1、現場總線系統(tǒng)的結構

現場總線是一種互聯現場自動化設備及其控制系統(tǒng)的雙向數字通信協(xié)議。一個現場總線系統(tǒng)可以看成是由一個數字通信設備和監(jiān)控設備組成的分布式系統(tǒng)。實際上，現場總線就是一種計算機網絡，這個網絡上的每一個節(jié)點就是一個智能化設備，其結構如圖1所示。

圖1 現場總線控制系統(tǒng)結構示意圖

1.1 網絡通信

為支持設備之間的信息傳送，現場總線基金會系統(tǒng)體系結構定義了三個層次的通信體系，包括：

(1) 物理層定義信號如何發(fā)送;

(2) 數據鏈路層定義設備間網絡如何被共享和調度;

(3) 應用層定義報文的格式。

1.2 功能模塊

定義參數、算法和事件響應三大要素的通用格式。

1.3 對象字典和設備描述

為了支持功能模塊的標準化，現場總線基金會定義了兩個工具——對象字典和設備描述語言，用于定義和描述應用進程的網絡可見對象。

1.4 網絡管理

現場總線基金會系統(tǒng)結構為每一個設備定義了一個網絡代理。網絡代理可提供組態(tài)管理、功能管理和差錯管理的能力。

1.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理內核完成以下功能：分配設備地址、功能模塊執(zhí)行的調度、時鐘同步等。

2、現場總線的技術特點

現場總線技術是三C(Computer、Control、Communication)技術從控制層發(fā)展到工藝設備現場的技術結果，現場總線技術的特點如下：

2.1 全數字化通信

傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS——Distributed Control System)是“半數字”系統(tǒng)，許多I/O模板接收或送出4～20 mA模擬信號;而現場總線控制系統(tǒng)(FCS—Fieldbus Control System)是一個“純數字“系統(tǒng)，信號傳輸實現全數字化，提高了信號的可靠性、準確性，實現了檢錯、糾錯功能。

2.2 可互操作性和互用性

可互操作是指實現互聯設備間、系統(tǒng)間的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換。

2.3 完全的分散性

DCS是一個“半分散式”系統(tǒng)，它是采用一個或多個“控制單元”對多回路進行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個控制板上又有多個回路。

現場總線則采用的是完全分散體系，它的控制單元全部分散到現場，控制回路由現場設備實現，在現場總線中又同時允許在控制室中用數字通信的方式進行操作與調整。

3、現場總線在調度自動化中的應用

隨著電網的不斷發(fā)展，電網所需監(jiān)視和控制的信息量迅速增加。及時、準確地判斷電網的運行狀況，保證電網安全、經濟運行是各級領導急切關心的問題。調度自動化系統(tǒng)包括廠站端系統(tǒng)、調度端系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。

3.1 廠站端系統(tǒng)構成

廠站端的監(jiān)測與控制系統(tǒng)由前端智能單元、工控機、網絡通信管理適配卡、專用Modem及相應軟件組成，其系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 廠站端現場總線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構框圖

前端智能單元一方面完成對各線路電流(A相、B相、C相)、電壓(A相、B相、C相電壓、AB相電壓、BC相電壓、CA相電壓)、三相/單相有功功率、三相/單相無功功率、三相/單相正有功電能、三相/單相負有功電能、三相/單相正無功電能、三相/單相負無功電能、三相/單相功率因數以及周波等電參量的測量;另一方面還要完成對各開關狀態(tài)的檢測和控制。

前端智能單元采用Intel R80C196KC 16位系統(tǒng)架構，主要包括采集控制邏輯、模擬信號處理、開關量輸入輸出處理、通信處理、系統(tǒng)監(jiān)測與保護、實時時鐘及電源等部分。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，所有數字邏輯的處理全部集成在單片高密度、超大規(guī)模的可編程邏輯陣列中。為了使前端智能單元能在惡劣的電磁環(huán)境下可靠工作，除了在電路設計、器件選擇、布線布局、屏蔽隔離等環(huán)節(jié)盡可能完善外，還應隨時對前端智能單元的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以確保在意外故障發(fā)生時不誤操作和丟失數據。特別應該指出的是，本系統(tǒng)的前端智能單元可安裝在戶外的端子箱內(就在PT、CT下面)。

廠站端工控機用于顯示廠站電氣主接線及其運行狀況、記錄各種數據、顯示各種曲線和圖表、異常或事故報警及打英信息轉發(fā)和接收。一般變電站只需要一臺工控機即可完成上述全部工作。在發(fā)電廠，根據監(jiān)視點的需要可增加工控機。

網絡通信管理適配卡插在工控機的擴展槽上，實現前端智能單元和工控機之間的高速數據交換，并實現對網絡的管理。

本系統(tǒng)中的Modem是電力系統(tǒng)的專用Modem，它完成變電站與調度端之間的數據通信，其數據傳送格式嚴格按照91CDT規(guī)約編制。

3.2 調度端系統(tǒng)構成

調度端對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視、控制和管理，由工控機、調制解調設備、多路通信接口設備、大屏幕顯示器構成。其系統(tǒng)結構如圖3所示。

圖3 調度端系統(tǒng)結構

圖3中，Modem接收來自載波機的調制信號，同時調度端發(fā)出的命令又可通過Modem調制后送到載波通道，然后送到廠站端。多路通信接口完成多路數字信號與廠站端工控機的數據通信。

3.3 數字通信

廠站端與調度端之間的數據交換是通過數據通道傳送的。目前電力系統(tǒng)有載波通道、微波通道、光纖通道等。對于載波通道和微波通道，需要在通道兩端使用電力系統(tǒng)的專用調制解調器(Modem)。根據筆者的經驗 ，同一通道兩端的Modem應采用同一廠家同一型號的Modem。

4、基本現場總線的調度自動化的優(yōu)點

采用基于現場總線的發(fā)電廠、變電站實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以及由此構成的調度自動化系統(tǒng)，既可避免使用大量電纜將PT、CT二次側電參數傳送至中控室，又可減少線損造成的誤差，提高測量精度，還可取代中控室，使之節(jié)約占地面積與基建投資。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有如下特點：