張慷煥

摘 要 本文首先對變電站綜合自動化系統(tǒng)常見的通訊形式進行分析，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化系統(tǒng)常用的通訊系統(tǒng)結(jié)構及方式。

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

數(shù)據(jù)通信在綜合自動化系統(tǒng)中具有極其重要的作用，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡應具備快速實時響應能力、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)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求對通訊形式的各種結(jié)構進行分析。

1 各種結(jié)構的通訊形式分析

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

1.1 星形結(jié)構

屬于中央控制形，多臺計算機與一臺主機相連，主機執(zhí)行集中式通信控制策略，任意兩節(jié)點間由主機建立通信傳輸路徑。

優(yōu)點：單個節(jié)點故障只影響一個設備，不影響全網(wǎng)；控制方式和訪問協(xié)議簡單；容易檢測和隔離故障，可方便的將故障節(jié)點從系統(tǒng)中刪除。

缺點：當主機故障時整個系統(tǒng)就會癱瘓；如果通信量較多、速度要求高時，主機將成為瓶頸，若采用雙機冗余提高可靠性，則系統(tǒng)的復雜程度和成本將會增加。

遠動系統(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。

1.2 環(huán)形結(jié)構

由中繼器組成，通過點到點鏈路的閉合環(huán)形成局域網(wǎng)絡，每個站點都通過一個中繼器連接到網(wǎng)絡上，每個中繼器都與兩條鏈路相連。每個結(jié)點都有控制發(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：傳輸速度高；同一個環(huán)上的不同節(jié)點間可用不同的介質(zhì)連接；傳輸速率也可不同。

缺點：可靠性差，某個結(jié)點故障會阻塞信息通路，引起子網(wǎng)故障；因某一節(jié)點故障會使全網(wǎng)不工作，難以診斷故障，需對每個結(jié)點進行檢測；不易重新配置網(wǎng)絡。

1.3 總線形結(jié)構

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

（1）RS-422/485；

（2）采用局部控制網(wǎng)絡實現(xiàn)中等速度的總線連接；

（3）采用標準LAN技術實現(xiàn)分部式連接。

優(yōu)點：電纜長度短，容易布線；結(jié)構簡單，比較可靠；易于擴展。

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

綜上所述，總線網(wǎng)具有擴展靈活，簡單可靠的優(yōu)點，因此變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡一般采用總線拓撲結(jié)構

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化系統(tǒng)，主要特點有：易于實現(xiàn)，成本低；其傳達通信率的實時性對較小規(guī)模系統(tǒng)能夠得到保證，但是對于規(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，而對于開關室則不能使用。一般為主從結(jié)構，各I/O單元之間的通信通過站級計算機進行。

2.2 采用局部控制網(wǎng)絡實現(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)絡傳輸速度適中，此外其高抗干擾性能、高可靠性、易擴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。在變電站中得到應用的主要是LonWorks和CAN。

CANBUS采用無主的結(jié)構，網(wǎng)絡上的任一節(jié)點在任何時候都可以主動地向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息。它將網(wǎng)絡上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動的退出總線發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(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)絡同步，因此對多介質(zhì)情況不適用，當網(wǎng)絡通信繁忙時，優(yōu)先級低的節(jié)點可能長時間不能發(fā)送信息，因此僅適用于節(jié)點少的網(wǎng)絡。

LonWorks技術是1990年推出的一種先進的現(xiàn)場總線技術，技術核心為神經(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)絡處理器和應用處理器，可以直接或通過收發(fā)器組成控制網(wǎng)絡。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時性。節(jié)點收發(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，在重載下保持網(wǎng)絡性能，支持大型網(wǎng)絡的優(yōu)點。

2.3 基于LAN的技術方案

LAN具有現(xiàn)場總線技術的一切特點，實時性好，可靠性高，為電力系統(tǒng)等領域的應用提供了卓越的控制網(wǎng)絡，因此在變電綜合自動化系統(tǒng)中得到廣泛應用。

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

靈活性：采用雙絞線作通訊介質(zhì)時，可構成星型、環(huán)形以及自由拓撲等網(wǎng)絡，系統(tǒng)配置靈活，允許方便地改變或修改系統(tǒng)，并且具有強大的擴展能力。

此外、適合在各種惡劣的環(huán)境條件下使用，具備極強的抗干擾能力。

2.4 以太網(wǎng)通信方式

以太網(wǎng)是當今局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。具有效率高、標準化程度好等特點，對于高速通信優(yōu)選光纖以太網(wǎng)。

采用總線形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，可靠性高，實時性好，增、減節(jié)點方便；傳輸速率可達到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

變電站綜合自動化的通信系統(tǒng)應具有可靠性高、實時性強、易擴展和擴容等要求，并且應采用通用性和符合國際標準的網(wǎng)絡技術。因此，根據(jù)對通訊形式的各種結(jié)構分析，變電站通信網(wǎng)絡一般采用總線拓撲結(jié)構。在通信技術上考慮可擴展性，可靠性，經(jīng)濟性等方面，以太網(wǎng)具有壓倒性的優(yōu)勢。

參考文獻

[1]魏恩偉.基于現(xiàn)場總線的變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].工控智能化，2004，22（8）：14-17.

[2]羅公亮.以太網(wǎng)技術的最新發(fā)展[J].冶金自動化，2002，6（26）：23-27.

作者單位

中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林省吉林市 132002