WorldFIP現(xiàn)場總線在智能模塊化變電所的應(yīng)用

1 引言

微機化分散式變電所自動化系統(tǒng)所具有的自動化程度高、組態(tài)靈活、運行可靠、占地少、投資省、設(shè)計維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點已成為業(yè)內(nèi)的共識。在變電所自動化技術(shù)的發(fā)展中，除了單片機技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)技術(shù)的成熟等因素外，現(xiàn)場總線技術(shù)的興起和普及起到了極為重要的作用?？梢哉f以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字測量控制系統(tǒng)是21世紀(jì)自動化控制系統(tǒng)的主流，其中當(dāng)然也包括電力系統(tǒng)的變電所自動化系統(tǒng)。正是由于傳輸高效、通訊可靠、接口靈活的現(xiàn)場總線對傳統(tǒng)串行通訊方式(如RS232/RS485)的改進(jìn)，為信息繁雜、組態(tài)靈活、運行高速的分散式變電所自動化系統(tǒng)提供了通訊上的保證。同時，選擇不同的通訊方式、選擇不同的現(xiàn)場總線也相應(yīng)決定了整個變電所自動化系統(tǒng)的不同特點。

2 通訊方式比較

目前，現(xiàn)場總線種類繁多，國際上各大集團(tuán)出于對現(xiàn)有市場利益的追逐，統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能出臺。2000年IEC1158國際標(biāo)準(zhǔn)中將FF的H1，F(xiàn)RHSE、Profibus,Interbus,P-net,Wordfip,ControlNet,Smift-Net等8種總線均列入國際標(biāo)準(zhǔn)，形成多種總線共同競爭的局面。

國內(nèi)不同的自動化廠家出于不同的設(shè)計側(cè)重點，總線的選用也不一致，雖然這些總線均以國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)的模型為考慮基礎(chǔ)，支持多種通信介質(zhì)，但由于總線類型、具體協(xié)議各不相同，總線的選擇也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

通過對目前國內(nèi)使用較多的通訊方式的比較，參見表1，并針對智能模塊化變電所自動化系統(tǒng)的實際通訊需要，筆者認(rèn)為WorldFIP現(xiàn)場總線是一種較為理想的現(xiàn)場總線。

3 WorldFIP現(xiàn)場總線的應(yīng)用

WorldFIP現(xiàn)場總線組織于1987年成立，其前期產(chǎn)品是法國的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)，后采納現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IECT158-2成為WorldFIP。1994年，WorldFIP的北美部分與ISP合并成立FF(FieldBusFoundation)，歐洲部分WorldFIP仍保持獨立，但可與FF通訊連接。目前WorldFIP組織有包括一些世界著名大公司在內(nèi)的100多個成員，如阿爾斯通、施耐德、霍尼韋爾等。1999年6月，中國WorldFIP技術(shù)推廣中心在北京成立，因此WorldFIP在我國應(yīng)有較好的應(yīng)用前景。

WorldFIP選擇OSI中的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，具有高速性、實時性、同步性、可靠性、安全性等特點，能較好的滿足智能模塊之間的通訊要求。

WorldFIP的傳輸速率可達(dá)到31.25kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s，通訊介質(zhì)為工業(yè)級屏蔽雙絞線，利用光纖通訊速率可達(dá)到5Mbit。

每個網(wǎng)段可包含64個節(jié)點末端距離可達(dá)1km，通過中繼器，可連接多至4個網(wǎng)段。這樣的物理層設(shè)計完全可以滿足變電所自動化系統(tǒng)內(nèi)智能模塊間通訊的要求。

WorldFIP的鏈路層與Ethernet網(wǎng)類似，使用曼徹斯特碼傳輸。但WorldFIP在介質(zhì)訪問控制方式上沒有使用Ethernet網(wǎng)及CAN網(wǎng)等通訊方式所采用的CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)技術(shù)，而是采用令牌訪問方式。WorldFIP網(wǎng)絡(luò)由仲裁器和若干用戶站組成。以WorldFIP特有的"信息生產(chǎn)者"/"信息使用?quot;模式為核心實現(xiàn)通訊調(diào)度和數(shù)據(jù)交換，這種方式較好地滿足了智能模塊化設(shè)計的通訊要求。

智能模塊化變電所自動化系統(tǒng)中的"模塊"是指一組具備一定基本功能(如交流量測量、開關(guān)量測量、開關(guān)控制等)、具有統(tǒng)一通訊接口的智能模塊，它是"組裝"上一級功能單元或子系統(tǒng)的"基石"，因此它們之間的通訊可按其功能、時效分為幾類標(biāo)準(zhǔn)通訊方式。有些信息要求周期性同步掃描，以供各模塊實時，可靠的共享；有些信息屬突發(fā)事件但要求及時上送。WorldFIP總線較好地滿足這樣的要求。