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现场总线及其在调度自动化中的应用
发布时间:2008-06-21
1、现场总线系统的结构
     现场总线是一种互联现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信协议。一个现场总线系统可以看成是由一个数字通信设备?#22270;?#25511;设备组成的分布式系?#22330;?#23454;际上,现场总线就是一种计算机网络,这个网络?#31995;?#27599;一个节点就是一个智能化设备,其结构如图1所示。

1.1 网络通信
为支持设备之间的信息传送,现场总线基金会系统体系结构定义了三个层次的通信体系,包括:
(1)物理层 定义信号如何发送;
(2)数据链路层 定义设备间网络如何被共享和调度;
(3)应用层 定义报文的格式。

1.2 功能模块
定义参数、算法和事件响应三大要素的通用格式。

1.3 对象字典和设备描述
为了支持功能模块的标准化,现场总线基金会定义了两个工具——对象字典和设备描述语言,用于定义和描述应用进程的网络可见对象。

1.4 网络管理
现场总线基金会系统结构为每一个设备定义了一个网络代理。网络代理可提供组态管理、功能管理和差错管理的能力。

1.5 系统管理
系统管理内?#36865;?#25104;以下功能:分配设备地址、功能模块执行的调度、时钟同步等。

2、现场总线的?#38469;?#29305;点
现场总线?#38469;?#26159;三C(Computer、Control、Communication)?#38469;?#20174;控制层发展到工艺设备现场的?#38469;?#32467;果,现场总线?#38469;?#30340;特点如下:

2.1 全数字化通信
     传统集散控制系统(DCS——DistributedControlSystem)是“半数字”系统,许多I/O模板接收或?#32479;?~20 mA模拟信 号;而现场总线控制系统(FCS—Fieldbus Control System)是一个“纯数字“系统,信号传输实现全数字化,提高了信号的可靠性、 准确性,实现了检错、纠错功能。

2.2 可互操作性和互用性
     可互操作是指实现互联设备间、系统间的信息传送和沟通,而互用性则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换。

2.3 完全的分散性
     DCS是一个“半分散式”系统,它是采用一个或多个“控制单元”对多回路进行控制,其控制部?#22336;?#25955;到一些控制板上,每个控制板上又有多个回路。

     现场总线则采用的是完全分散体系,它的控制单元全部分散到现场,控制回路由现场设备实现,在现场总线中又同时允许在控制室中用数字通信的方式进行操作与调整。

3、现场总线在调度自动化中的应用
     随着电网的不断发展,电网所需监视和控制的信息量迅速增加。及时、准确地判?#31995;?#32593;的运行?#32431;觶?#20445;证电网安全、经济运行是各级领?#25216;?#20999;关心的问题。调度自动化系统包括厂站端系?#22330;?#35843;度端系统和通信系?#22330;?br />
3.1 厂站端系统构成
     厂站端的监测与控制系统由前端智能单元、工控机、网络通信管理适配卡、专用Modem及相应软件组成,其系统结构如图2所示。

     前端智能单元一方面完成对各线路电流(A相、B相、C相)、电压(A相、B相、C相电压、AB相电压、BC相电压、CA相电压)、三相/单相有功功?#30465;?三相/单相无功功?#30465;?#19977;相/单相正有功电能、三相/单相负有功电能、三相/单相正无功电能、三相/单相?#20309;?#21151;电能、三相/单相功?#23460;?#25968;以及周波等电参量的 测量;另一方面还要完成对各开关状态的检测和控制。

     前端智能单元采用Intel R80C196KC 16位系统架构,主要包括采集 控制逻辑、模拟信号处理、开关量输入输出处理、通信处理、系统监测与保护、实时时钟及电源等部分。为了提高系统的可靠性和抗干扰能力,所有数字逻辑的处理 全部集成在单片高密度、超大规模的可编程逻辑阵列中。为了使前端智能单元能在恶劣的电磁环境下可靠工作,除了在电路设计、器件选择、布线布局、屏蔽隔离等 环节尽可能完善外,还应随时对前端智能单元的运行状态进行监测,以确保在意外?#25910;?#21457;生时不误操作和丢失数据。特别应该指出的是,本系统的前端智能单元可安 装在户外的端子箱内(就在PT、CT下面)。

     厂站端工控机用于显示厂站电气主接线及其运行?#32431;觥?#35760;录各种数据、显示各种曲线和图表、 异常或事?#26102;?#35686;及打印、信息转发和接收。?#35805;?#21464;电站只需要一台工控机即可完成上述全部工作。在发电厂,根据监视点的需要可增加工控机。  网络通信管理适 配卡插在工控机的扩展槽上,实现前端智能单元和工控机之间的高速数据?#25442;唬?#24182;实现对网络的管理。

     本系统中的Modem是电力系统的专用Mo-dem,它完成变电站与调度端之间的数据通信,其数据传送格式严格按照91CDT规?#24613;?#21046;。

3.2 调度端系统构成
     调度端对整个系统进行监视、控制和管理,由工控机、调制解调设?#28014;?#22810;路通信接口设?#28014;?#22823;屏幕显示器构成。其系统结构如图3所示。

     图3中,Modem接收来自载波机的调制信号,同时调度端发出的命令又可通过Modem调制后送到载波通道,然后送到厂站端。多路通信接口完成多路数?#20013;?#21495;与厂站端工控机的数据通信。

3.3 数字通信
     厂站端与调度端之间的数据?#25442;?#26159;通过数据通道传送的。目前电力系统有载波通道、微波通道、光纤通道等。对于载波通道和微波通道,需要在通道两端使用电力 系统的专用调制解调器(Modem)。根据?#25910;?#30340;经验,同一通道两端的Modem应采用同一厂家同一型号的Modem。

4、基本现场总线的调度自动化的优点
     采用基于现场总线的发电厂、变电站实时监测监控系统以及由此构成的调度自动化系统,既可避免使用大量电缆将PT、CT二次侧电参数传送至中控室,又可减 少线损造成的误差,提高测量精度,还可取代中控室,使之节约占地面积与基建投?#30465;?#35813;系统与传统的变电站监测监控系统相比,具有如下特点:
(1)前端智能单元可安装于CT或PT端子箱内,对所采集的数据就地处理,数字化传送。 
(2)网络由两根双绞线组网,?#25910;下实停?#36890;信波特率高。
(3)解决了传统监测系统中CT、PT到中控室间的压降问题,测量精度高。
(4)抗干扰能力强,能在户外恶劣条件下运行。
(5)结构简单,体积小,安装、维修方便。



  
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