现场总线在变电站综合自动化系统中的应用

1、引言

为了保护、控制和测量的需要，传统变电站的所有设备如变压器、线路等的二次电压、电流及断路器开关量都必须用大量的控制电缆引到主控室，投资大而且二次回路非常复杂，维护很不方便。传统的变电站自动化系统是按保护、监控、故障记录和其他控制等功能分成若干个相对独立的子系统，每个子系统都有自己的输入和输出设备，造成设施重复，联系复杂，开关量及模拟量采集可靠性差。近年来，随着自动控制、计算机技术、网络、通信技术的飞速发展，当今变电站综合自动化系统已将保护、控制、测量等功能集成在一起，通过网络联系起来，大大节省投资，尤其是自动化设备采用面向对象的微机化产品后，FCS现场总线型自动化系统的应用迎运而生。

2、现场总线控制系统FCS

现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，随着现场总线技术的出现和成熟，促使工业控制系统由集散控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）过渡。现场总线控制系统把各个分散的测量、控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络控制系统，真正实现了“信息集中、控制分散”的全分布式系统。比起传统变电站综合自动化系统和DCS系统，FCS系统大大减少现场敷线数量和相应的工作量，大大减少了现场各种接口的数量和相应的工作量，提供了网络的智能化程度和信息交换速度，提高了系统的可靠性和抗干扰性，其主要优越性表现在以下几个方面：
（1）互操作性好。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，避免了传统系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。
（2）开放性好。现场总线的通讯方式为开放式的互连网络，所有技术和标准是公开的，所有制造商必须新遵循，用户可以自由组成不同制造商的通讯网络，既可与同层网络相连，也可与不同层网络互连，因此现场总线给综合自动化系统带来更大的适应性。
（3）成本降低。传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制区室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。
（4）安装、维护、使用方便。使用现场总线接口技术，无需用很多控制电缆连接各控制单元，只需将各个设备挂在系统总线上，显著减少连接电缆、安装、维护和使用更为方便。
（5）系统配置灵活，可扩展性好。由于现场总线具有开放性、互操作性、互换性、高度集成化等特点，同时有较多冗于接口，其他各种智能化设备和自动化系统可方便而无缝接入系统主站。
（6）智能化与自治性。现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。
（7）全数字化。将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想，但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。

3、现场总线控制系统FCS在变电站综合自动化系统的实现方案与应用。

3．1系统概论

本方案是针对南铝20000t/a铝型材二期技改工程项目10KV变电站综合自动化系统项目提出来的综合自动化方案。该方案按照“面对对象（间隔）”的分层、分布式变电站综合自动化设计理念，对变电站二次系统进行配置组网，即利用目前先进的计算机控制和网络通信技术，采用嵌入式微机系统作为变电站的保护、监测、控制模块，通过现场总线技术，将数据采集到变电站自动化主站，处理打包后通过现有的通信信道上发至调度端。反之，将调度指令通过变电站站端监控系统下发至每一间隔执行。从而实现整个变电站的遥测、遥信、遥控、遥调功能，可实现变电站无人值班。

本方案保护配置均采用微机保护装置，与微机监控系统实现综合自动化管理，系统具有高可靠性，技术先进，扩张性强，升级方便。微机保护装置全部就地安装在高压开关柜上，该系统同时具有手动和自动两种功能，能同时进行相互切换；10K变电站设一套微机综合自动化系统，微机自动化系统采用面向对象的分布式一体化结构，遵循开放系统的原则，采用分层分布结构，良好的人机界面、良好的开放性，具有多种通讯接口，能够实现资源的最大化共享，为供电系统的安全、经济运行提供了可靠保证。

3．2系统结构

该项目整个系统分为三部分：主控层、通讯层和间隔层。主控层为电气设备监视、测量、控制、管理的中心，通过高速以太网与通讯层通讯管理机相连。通讯层通过采用基于CAN网络的 .aspx" title="现场总线" style="text-decoration:underline;color:blue">现场总线型技术和分散在各个开关柜的保护测控装置通讯。间隔层有独立完成保护测控的功能，在主控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成监测、保护和断路器控制功能。该系统组态灵活，具有较好的可维修性和可扩展性，并可以有效防止由于各类计算机病毒侵害造成系统内存数据丢失或系统损坏。