現(xiàn)場總線在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

為了保護(hù)、控制和測量的需要，傳統(tǒng)變電站的所有設(shè)備如變壓器、線路等的二次電壓、電流及斷路器開關(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(fù)雜，維護(hù)很不方便。傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是按保護(hù)、監(jiān)控、故障記錄和其他控制等功能分成若干個(gè)相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有自己的輸入和輸出設(shè)備，造成設(shè)施重復(fù)，聯(lián)系復(fù)雜，開關(guān)量及模擬量采集可靠性差。近年來，隨著自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已將保護(hù)、控制、測量等功能集成在一起，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，大大節(jié)省投資，尤其是自動(dòng)化設(shè)備采用面向?qū)ο蟮奈C(jī)化產(chǎn)品后，F(xiàn)CS現(xiàn)場總線型自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用迎運(yùn)而生。

2、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，促使工業(yè)控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）過渡?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)把各個(gè)分散的測量、控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場總線為紐帶，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(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了“信息集中、控制分散”的全分布式系統(tǒng)。比起傳統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)，F(xiàn)CS系統(tǒng)大大減少現(xiàn)場敷線數(shù)量和相應(yīng)的工作量，大大減少了現(xiàn)場各種接口的數(shù)量和相應(yīng)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(tǒng)的可靠性和抗干擾性，其主要優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）互操作性好?，F(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)保證不同廠家的產(chǎn)品可以互操作，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競爭，降低了控制系統(tǒng)的成本。
（2）開放性好?，F(xiàn)場總線的通訊方式為開放式的互連網(wǎng)絡(luò)，所有技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是公開的，所有制造商必須新遵循，用戶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(xiàn)場總線給綜合自動(dòng)化系統(tǒng)帶來更大的適應(yīng)性。
（3）成本降低。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個(gè)儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線架。而在FCS系統(tǒng)中多臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備可串行連接在一條總線上，這樣只需極少的線進(jìn)入中央控制區(qū)室，大量節(jié)省了布線費(fèi)用，同時(shí)也降低了中央控制室的造價(jià)。
（4）安裝、維護(hù)、使用方便。使用現(xiàn)場總線接口技術(shù)，無需用很多控制電纜連接各控制單元，只需將各個(gè)設(shè)備掛在系統(tǒng)總線上，顯著減少連接電纜、安裝、維護(hù)和使用更為方便。
（5）系統(tǒng)配置靈活，可擴(kuò)展性好。由于現(xiàn)場總線具有開放性、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(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)可方便而無縫接入系統(tǒng)主站。
（6）智能化與自治性?，F(xiàn)場總線設(shè)備能處理各種參數(shù)、運(yùn)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(dú)立工作，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。
（7）全數(shù)字化。將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合一直是工業(yè)界夢寐以求的理想，但只有在FCS出現(xiàn)以后這種理想才有可能高效、低成本地實(shí)現(xiàn)。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(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接。此外，數(shù)字化信號固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統(tǒng)的可靠性。

3、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案與應(yīng)用。

3．1系統(tǒng)概論

本方案是針對南鋁20000t/a鋁型材二期技改工程項(xiàng)目10KV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目提出來的綜合自動(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(shè)計(jì)理念，對變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行配置組網(wǎng)，即利用目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)作為變電站的保護(hù)、監(jiān)測、控制模塊，通過現(xiàn)場總線技術(shù)，將數(shù)據(jù)采集到變電站自動(dòng)化主站，處理打包后通過現(xiàn)有的通信信道上發(fā)至調(diào)度端。反之，將調(diào)度指令通過變電站站端監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)至每一間隔執(zhí)行。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，可實(shí)現(xiàn)變電站無人值班。

本方案保護(hù)配置均采用微機(jī)保護(hù)裝置，與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化管理，系統(tǒng)具有高可靠性，技術(shù)先進(jìn)，擴(kuò)張性強(qiáng)，升級方便。微機(jī)保護(hù)裝置全部就地安裝在高壓開關(guān)柜上，該系統(tǒng)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(shè)一套微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆植际揭惑w化結(jié)構(gòu)，遵循開放系統(tǒng)的原則，采用分層分布結(jié)構(gòu)，良好的人機(jī)界面、良好的開放性，具有多種通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大化共享，為供電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠保證。

3．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目整個(gè)系統(tǒng)分為三部分：主控層、通訊層和間隔層。主控層為電氣設(shè)備監(jiān)視、測量、控制、管理的中心，通過高速以太網(wǎng)與通訊層通訊管理機(jī)相連。通訊層通過采用基于CAN網(wǎng)絡(luò)的 .aspx" title="現(xiàn)場總線" style="text-decoration:underline;color:blue">現(xiàn)場總線型技術(shù)和分散在各個(gè)開關(guān)柜的保護(hù)測控裝置通訊。間隔層有獨(dú)立完成保護(hù)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(dú)立完成監(jiān)測、保護(hù)和斷路器控制功能。該系統(tǒng)組態(tài)靈活，具有較好的可維修性和可擴(kuò)展性，并可以有效防止由于各類計(jì)算機(jī)病毒侵害造成系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)損壞。