現場總線在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應用

1、引言

為了保護、控制和測量的需要，傳統(tǒng)變電站的所有設備如變壓器、線路等的二次電壓、電流及斷路器開關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(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)是按保護、監(jiān)控、故障記錄和其他控制等功能分成若干個相對獨立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都有自己的輸入和輸出設備，造成設施重復，聯(lián)系復雜，開關量及模擬量采集可靠性差。近年來，隨著自動控制、計算機技術、網絡、通信技術的飛速發(fā)展，當今變電站綜合自動化系統(tǒng)已將保護、控制、測量等功能集成在一起，通過網絡聯(lián)系起來，大大節(jié)省投資，尤其是自動化設備采用面向對象的微機化產品后，FCS現場總線型自動化系統(tǒng)的應用迎運而生。

2、現場總線控制系統(tǒng)FCS

現場總線是連接現場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數字式、多節(jié)點通信網絡，它的關鍵標志是能支持雙向多節(jié)點、總線式的全數字通訊，隨著現場總線技術的出現和成熟，促使工業(yè)控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（DCS）向現場總線控制系統(tǒng)（FCS）過渡。現場總線控制系統(tǒng)把各個分散的測量、控制設備變成網絡節(jié)點，以現場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息，共同完成控制任務的網絡控制系統(tǒng)，真正實現了“信息集中、控制分散”的全分布式系統(tǒng)。比起傳統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)，FCS系統(tǒng)大大減少現場敷線數量和相應的工作量，大大減少了現場各種接口的數量和相應的工作量，提供了網絡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)越性表現在以下幾個方面：
（1）互操作性好?，F場總線標準保證不同廠家的產品可以互操作，避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產品限制，促進了有效的競爭，降低了控制系統(tǒng)的成本。
（2）開放性好?，F場總線的通訊方式為開放式的互連網絡，所有技術和標準是公開的，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絡，既可與同層網絡相連，也可與不同層網絡互連，因此現場總線給綜合自動化系統(tǒng)帶來更大的適應性。
（3）成本降低。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個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大配線架。而在FCS系統(tǒng)中多臺現場設備可串行連接在一條總線上，這樣只需極少的線進入中央控制區(qū)室，大量節(jié)省了布線費用，同時也降低了中央控制室的造價。
（4）安裝、維護、使用方便。使用現場總線接口技術，無需用很多控制電纜連接各控制單元，只需將各個設備掛在系統(tǒng)總線上，顯著減少連接電纜、安裝、維護和使用更為方便。
（5）系統(tǒng)配置靈活，可擴展性好。由于現場總線具有開放性、互操作性、互換性、高度集成化等特點，同時有較多冗于接口，其他各種智能化設備和自動化系統(tǒng)可方便而無縫接入系統(tǒng)主站。
（6）智能化與自治性?，F場總線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、甚至網絡故障的情況下獨立工作，大大提高了整個控制系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。
（7）全數字化。將企業(yè)管理與生產自動化有機結合一直是工業(yè)界夢寐以求的理想，但只有在FCS出現以后這種理想才有可能高效、低成本地實現。在采用FCS的企業(yè)中，用于生產管理的局域網能夠與用于自動控制的現場總線網絡緊密銜接。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(tǒng)的可靠性。

3、現場總線控制系統(tǒng)FCS在變電站綜合自動化系統(tǒng)的實現方案與應用。

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目10KV變電站綜合自動化系統(tǒng)項目提出來的綜合自動化方案。該方案按照“面對對象（間隔）”的分層、分布式變電站綜合自動化設計理念，對變電站二次系統(tǒng)進行配置組網，即利用目前先進的計算機控制和網絡通信技術，采用嵌入式微機系統(tǒng)作為變電站的保護、監(jiān)測、控制模塊，通過現場總線技術，將數據采集到變電站自動化主站，處理打包后通過現有的通信信道上發(fā)至調度端。反之，將調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。從而實現整個變電站的遙測、遙信、遙控、遙調功能，可實現變電站無人值班。

本方案保護配置均采用微機保護裝置，與微機監(jiān)控系統(tǒng)實現綜合自動化管理，系統(tǒng)具有高可靠性，技術先進，擴張性強，升級方便。微機保護裝置全部就地安裝在高壓開關柜上，該系統(tǒng)同時具有手動和自動兩種功能，能同時進行相互切換；10K變電站設一套微機綜合自動化系統(tǒng)，微機自動化系統(tǒng)采用面向對象的分布式一體化結構，遵循開放系統(tǒng)的原則，采用分層分布結構，良好的人機界面、良好的開放性，具有多種通訊接口，能夠實現資源的最大化共享，為供電系統(tǒng)的安全、經濟運行提供了可靠保證。

3．2系統(tǒng)結構

該項目整個系統(tǒng)分為三部分：主控層、通訊層和間隔層。主控層為電氣設備監(jiān)視、測量、控制、管理的中心，通過高速以太網與通訊層通訊管理機相連。通訊層通過采用基于CAN網絡的 .aspx" title="現場總線" style="text-decoration:underline;color:blue">現場總線型技術和分散在各個開關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，在主控層及網絡失效的情況下，間隔層仍能獨立完成監(jiān)測、保護和斷路器控制功能。該系統(tǒng)組態(tài)靈活，具有較好的可維修性和可擴展性，并可以有效防止由于各類計算機病毒侵害造成系統(tǒng)內存數據丟失或系統(tǒng)損壞。