LON總線(xiàn)在變電站自動(dòng)化系統中的應用
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一 變電站自動(dòng)化系統的要求和LON總線(xiàn)
1 概述
國際大網(wǎng)會(huì )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(dòng)化要完成的7個(gè)功能組：遠動(dòng)功能、自動(dòng)控制功能、測量表計功能、繼電保護功能、與繼電保護有關(guān)的功能（如故障錄波功能等）、接口功能和系統功能。報告中指出了采用現場(chǎng)總線(xiàn)對各種能實(shí)現以上功能的IDE進(jìn)行集成來(lái)構成變電站自動(dòng)化系統所具有的優(yōu)越性。
變電站自動(dòng)化的目的就是實(shí)現對遠動(dòng)設備、繼電保護設備、各種自動(dòng)化控制設備及電費計量等智能電子儀表進(jìn)行集成，實(shí)現ＩＤＥ的信息共享，以減少變電站使用電纜的數量和造價(jià)，提供運行的可靠性和減少維護量。
2 現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介
現場(chǎng)總線(xiàn)是80年代、90年代初國際上形成的，用于生產(chǎn)現場(chǎng)、在微機化測控設備之間的實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信的系統，也稱(chēng)為開(kāi)放式、數字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò )。
現場(chǎng)總線(xiàn)系統FCS稱(chēng)為第五代控制系統，人們一般把50年代的氣動(dòng)信號控制系統PCS稱(chēng)作第一代，把4~20mA等電動(dòng)模擬信號控制系統稱(chēng)為第二代，把數字計算機集中式控制系統稱(chēng)為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式控制系統DCS稱(chēng)作第四代?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS作為新一代控制系統，一方面突破了DCS系統采用通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的局限，采用了基于公開(kāi)化、標準化的解決方案，克服了封閉系統所造成的缺陷；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(chǎng)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)放性、分散型與數字通迅是現場(chǎng)總線(xiàn)最顯著(zhù)的特征。
2.1 特點(diǎn)
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò )通訊、超大規模集成電路、儀表和測試、過(guò)程控制和生產(chǎn)管理等現代高科技迅猛發(fā)展的綜合產(chǎn)物，因此現場(chǎng)總線(xiàn)的內涵現在已遠遠不是指這一根通訊線(xiàn)或通訊標準?，F場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統在精度、可靠性、經(jīng)濟性等許多方面都要比傳統的控制系統要優(yōu)越得多，其主要特點(diǎn)如下：
A 系統的開(kāi)放性
傳統的控制系統是個(gè)自我封閉的系統，一般只能通過(guò)工作站的串口或并口對外通訊。在FCS中，工作站同時(shí)靠掛于現場(chǎng)總線(xiàn)和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)后者可以與其他計算機系統或網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行高速信息交換，以實(shí)現資源共享。另外，現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)標準是對所有制造商和用戶(hù)公開(kāi)的，沒(méi)有專(zhuān)利許可要求，實(shí)現技術(shù)共享。它可以與任何遵守相同標準的其他設備或系統相連。用戶(hù)可按自己的需要和對象把來(lái)自不同供應商的產(chǎn)品隨意地組成系統。
B可操作性和互用性
不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的DCS產(chǎn)品不能互換，要想更新技術(shù)和設備，只能全部更換。FCS可實(shí)現互聯(lián)設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)的數字通信。不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設備可進(jìn)行互換而實(shí)現互用。
３ LON總線(xiàn)
LON總線(xiàn)具有以下一些特點(diǎn)：
Ａ：LON（Local Operating Networks）總線(xiàn)是美國Echelon公司１９９１年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò )，它為分散式監控系統提供了很強的實(shí)現手段。為了支持LON總線(xiàn)，Echelon公司開(kāi)發(fā)了LonWorks技術(shù)，為L(cháng)ON總線(xiàn)設計、成品化提供了一套完整的開(kāi)發(fā)平臺。
● 擁有３個(gè)處理器的神經(jīng)元芯片，分別應用于鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層的控制和應用程序，還包括１１個(gè)I/O口；
● 支持多種通信介質(zhì)（雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、電源線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)、紅外等），以及它們的連接；
● LonTalk通信協(xié)議，支持７層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，提供了一個(gè)固化在神經(jīng)元芯片的網(wǎng)絡(luò )操作系統；
● 提供給用戶(hù)一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)平臺，包括現場(chǎng)調試工具LonBuilder、協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Neuron C等；
● 由于支持面向對象的編程，從而很容易實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的互操作性。
Ｂ：LonWorks通信是由網(wǎng)絡(luò )變量來(lái)實(shí)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(wǎng)絡(luò )互操作性問(wèn)題。LON總線(xiàn)能夠直接面向對象通信，具體實(shí)現就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量的形式。網(wǎng)絡(luò )變量使節點(diǎn)之間的通信實(shí)現只是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量的互相連接就可完成。
Ｃ：網(wǎng)絡(luò )管理通過(guò)上位機來(lái)完成。利用美國Echelon公司的LNS構架給系統提供操作接口，選擇的平臺是Windows 95/NT，接口是Windows的OLE技術(shù)，利用VB 5.0實(shí)現。其主要功能是網(wǎng)絡(luò )安裝、維護和監控。采用該軟件可在Windows 95環(huán)境下全３２位編程。
二 基于LonWorks技術(shù)的變電站自動(dòng)化系統
１ 系統結構
根據變電站自動(dòng)化系統的特點(diǎn)及性能要求，基于分層分布式的開(kāi)放結構是現代電力系統控制的發(fā)展趨勢。變電站自動(dòng)化系統結構如圖一所示。系統可分為變電站級、單元級和過(guò)程級。過(guò)程級包括變壓器、斷路器、電流及電壓互感器等生產(chǎn)過(guò)程設施。單元級一般包括測量和控制器件，負責該單元線(xiàn)路或變壓器的的參數測量和監視、斷路器的控制和連鎖；保護裝置負責該單元線(xiàn)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(guò)程設備，以減少連接電纜的的長(cháng)度和引入線(xiàn)的電磁干擾。變電站級包括監控主機、遠動(dòng)和自動(dòng)控制主機、人工智能應用主機以及用于數據庫管理的服務(wù)器，實(shí)現軟件開(kāi)發(fā)和管理的工程師站。
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