現(xiàn)場總線技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李國平 樂昌市中建材水泥有限公司

1 現(xiàn)場總線概述

現(xiàn)場總線最突出的特點是標準化、開放化、成本低、數(shù)字化、互操作性好和控制分散，它通常處于控制設(shè)備和生產(chǎn)區(qū)域之間，承擔(dān)著多點通信、信號數(shù)字化和串行傳輸?shù)热蝿?wù)。現(xiàn)場總線的標準化和開放性體現(xiàn)在它既可與異層網(wǎng)絡(luò)相連，又可與本層網(wǎng)絡(luò)相連，既可與同一廠商的設(shè)備相連，又可與不同廠商的設(shè)備相連，使控制系統(tǒng)的軟硬件配置可以更加靈活。由于采用了總線傳輸，并接入了現(xiàn)代化智能儀表，擁有現(xiàn)場總線的工業(yè)控制系統(tǒng)可以節(jié)省許多傳統(tǒng)通信線路的端子和線纜，使系統(tǒng)更加簡潔?，F(xiàn)場總線技術(shù)的全數(shù)字化通信特點特別適用于糾錯和信息防撞的設(shè)計，進一步提高多點雙向通信的可靠性。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)實施數(shù)據(jù)通信

國際中應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)標準為Profibus，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中廣泛適用。Profibus通過三個模塊組成，每一模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能。其中的Profibus-DP模塊能夠?qū)崿F(xiàn)高效生產(chǎn)，并建立較低成本的控制系統(tǒng)，且可以應(yīng)用在分散式I/O通信的總線方面。該技術(shù)利用雙絞屏蔽線作為媒介，對傳統(tǒng)設(shè)備具有支持作用。多數(shù)工業(yè)設(shè)備都使用Modbus協(xié)議作為不同設(shè)備的通信標準，比如ABB系統(tǒng)保護器、智能儀表、測控模塊等。應(yīng)用Modbus能夠使不同廠商控制設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)連接，對設(shè)備運行狀態(tài)測定。二期變電系統(tǒng)需對開關(guān)柜斷路器狀態(tài)、電流及電壓具體參數(shù)讀取至保護器中，且能夠發(fā)布到前端機中，實現(xiàn)實時控制。前端機對應(yīng)的不同保護模塊間利用RS-485及光纖連接。主機等設(shè)備共同共建以太網(wǎng)，用以實現(xiàn)信息傳遞。最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議間的轉(zhuǎn)變，使現(xiàn)場總線及工業(yè)自動化相結(jié)合，保障信息傳輸時效性、動態(tài)化。低壓配電中Modbus會用到以下功能碼，見下表：

圖1

3 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于供配電系統(tǒng)

現(xiàn)場總線技術(shù)在智能配電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，能夠建立三個監(jiān)控層，分別為現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊、監(jiān)控管理。其中現(xiàn)場設(shè)備層主要對設(shè)備進行監(jiān)督，網(wǎng)絡(luò)通訊層對網(wǎng)絡(luò)傳遞情況進行監(jiān)督，監(jiān)控管理層主要負責(zé)整個系統(tǒng)運行的管理?，F(xiàn)場設(shè)備層具體包括了智能斷路器以及馬達控制器等相關(guān)組件。上述設(shè)備多被應(yīng)用在電壓等級、開關(guān)方式及接線方式，結(jié)合設(shè)備對應(yīng)分布安裝在開關(guān)柜內(nèi)，且與開關(guān)以及變壓器等具體設(shè)備進行關(guān)聯(lián)，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集、傳送以及控制（見圖1）。網(wǎng)絡(luò)通信層會涉及到不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些協(xié)議對產(chǎn)品的銜接標準進行界定，保障通信功能正常發(fā)揮。現(xiàn)場設(shè)備層則是對監(jiān)控層所反饋的信息進行交換，使配電系統(tǒng)中監(jiān)控的回路增加、信息容納量大、通信協(xié)議不統(tǒng)一問題解決，總線存在的不兼容狀態(tài)剔除。變電站中配電信息函數(shù)、參數(shù)應(yīng)當(dāng)做好保護，數(shù)據(jù)處理后。傳遞至控制室中，ESD監(jiān)控系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)收集，并將系統(tǒng)命令傳達于繼電保護器及控制設(shè)備中。

圖1

3.1 數(shù)據(jù)采集

2#前端機自1#電容器信息采集為本次研究對象，在通信設(shè)備中設(shè)三個裝置，通道中對應(yīng)三個地址。對應(yīng)的開關(guān)柜分別是6KV母聯(lián)、1#電容器、1#所用變。假設(shè)當(dāng)2#前端機需將2#保護單元不同開關(guān)量數(shù)據(jù)完成讀取之后，此時前端機保護單元形成報告，并返回到I/O卡中，形成相應(yīng)的報文（OA）。如圖2

圖2

3.2 前端機、主機通訊運用

前端機將報文接收后，經(jīng)過檢測并未發(fā)現(xiàn)錯誤，則可形成實時更新的遙信表。將上述信息數(shù)據(jù)保存于P5.2.n（n=0/1/2....13）行中，p5.2.n所處行具備序號對應(yīng)。序號在2#前端機中所具備的報表是唯一的。2#前端機將數(shù)據(jù)收集后，根據(jù)特定規(guī)律將信息打包。并將打包的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C中，主機會對數(shù)據(jù)進行分解。遙信表中存在2#相同的序號，將需要與數(shù)據(jù)相對應(yīng)便能夠完成實時報表建設(shè)。遙測原理及遙信原理基本并無差異，主機將信息接收后，所測定數(shù)值會顯示在報警裝置中，其內(nèi)容根據(jù)ABB產(chǎn)品特性。實際工作過程中，應(yīng)當(dāng)能建立協(xié)議功能模塊，前端機模塊協(xié)議內(nèi)容及數(shù)據(jù)讀取，將更新前段的數(shù)據(jù)、報表更新，將后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C中。主機將數(shù)據(jù)包解析。利用遙信表中2#前端機類似序列號，對序號進行數(shù)據(jù)及遙信表銜接，使遙信表能夠做到實時更新。上述應(yīng)用方式大多應(yīng)用在ABB系列產(chǎn)品中，不具相應(yīng)協(xié)議的智能模塊，前端機及模塊間需根據(jù)協(xié)議開展工作。將前端上遙信及遙測表更新，將后續(xù)數(shù)據(jù)上傳于主機中?，F(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)電力自動化應(yīng)用，主要是利用電力分配調(diào)度功能。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需通過電纜，實現(xiàn)參數(shù)傳輸，這種信息傳遞方式不具時效性，并且測試精確度無法保障，使測試精度成為需面對的問題。此方式還需人工值班，造成人力浪費。而現(xiàn)場總線技術(shù)自帶Lonworks技術(shù)，能夠在監(jiān)控方面起到良好效果。

結(jié)束語：隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展及其越來越多的應(yīng)用，現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設(shè)計、調(diào)試、組態(tài)、維護、管理等方面的技術(shù)也將越來越成熟，相應(yīng)產(chǎn)品也將越來越穩(wěn)定。這也為變配電系統(tǒng)的運行與維護帶來更多便利。利用現(xiàn)場總線技術(shù)形成的變配電系統(tǒng)，不僅節(jié)省設(shè)備投資，而且利于儀表電氣管理。變配電監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)裝置要求靈活配置，滿足各種企業(yè)安全可靠、經(jīng)濟高效的配電系統(tǒng)的需要。