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   以現場總線為基礎的全數字測量控制系統是21世紀變電站自動化控制系統的主流。微機化分散式變電所自動化系統所具有的自動化程度高、組態靈活、運行可靠、占地少、投資省、設計維護簡單等諸多優點已成為業內的共識。正是由于傳輸高效、通訊可靠、接口靈活的現場總線為信息繁雜、組態靈活、運行高速的分散式變電所自動化系統提供了通訊上的保證。同時，選擇不同的通訊方式、選擇不同的現場總線也相應決定了整個變電所自動化系統的不同特點。

    在我局綜自站現場總線中，主要有3種類型：1、許繼的Lonworks總線；2、南瑞繼保公司測控網采用的WorldFip總線；3、以太網。

　　國內不同的自動化廠家出于不同的設計側重點，總線的選用也不一致，雖然這些總線均以國際標準化組織(ISO)的開放系統互聯(OSI)的模型為考慮基礎，支持多種通信介質，但由于總線類型、具體協議各不相同，總線的選擇也無統一標準。

2.1 Lonworks現場總線

2.1.1 Longworks技術特點

   Lonworks技術的基本部件是同時具有通訊與控制功能的Neuron芯片。芯片內部有三個中央處理器和RAM、ROM、EEPROM、計數器以及操作系統。

以許繼電氣CSL160B線路保護裝置MMI插件為例，三個處理單元的神經元芯片（Neuron芯片）——一個用于鏈路層的控制，一個用于網絡層的控制，另一個用于用戶的應用程序，還包含11個I／O口，這樣在一個神經元芯片上就能完成網絡控制功能。

Lonwoks所采用的通訊協議為LonTalk協議，Lontalk協議遵循由國際標準化組織（ISO）定義的開放系統互聯模型（OSI），該協議提供了了OSI參考模型所定義的全部七層服務。

     網絡通信采用面向對象的設計方法，“在負載較輕時使介質訪問延遲最小，而在負載較重時使沖突的可能性最小。”

2.1.2 通訊介質及網絡拓撲結構

    LonWorks控制網絡技術不受通訊介質的限制。可使用通訊介質類型較多：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等，并且各種通訊介質能夠在同一網絡中混合使用。在我局LonWorks綜自站中，通訊介質均采用雙絞線。網絡拓撲形式多樣，用戶可選擇任意形式的網絡拓撲結構，網絡規模可大可小。

在我局LonWorks綜自站中，通訊介質均采用雙絞線，網絡形式為總線型。

[圖1 Lon網變電站網絡結構圖]

 

2.1.3 LongWorks現場總線特點

     LonWorks現場總線在保證可靠、安全通信的基礎上還具有報文短小（必須）、高度分散化、體積小、成本低的特點。此外，LonWorks還具有以下特點：

    1、Lon主要用于設備間相互通訊，而不是用于計算機之間通訊、

    2、Lon無需中央處理器、服務器，即可實現個個節點間的相互通訊。

    3、lon傳輸速率較低（雙絞線，78 kbps），適宜于數據較小的檢測信息、狀態信息和控制信息的傳輸。

   4、構成簡單，利用廉價電纜（雙絞線）傳輸信息，故成本低。

2.1.4  Lon網實際應用中的注意事項

     由于Lon網介質訪問采用CSMA/CD技術，可用萬用表交流檔測量其通斷。正常時，有300mV左右的交流電壓。

 1、WorldFip將變電站的設備定義為“模塊”："模塊"是指一組具備一定基本功能(如交流量測量、開關量測量、開關控制等)、具有統一通訊接口的智能模塊。因此它們之間的通訊可按其功能、時效分為幾類標準通訊方式：周期性同步數據（如遙測）；周期性異步數據（如開入量）；非周期性信息報（如開出量）。

 2、網絡仲裁器是整個網絡通信的主宰者。網絡仲裁器輪番呼叫每一個生產者變量,整個網線上總是有信號的。如果若干時間間隔內(例如幾十毫秒)沒有監聽到網上的信號、則可以診斷為網絡故障。在一個網絡中可以有一個或多個網絡仲裁器。在任意給定時刻，只有一個在起作用，其他處于熱備份態，監聽網絡狀態。

在高村變電站中，當地后臺機為網絡仲裁器，循環向各裝置問信息。

3、傳輸速率為2.5Mb/s。

    4、采用專業工業用雙絞線，成本較高。

2.2.4  WorldFip網實際應用中的注意事項

     由于WorldFip網兩端配備有匹配電阻，在判斷網絡通斷時可采用將匹配電阻一級一級向上短接的辦法，快速定位故障的網絡節點。

[圖4 總線型WorldFip網絡故障節點判斷示意圖]

 

2.3 以太網（Ethernet）

2.3.1 Ethernet網技術特點

    以太網（Ethernet）的名稱是由加利福尼亞Xerox公司的PARC研究中心的Bob Metcalfe于1973年5月首次提出的。在Ethernet網絡中重要的通訊設備就是“網卡”，網卡上面裝有處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。網卡和局域網之間的通信通過雙絞線以串行傳輸方式進行的，而網卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板的I/O總線以并行方式進行傳輸。網絡通訊采用TCP/IP協議，每一個通訊單元均要有唯一的IP地址。

2.3.2 通訊介質及網絡拓撲結構

[圖5 以太網網絡結構圖]

 

   Ethernet網可使用通訊介質有：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等。在我局高村變、虢都變均采用5類雙絞線（網線）。網絡結構為以HUB為通訊核心的星形網絡。

2.3.3 Ethernet網絡特點

  1、傳輸速度快，可擴展性好

以太網的傳輸速度有10Mbp系統、100Mbps系統和1000Mbps系統。我局綜自站以太網為100Mbps系統。而且HUB接口是可以通用的，使得系統連接非常方便，具有良好的靈活性和擴展能力。

2、可靠性高，一個節點的故障不會影響其他節點的通訊。

3、成本低。

4、網絡管理方便。

由于以太網具有以上優點，應用于變電站自動化系統已成為發展的必然趨勢。

2.2.4  Ethernet網實際應用中的注意事項

  在Ethernet網中，由于采用網卡和集線器具有監視燈，可從監視燈的閃滅情況來判斷通訊是否正常。另一方面可以通過ping設備的IP地址，若能ping通，則可判定網絡沒有問題。

3.1 串行通訊技術特點

　　在我局綜自站中，還大量采用了串行通信方式。特別是在不同廠家設備之間的規約轉換通訊中，采用的通訊方式均為串行通訊方式。串行通信接口方式有：EIA-RS-232C和EIA-RS-422/485

3.1.1.EIA-RS-232C接口標準

　　EIA-RS-232接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業協會（EIA）于1973年制定的數據傳輸標準接口。接口簡單，廣泛應用于變電站綜合自動化系統內部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。而在距離15米時，最大傳輸速率為20KHz。

3.1.2. EIA-RS  422/485 接口標準

　　RS422對RS323C的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。RS422在全雙工通信時，需要4根傳輸線，不方便，為了減少傳輸線，又保留平衡差分的特點，由RS422標準變形為RS485。RS422用4根傳輸線，工作于全雙工，RS485只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度100K。

3.2 幾種常用的串行通信標準接口對比

表3-1 幾種常用的串行通信標準接口的主要性能

 *  RS422/485的優點：

①  接口簡單，僅需一根信號電纜，便可實現多節點互聯。

②  可采用標準傳輸規約。

 * RS422/485缺點：

① 能連接的通信點數≤32個。

② 通信多為查詢方式。

[圖6 串行通訊測量示意圖]

 

3.3 串行通訊實際應用中的注意事項

     由于串行通訊傳輸的數字信號，靠線纜之間的電平傳輸信號，可用萬用表直流電壓檔測量其通斷。正常時，有2V～7V左右的電壓信號跳變。

　　通過以上介紹，對我局綜自站幾種通訊方式作一比較：

表4-1 綜自站通訊方式的比較

特性	以太網	Lonworks	WorldFIP	485
數據編碼	曼徹斯特	不歸零	曼徹斯特	不歸零
通信方式	全雙式/半雙工	半雙工	半雙工	半雙工
拓撲關系	網絡形	總線形	總線形	總線形
傳輸介質	網纜	屏蔽雙絞線	屏蔽雙絞線	雙絞線
介質訪問	CSMA/CD	CSMA/CD	令牌	主從
檢錯碼	CRC	CRC	CRC	無
體系結構	OSI全部7層	OSI1,2層	OSI1，2，7層	-
速率	10/100Mbps	78 kbps	2.5 Mbps	1.2～9.6 kbps

任何一種總線，各現場總線都有各自適合的領域，并且各領域又有各自的都有其特點。

從目前的發展來看，由于以太網具有的速度優勢是其他總線所無法比擬的，綜自站網絡結構發展趨勢是以以太網為主，其他多種網絡結構形式為輔的網絡結構形式。