現場總線技術是當今自動化領域發展的熱點課題之一,它的發展與應用對全面實現設備自動化起到巨大的推動作用。現場總線是近幾年來迅速發展的一種全新的互聯通信網絡,是自動化領域中計算機通信zui底層的控制網絡。它可將變電站保護測量、控制、遠傳集為一體,實現變電站內數據的采集、處理和共享。
一.現場總線的定義和作用
iec對現場總線的定義是:“安裝在制造和過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向串行傳輸、多點通信的數據總線,稱為現場總線。”表現在六個方面:現場通信網絡、現場設備互聯、互操作性、分散功能模塊、通信線供電和開放式互聯網絡。它是新型的網絡集成式全分面控制系統。
二.現場總線實現了變電站自動化技術的變革,具體表現在:
1.它能將一對通信線連接多臺數字設備。以往一對信號線只能連接一臺模擬設備。
2.用多變量、雙向、數字通信方式代替單變量、單向、模擬傳輸方式。
3.用多功能的現場數字設備代替單功能的現場模擬設備。
4.用分散式控制站代替集中式控制站。
5.用現場控制系統代替集散控制系統。
總之,現場總線環境適應性、抗干擾性強,其媒介可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、電力線等。
現場總線的連接裝置高度智能化,在網上傳輸數字信號。這樣,不僅大大降低了傳輸誤差,同時可實現檢錯和糾錯,提高了信息傳輸的可靠性。
三.現場總線在變電站綜合自動化技術中的應用
目前,變電站自動化技術在深圳地區飛速發展,建設了大批110千伏和220千伏變電站,配置先進且全部采用了現場總線技術。盡管上約有40種現場總線,但多數以低速總線為主,而大型變電站的高壓及主變壓器所配備的保護非常復雜,事故狀態下的各種信息量異常大,要求站內信息記錄具有實時性。而低速總線不能滿足這種要求,所以現有國內綜合自動化生產商大部分采用以太網、can網、lonwork網、rs-485網。
1.現場總線應用實例
(1)平安變電站是深圳地區*個220千伏綜合自動化變電站,站內有3臺單臺容量為18萬千伏安的變壓器,有220千伏、110千伏、10千伏共3個電壓等級,線路保護、元件保護全部采用微機保護。整個變電站系統分為三層,即站級計算機層、通信管理層、設備監控及保護單元層。通信管理層是整個綜合自動化系統的核心,負責溝通各下級單元監控裝置,采集數據并建立實時數據庫,對上連接站級計算機及遠方調度中心,實時報告變電站工況及事件等信息,接收控制命令并分發到的下級單元裝置。現場總線在通信管理層發揮著承上啟下的作用。
a)平安變電站總線主要采用can網,一種支持分布式、實時控制的多主數據總線,可靠性高。
b)can網協議結構具有參考模型物理層、數據鏈路層的功能。can網可以多主站、點對點、一點對多點、全局廣播幾種方式發送和接收數據。多主站依據優先權進行總線訪問,網絡上任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息,不分主從,通信方式靈活,這一特點可以方便地構成(容錯)多機備份系統。can網傳輸介質可以是雙絞線、同軸光纖,節點數可達110個,直接通信距離zui遠可達10千米(此時的傳輸速率為5kbit/s),通信速率zui高可達1msit/s(按此速率,可傳輸距離40米)。can網采用無破壞性的基于總線優先權促裁技術。當兩個節點同時向網絡上發送信號時,優先級低的節點主動停止發送數據,而優先級高的可不受影響繼續發送,有效避免總線沖突。can網具有判別暫時性錯誤和*性故障節點的功能,故障節點可自動脫離總線的。
c)can網支持四類報文幀:數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。采用短幀結構,每幀有效字節數為8個。這樣,傳輸時間短,受干擾的概率低,并能用crc進行檢錯。
(2)2002年新投產的110千伏創新變電站,其現場總線采用rs-485網(現深圳地區110千伏變電站綜合自動化均采用該方式),其主要優缺點分析如下:
a)rs-485網的電氣特征。邏輯“1”以兩線間的電壓差為 (2~6)伏表示,邏輯“0”以現兩線間的電壓差-(2~6)伏表示,接口信號電平比rs-232-c網降低了,不易損壞接口電路芯片,電平與ttl電平兼容,可方便與ttl電路連接。
b)rs-485網抗干擾性增強,因其接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合。
c)rs-485網功能多,rs-485網接口在總線上允許連接128個收發器。這樣,用戶可以利用單一接口方便建立設備網絡。
d)rs-485網對幀長沒有限制,這樣可以根據需要進行選擇。
e)對用戶來說,rs-485總線基本上是透明的,不依靠總線協議,用戶可隨心所欲編寫自己的協議。但是數據的優先級的保證以及各個單元間的檢測,需要用戶的鏈路層協議來提供。
f)rs-485網應用廣泛,結構簡單,使用維護方便,可靠性高。
g)規模較小時,系統有足夠的傳輸率,實時傳輸能夠保證。但隨著系統規模的擴大,系統性能會降低。
h)從結構網絡上只能有一個主節點,其余均為從節點,各單元間橫向通信必須經過總控進行,系統靈活性差。
總之,隨著變電站綜合自動化技術的飛速發展,現場總線技術的應用也越來越廣泛。大量的工程設計運行證明,現場總線技術可以提高變電站綜合自動化系統運行的可靠性、減少變電站二次電纜、方便電網事故的分析與處理。