張慷煥

摘 要 本文首先對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)常見的通訊形式進(jìn)行分析，其次就總線型通訊系統(tǒng)各種方案予以比較，最后提出了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)常用的通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方式。

【關(guān)鍵詞】變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 通訊系統(tǒng) 總線型通訊系統(tǒng)通訊方式

數(shù)據(jù)通信在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中具有極其重要的作用，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備快速實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、高可靠性和優(yōu)良的電磁兼容性能。以下將根據(jù)變電站的特殊環(huán)境和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求對(duì)通訊形式的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1 各種結(jié)構(gòu)的通訊形式分析

通訊系統(tǒng)常見的結(jié)構(gòu)形式有星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和總線形結(jié)構(gòu)。

1.1 星形結(jié)構(gòu)

屬于中央控制形，多臺(tái)計(jì)算機(jī)與一臺(tái)主機(jī)相連，主機(jī)執(zhí)行集中式通信控制策略，任意兩節(jié)點(diǎn)間由主機(jī)建立通信傳輸路徑。

優(yōu)點(diǎn)：單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障只影響一個(gè)設(shè)備，不影響全網(wǎng)；控制方式和訪問協(xié)議簡單；容易檢測(cè)和隔離故障，可方便的將故障節(jié)點(diǎn)從系統(tǒng)中刪除。

缺點(diǎn)：當(dāng)主機(jī)故障時(shí)整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓；如果通信量較多、速度要求高時(shí)，主機(jī)將成為瓶頸，若采用雙機(jī)冗余提高可靠性，則系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本將會(huì)增加。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)采用循環(huán)式規(guī)約的電力系統(tǒng)，調(diào)度端與各廠站的通信通常采用星形結(jié)構(gòu)。

1.2 環(huán)形結(jié)構(gòu)

由中繼器組成，通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的閉合環(huán)形成局域網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)站點(diǎn)都通過一個(gè)中繼器連接到網(wǎng)絡(luò)上，每個(gè)中繼器都與兩條鏈路相連。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有控制發(fā)送和接收的訪問邏輯。分組發(fā)送數(shù)據(jù)。常用的傳輸介質(zhì)是雙絞線，也可以采用同軸電纜和光纖。

優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度高；同一個(gè)環(huán)上的不同節(jié)點(diǎn)間可用不同的介質(zhì)連接；傳輸速率也可不同。

缺點(diǎn)：可靠性差，某個(gè)結(jié)點(diǎn)故障會(huì)阻塞信息通路，引起子網(wǎng)故障；因某一節(jié)點(diǎn)故障會(huì)使全網(wǎng)不工作，難以診斷故障，需對(duì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)；不易重新配置網(wǎng)絡(luò)。

1.3 總線形結(jié)構(gòu)

通過一條公用的主干鏈路連接所有站點(diǎn)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通過總線直接通信，而且任何時(shí)刻只允許兩個(gè)站點(diǎn)間通信。此結(jié)構(gòu)具有速度快，延遲和開銷小的特點(diǎn)。通信介質(zhì)一般使用雙絞線或同軸電纜。常見的應(yīng)用形式有：

（1）RS-422/485；

（2）采用局部控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中等速度的總線連接；

（3）采用標(biāo)準(zhǔn)LAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)分部式連接。

優(yōu)點(diǎn)：電纜長度短，容易布線；結(jié)構(gòu)簡單，比較可靠；易于擴(kuò)展。

缺點(diǎn)：故障診斷和故障隔離困難；接在總線上的站點(diǎn)要有介質(zhì)訪問控制功能。

綜上所述，總線網(wǎng)具有擴(kuò)展靈活，簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)一般采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2總線型通信系統(tǒng)各種方案比較

2.1 RS-422/485低速總線

較早用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，主要特點(diǎn)有：易于實(shí)現(xiàn)，成本低；其傳達(dá)通信率的實(shí)時(shí)性對(duì)較小規(guī)模系統(tǒng)能夠得到保證，但是對(duì)于規(guī)模較大的系統(tǒng)則難以保證，而且系統(tǒng)性能隨規(guī)模增加急劇下降；由于抗干擾性較差，一般只適用在控制室內(nèi)部使用，而對(duì)于開關(guān)室則不能使用。一般為主從結(jié)構(gòu)，各I/O單元之間的通信通過站級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行。

2.2 采用局部控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)總線

LAN通常要比廣域網(wǎng)（WAN）具有高的多的傳輸速率，目前LAN的傳輸速率為10Mb/s，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度適中，此外其高抗干擾性能、高可靠性、易擴(kuò)縮和易于管理及安全等多種特性，能夠滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的需要。在變電站中得到應(yīng)用的主要是LonWorks和CAN。

CANBUS采用無主的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)候都可以主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。它將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)的退出總線發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突時(shí)間，而且能夠?qū)崿F(xiàn)長距離高速率發(fā)送。但是由于需要網(wǎng)絡(luò)同步，因此對(duì)多介質(zhì)情況不適用，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信繁忙時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)可能長時(shí)間不能發(fā)送信息，因此僅適用于節(jié)點(diǎn)少的網(wǎng)絡(luò)。

LonWorks技術(shù)是1990年推出的一種先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，技術(shù)核心為神經(jīng)元芯片、收發(fā)器和LonTalk通訊協(xié)議。神經(jīng)元芯片包含MAC處理器，網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器，可以直接或通過收發(fā)器組成控制網(wǎng)絡(luò)。通信協(xié)議TonTalk支持OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的七層協(xié)議，直接面向?qū)ο螅晟频腖onTalk協(xié)議保證了通訊的可靠性及實(shí)時(shí)性。節(jié)點(diǎn)收發(fā)器有不同的類型，可以支持不同的通訊介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖等。具有支持低速率網(wǎng)絡(luò)，在重載下保持網(wǎng)絡(luò)性能，支持大型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 基于LAN的技術(shù)方案

LAN具有現(xiàn)場總線技術(shù)的一切特點(diǎn)，實(shí)時(shí)性好，可靠性高，為電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了卓越的控制網(wǎng)絡(luò)，因此在變電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

開放性：一般按照ISO的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型設(shè)計(jì)，即使不同公司的產(chǎn)品，只要符合LonMark標(biāo)準(zhǔn)均可在同一網(wǎng)絡(luò)上協(xié)調(diào)工作。兼容性好，可以方便的把不同廠家的設(shè)備連接起來，增加了客戶產(chǎn)品選型的可能性，給客戶帶來很大的主動(dòng)權(quán)，并且可以按照標(biāo)準(zhǔn)，方便的進(jìn)行二次開發(fā)。

靈活性：采用雙絞線作通訊介質(zhì)時(shí)，可構(gòu)成星型、環(huán)形以及自由拓?fù)涞染W(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)配置靈活，允許方便地改變或修改系統(tǒng)，并且具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。

此外、適合在各種惡劣的環(huán)境條件下使用，具備極強(qiáng)的抗干擾能力。

2.4 以太網(wǎng)通信方式

以太網(wǎng)是當(dāng)今局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。具有效率高、標(biāo)準(zhǔn)化程度好等特點(diǎn)，對(duì)于高速通信優(yōu)選光纖以太網(wǎng)。

采用總線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靠性高，實(shí)時(shí)性好，增、減節(jié)點(diǎn)方便；傳輸速率可達(dá)到10-100MBPS；硬件上有許多以太網(wǎng)控制芯片，軟件上有windows，Unix等均支持以太網(wǎng)。

3 結(jié)論

變電站綜合自動(dòng)化的通信系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、易擴(kuò)展和擴(kuò)容等要求，并且應(yīng)采用通用性和符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。因此，根據(jù)對(duì)通訊形式的各種結(jié)構(gòu)分析，變電站通信網(wǎng)絡(luò)一般采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在通信技術(shù)上考慮可擴(kuò)展性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性等方面，以太網(wǎng)具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林省吉林市 132002