控系統(tǒng)中提供了故障信息傳輸系統(tǒng)、各級調(diào)度中心、電能計(jì)量系統(tǒng)、直流系統(tǒng)通信等接口驅(qū)動軟件。

　　總之，系統(tǒng)完成的主要功能有：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)、控制操作、同步檢測、報(bào)警處理、順序記錄（SOE）、事故追憶、畫面生成及顯示、在線計(jì)算及制表、電能量處理、遠(yuǎn)動功能、電氣“五防”、時(shí)鐘同步、人機(jī)接口、系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)、與其他智能設(shè)備接口、運(yùn)行管理功能等。

4．主要軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中，微處理器SAB-C167CR的數(shù)據(jù)處理速度可達(dá)10 MHz，能完成所有測量、控制及通信等功能，其特點(diǎn)是任務(wù)較多，各任務(wù)之間協(xié)調(diào)較為復(fù)雜，為了便于個任務(wù)之間協(xié)調(diào)與功能擴(kuò)充，CPU軟件系統(tǒng)采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS來優(yōu)化和分配CPU時(shí)序和資源，保證程序的實(shí)時(shí)性和可靠性，以任務(wù)為對象進(jìn)行資源管理，任務(wù)調(diào)度和異常處理，通過RTOS管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的輕重緩急來合理分配占有CPU，優(yōu)化時(shí)序分時(shí)執(zhí)行，使之不閑置，不擁擠，每個處理過程又有多個不同優(yōu)先級別的任務(wù)組成，采用優(yōu)先搶占操作方式有效保證任務(wù)執(zhí)行的實(shí)時(shí)性，采用這一軟件結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是使程序?qū)崿F(xiàn)了真正的模塊化，各個任務(wù)單獨(dú)編程，不受其他任務(wù)的影響，任務(wù)的增減，調(diào)度非常方便。

　　軟件設(shè)計(jì)分為兩部分：一部分是SAB-C167CR微處理器的軟件設(shè)計(jì)，包括與間隔層設(shè)備間CAN總線數(shù)據(jù)傳輸及上位機(jī)UBS的數(shù)據(jù)通信（使用USB接口方便現(xiàn)場，即插即用，便于PC機(jī)的維護(hù)與升級，滿足變電站數(shù)據(jù)通信的需要）；另一部分為PC機(jī)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。這部分上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，若采用面向?qū)ο蟮恼Z言編寫程序，可使用ActiveX控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。對于微處理器和上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，考慮到將來間隔層設(shè)備結(jié)構(gòu)的變化和硬件升級需要，程序設(shè)計(jì)分為兩層，底層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；上層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀上午打包、解包及協(xié)議的解釋。

5．結(jié)論

　　隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和電氣設(shè)備微機(jī)化程度的提高，為數(shù)字化形式實(shí)現(xiàn)變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)具有開放性，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互操性（互換性）。因此，現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用是變電站綜合自動化發(fā)展的需要，運(yùn)用現(xiàn)場總線技術(shù) ，能解決變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信問題，能保證數(shù)據(jù)通信的速度、質(zhì)量、抗干擾能力，從而保證了變電站綜合自動化技術(shù)的有效實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

　　1．鄔寬明. CAN總線原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1996

　　2．閔濤，黃冰. 變電站自動化系統(tǒng)一種智能測控裝置的設(shè)計(jì). 電力系統(tǒng)及自動化學(xué)報(bào).2003[6]：87～90

　　3．李娟. 現(xiàn)場總線在煤礦變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用. 重慶：電工技術(shù)，2004[5]：2～3

　　4．CL2000變電站綜合自動化系統(tǒng)系列裝置技術(shù)說明書. 哈爾濱光宇電氣自動化有限公司