現場(chǎng)總線(xiàn)在變電站綜合自動(dòng)化系統中的應用

1、引言

為了保護、控制和測量的需要，傳統變電站的所有設備如變壓器、線(xiàn)路等的二次電壓、電流及斷路器開(kāi)關(guān)量都必須用大量的控制電纜引到主控室，投資大而且二次回路非常復雜，維護很不方便。傳統的變電站自動(dòng)化系統是按保護、監控、故障記錄和其他控制等功能分成若干個(gè)相對獨立的子系統，每個(gè)子系統都有自己的輸入和輸出設備，造成設施重復，聯(lián)系復雜，開(kāi)關(guān)量及模擬量采集可靠性差。近年來(lái)，隨著(zhù)自動(dòng)控制、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，當今變電站綜合自動(dòng)化系統已將保護、控制、測量等功能集成在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )聯(lián)系起來(lái)，大大節省投資，尤其是自動(dòng)化設備采用面向對象的微機化產(chǎn)品后，FCS現場(chǎng)總線(xiàn)型自動(dòng)化系統的應用迎運而生。

2、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS

現場(chǎng)總線(xiàn)是連接現場(chǎng)智能設備和自動(dòng)化控制設備的雙向串行、數字式、多節點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )，它的關(guān)鍵標志是能支持雙向多節點(diǎn)、總線(xiàn)式的全數字通訊，隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現和成熟，促使工業(yè)控制系統由集散控制系統（DCS）向現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）過(guò)渡?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統把各個(gè)分散的測量、控制設備變成網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，以現場(chǎng)總線(xiàn)為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息，共同完成控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò )控制系統，真正實(shí)現了“信息集中、控制分散”的全分布式系統。比起傳統變電站綜合自動(dòng)化系統和DCS系統，FCS系統大大減少現場(chǎng)敷線(xiàn)數量和相應的工作量，大大減少了現場(chǎng)各種接口的數量和相應的工作量，提供了網(wǎng)絡(luò )的智能化程度和信息交換速度，提高了系統的可靠性和抗干擾性，其主要優(yōu)越性表現在以下幾個(gè)方面：
（1）互操作性好?，F場(chǎng)總線(xiàn)標準保證不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品可以互操作，避免了傳統系統中必須選用同一廠(chǎng)家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競爭，降低了控制系統的成本。
（2）開(kāi)放性好?，F場(chǎng)總線(xiàn)的通訊方式為開(kāi)放式的互連網(wǎng)絡(luò )，所有技術(shù)和標準是公開(kāi)的，所有制造商必須新遵循，用戶(hù)可以自由組成不同制造商的通訊網(wǎng)絡(luò )，既可與同層網(wǎng)絡(luò )相連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò )互連，因此現場(chǎng)總線(xiàn)給綜合自動(dòng)化系統帶來(lái)更大的適應性。
（3）成本降低。傳統的控制系統每個(gè)儀表都需要一條線(xiàn)連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線(xiàn)架。而在FCS系統中多臺現場(chǎng)設備可串行連接在一條總線(xiàn)上，這樣只需極少的線(xiàn)進(jìn)入中央控制區室，大量節省了布線(xiàn)費用，同時(shí)也降低了中央控制室的造價(jià)。
（4）安裝、維護、使用方便。使用現場(chǎng)總線(xiàn)接口技術(shù)，無(wú)需用很多控制電纜連接各控制單元，只需將各個(gè)設備掛在系統總線(xiàn)上，顯著(zhù)減少連接電纜、安裝、維護和使用更為方便。
（5）系統配置靈活，可擴展性好。由于現場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、高度集成化等特點(diǎn)，同時(shí)有較多冗于接口，其他各種智能化設備和自動(dòng)化系統可方便而無(wú)縫接入系統主站。
（6）智能化與自治性?，F場(chǎng)總線(xiàn)設備能處理各種參數、運行狀態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網(wǎng)絡(luò )故障的情況下獨立工作，大大提高了整個(gè)控制系統的可靠性和容錯能力。
（7）全數字化。將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動(dòng)化有機結合一直是工業(yè)界夢(mèng)寐以求的理想，但只有在FCS出現以后這種理想才有可能高效、低成本地實(shí)現。在采用FCS的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動(dòng)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )緊密銜接。此外，數字化信號固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統的可靠性。

3、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS在變電站綜合自動(dòng)化系統的實(shí)現方案與應用。

3．1系統概論

本方案是針對南鋁20000t/a鋁型材二期技改工程項目10KV變電站綜合自動(dòng)化系統項目提出來(lái)的綜合自動(dòng)化方案。該方案按照“面對對象（間隔）”的分層、分布式變電站綜合自動(dòng)化設計理念，對變電站二次系統進(jìn)行配置組網(wǎng)，即利用目前先進(jìn)的計算機控制和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，采用嵌入式微機系統作為變電站的保護、監測、控制模塊，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，將數據采集到變電站自動(dòng)化主站，處理打包后通過(guò)現有的通信信道上發(fā)至調度端。反之，將調度指令通過(guò)變電站站端監控系統下發(fā)至每一間隔執行。從而實(shí)現整個(gè)變電站的遙測、遙信、遙控、遙調功能，可實(shí)現變電站無(wú)人值班。

本方案保護配置均采用微機保護裝置，與微機監控系統實(shí)現綜合自動(dòng)化管理，系統具有高可靠性，技術(shù)先進(jìn)，擴張性強，升級方便。微機保護裝置全部就地安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜上，該系統同時(shí)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種功能，能同時(shí)進(jìn)行相互切換；10K變電站設一套微機綜合自動(dòng)化系統，微機自動(dòng)化系統采用面向對象的分布式一體化結構，遵循開(kāi)放系統的原則，采用分層分布結構，良好的人機界面、良好的開(kāi)放性，具有多種通訊接口，能夠實(shí)現資源的最大化共享，為供電系統的安全、經(jīng)濟運行提供了可靠保證。

3．2系統結構

該項目整個(gè)系統分為三部分：主控層、通訊層和間隔層。主控層為電氣設備監視、測量、控制、管理的中心，通過(guò)高速以太網(wǎng)與通訊層通訊管理機相連。通訊層通過(guò)采用基于CAN網(wǎng)絡(luò )的 .aspx" title="現場(chǎng)總線(xiàn)" style="text-decoration:underline;color:blue">現場(chǎng)總線(xiàn)型技術(shù)和分散在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜的保護測控裝置通訊。間隔層有獨立完成保護測控的功能，在主控層及網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，間隔層仍能獨立完成監測、保護和斷路器控制功能。該系統組態(tài)靈活，具有較好的可維修性和可擴展性，并可以有效防止由于各類(lèi)計算機病毒侵害造成系統內存數據丟失或系統損壞。