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   以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字測量控制系統(tǒng)是21世紀變電站自動化控制系統(tǒng)的主流。微機化分散式變電所自動化系統(tǒng)所具有的自動化程度高、組態(tài)靈活、運行可靠、占地少、投資省、設(shè)計維護簡單等諸多優(yōu)點已成為業(yè)內(nèi)的共識。正是由于傳輸高效、通訊可靠、接口靈活的現(xiàn)場總線為信息繁雜、組態(tài)靈活、運行高速的分散式變電所自動化系統(tǒng)提供了通訊上的保證。同時，選擇不同的通訊方式、選擇不同的現(xiàn)場總線也相應(yīng)決定了整個變電所自動化系統(tǒng)的不同特點。

    在我局綜自站現(xiàn)場總線中，主要有3種類型：1、許繼的Lonworks總線；2、南瑞繼保公司測控網(wǎng)采用的WorldFip總線；3、以太網(wǎng)。

　　國內(nèi)不同的自動化廠家出于不同的設(shè)計側(cè)重點，總線的選用也不一致，雖然這些總線均以國際標準化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)的模型為考慮基礎(chǔ)，支持多種通信介質(zhì)，但由于總線類型、具體協(xié)議各不相同，總線的選擇也無統(tǒng)一標準。

2.1 Lonworks現(xiàn)場總線

2.1.1 Longworks技術(shù)特點

   Lonworks技術(shù)的基本部件是同時具有通訊與控制功能的Neuron芯片。芯片內(nèi)部有三個中央處理器和RAM、ROM、EEPROM、計數(shù)器以及操作系統(tǒng)。

以許繼電氣CSL160B線路保護裝置MMI插件為例，三個處理單元的神經(jīng)元芯片（Neuron芯片）——一個用于鏈路層的控制，一個用于網(wǎng)絡(luò)層的控制，另一個用于用戶的應(yīng)用程序，還包含11個I／O口，這樣在一個神經(jīng)元芯片上就能完成網(wǎng)絡(luò)控制功能。

Lonwoks所采用的通訊協(xié)議為LonTalk協(xié)議，Lontalk協(xié)議遵循由國際標準化組織（ISO）定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），該協(xié)議提供了了OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)。

     網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，“在負載較輕時使介質(zhì)訪問延遲最小，而在負載較重時使沖突的可能性最小。”

2.1.2 通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

    LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不受通訊介質(zhì)的限制。可使用通訊介質(zhì)類型較多：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等，并且各種通訊介質(zhì)能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。在我局LonWorks綜自站中，通訊介質(zhì)均采用雙絞線。網(wǎng)絡(luò)拓撲形式多樣，用戶可選擇任意形式的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可大可小。

在我局LonWorks綜自站中，通訊介質(zhì)均采用雙絞線，網(wǎng)絡(luò)形式為總線型。

[圖1 Lon網(wǎng)變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖]

 

2.1.3 LongWorks現(xiàn)場總線特點

     LonWorks現(xiàn)場總線在保證可靠、安全通信的基礎(chǔ)上還具有報文短小（必須）、高度分散化、體積小、成本低的特點。此外，LonWorks還具有以下特點：

    1、Lon主要用于設(shè)備間相互通訊，而不是用于計算機之間通訊、

    2、Lon無需中央處理器、服務(wù)器，即可實現(xiàn)個個節(jié)點間的相互通訊。

    3、lon傳輸速率較低（雙絞線，78 kbps），適宜于數(shù)據(jù)較小的檢測信息、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。

   4、構(gòu)成簡單，利用廉價電纜（雙絞線）傳輸信息，故成本低。

2.1.4  Lon網(wǎng)實際應(yīng)用中的注意事項

     由于Lon網(wǎng)介質(zhì)訪問采用CSMA/CD技術(shù)，可用萬用表交流檔測量其通斷。正常時，有300mV左右的交流電壓。

 1、WorldFip將變電站的設(shè)備定義為“模塊”："模塊"是指一組具備一定基本功能(如交流量測量、開關(guān)量測量、開關(guān)控制等)、具有統(tǒng)一通訊接口的智能模塊。因此它們之間的通訊可按其功能、時效分為幾類標準通訊方式：周期性同步數(shù)據(jù)（如遙測）；周期性異步數(shù)據(jù)（如開入量）；非周期性信息報（如開出量）。

 2、網(wǎng)絡(luò)仲裁器是整個網(wǎng)絡(luò)通信的主宰者。網(wǎng)絡(luò)仲裁器輪番呼叫每一個生產(chǎn)者變量,整個網(wǎng)線上總是有信號的。如果若干時間間隔內(nèi)(例如幾十毫秒)沒有監(jiān)聽到網(wǎng)上的信號、則可以診斷為網(wǎng)絡(luò)故障。在一個網(wǎng)絡(luò)中可以有一個或多個網(wǎng)絡(luò)仲裁器。在任意給定時刻，只有一個在起作用，其他處于熱備份態(tài)，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

在高村變電站中，當?shù)睾笈_機為網(wǎng)絡(luò)仲裁器，循環(huán)向各裝置問信息。

3、傳輸速率為2.5Mb/s。

    4、采用專業(yè)工業(yè)用雙絞線，成本較高。

2.2.4  WorldFip網(wǎng)實際應(yīng)用中的注意事項

     由于WorldFip網(wǎng)兩端配備有匹配電阻，在判斷網(wǎng)絡(luò)通斷時可采用將匹配電阻一級一級向上短接的辦法，快速定位故障的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

[圖4 總線型WorldFip網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點判斷示意圖]

 

2.3 以太網(wǎng)（Ethernet）

2.3.1 Ethernet網(wǎng)技術(shù)特點

    以太網(wǎng)（Ethernet）的名稱是由加利福尼亞Xerox公司的PARC研究中心的Bob Metcalfe于1973年5月首次提出的。在Ethernet網(wǎng)絡(luò)中重要的通訊設(shè)備就是“網(wǎng)卡”，網(wǎng)卡上面裝有處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信通過雙絞線以串行傳輸方式進行的，而網(wǎng)卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板的I/O總線以并行方式進行傳輸。網(wǎng)絡(luò)通訊采用TCP/IP協(xié)議，每一個通訊單元均要有唯一的IP地址。

2.3.2 通訊介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

[圖5 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖]

 

   Ethernet網(wǎng)可使用通訊介質(zhì)有：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等。在我局高村變、虢都變均采用5類雙絞線（網(wǎng)線）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為以HUB為通訊核心的星形網(wǎng)絡(luò)。

2.3.3 Ethernet網(wǎng)絡(luò)特點

  1、傳輸速度快，可擴展性好

以太網(wǎng)的傳輸速度有10Mbp系統(tǒng)、100Mbps系統(tǒng)和1000Mbps系統(tǒng)。我局綜自站以太網(wǎng)為100Mbps系統(tǒng)。而且HUB接口是可以通用的，使得系統(tǒng)連接非常方便，具有良好的靈活性和擴展能力。

2、可靠性高，一個節(jié)點的故障不會影響其他節(jié)點的通訊。

3、成本低。

4、網(wǎng)絡(luò)管理方便。

由于以太網(wǎng)具有以上優(yōu)點，應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)已成為發(fā)展的必然趨勢。

2.2.4  Ethernet網(wǎng)實際應(yīng)用中的注意事項

  在Ethernet網(wǎng)中，由于采用網(wǎng)卡和集線器具有監(jiān)視燈，可從監(jiān)視燈的閃滅情況來判斷通訊是否正常。另一方面可以通過ping設(shè)備的IP地址，若能ping通，則可判定網(wǎng)絡(luò)沒有問題。

3.1 串行通訊技術(shù)特點

　　在我局綜自站中，還大量采用了串行通信方式。特別是在不同廠家設(shè)備之間的規(guī)約轉(zhuǎn)換通訊中，采用的通訊方式均為串行通訊方式。串行通信接口方式有：EIA-RS-232C和EIA-RS-422/485

3.1.1.EIA-RS-232C接口標準

　　EIA-RS-232接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1973年制定的數(shù)據(jù)傳輸標準接口。接口簡單，廣泛應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。而在距離15米時，最大傳輸速率為20KHz。

3.1.2. EIA-RS  422/485 接口標準

　　RS422對RS323C的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。RS422在全雙工通信時，需要4根傳輸線，不方便，為了減少傳輸線，又保留平衡差分的特點，由RS422標準變形為RS485。RS422用4根傳輸線，工作于全雙工，RS485只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度100K。

3.2 幾種常用的串行通信標準接口對比

表3-1 幾種常用的串行通信標準接口的主要性能

 *  RS422/485的優(yōu)點：

①  接口簡單，僅需一根信號電纜，便可實現(xiàn)多節(jié)點互聯(lián)。

②  可采用標準傳輸規(guī)約。

 * RS422/485缺點：

① 能連接的通信點數(shù)≤32個。

② 通信多為查詢方式。

[圖6 串行通訊測量示意圖]

 

3.3 串行通訊實際應(yīng)用中的注意事項

     由于串行通訊傳輸?shù)臄?shù)字信號，靠線纜之間的電平傳輸信號，可用萬用表直流電壓檔測量其通斷。正常時，有2V～7V左右的電壓信號跳變。

　　通過以上介紹，對我局綜自站幾種通訊方式作一比較：

表4-1 綜自站通訊方式的比較

特性	以太網(wǎng)	Lonworks	WorldFIP	485
數(shù)據(jù)編碼	曼徹斯特	不歸零	曼徹斯特	不歸零
通信方式	全雙式/半雙工	半雙工	半雙工	半雙工
拓撲關(guān)系	網(wǎng)絡(luò)形	總線形	總線形	總線形
傳輸介質(zhì)	網(wǎng)纜	屏蔽雙絞線	屏蔽雙絞線	雙絞線
介質(zhì)訪問	CSMA/CD	CSMA/CD	令牌	主從
檢錯碼	CRC	CRC	CRC	無
體系結(jié)構(gòu)	OSI全部7層	OSI1,2層	OSI1，2，7層	-
速率	10/100Mbps	78 kbps	2.5 Mbps	1.2～9.6 kbps

任何一種總線，各現(xiàn)場總線都有各自適合的領(lǐng)域，并且各領(lǐng)域又有各自的都有其特點。

從目前的發(fā)展來看，由于以太網(wǎng)具有的速度優(yōu)勢是其他總線所無法比擬的，綜自站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢是以以太網(wǎng)為主，其他多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式為輔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。