智能化配電系統(tǒng)中的多現(xiàn)場總線技術

摘要：現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化、雙向通信、多節(jié)點的通信系統(tǒng)，近年來發(fā)展相當迅速，但是到現(xiàn)在還沒有一套統(tǒng)一的標準。文章對多現(xiàn)場總線進行了介紹，并介紹了現(xiàn)場總線協(xié)議控制器與應用集成方法解決多現(xiàn)場總線的方法。

關鍵詞：智能化配電；現(xiàn)場總線；協(xié)議控制器；協(xié)議板；接口板

中圖分類號：TM64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0101-02

科學技術與經(jīng)濟的進步促使了現(xiàn)代工業(yè)技術的快速發(fā)展，要求配電系統(tǒng)運行時能夠擁有更高的可靠性，并能夠實現(xiàn)智能化管理。隨著微處理機術的日趨成熟與推廣以及計算機系統(tǒng)可靠性的改善，為智能化電器元件的快速發(fā)展提供了基礎，而智能化電氣管理系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)。智能化配電系統(tǒng)能夠實現(xiàn)變電站開關設備的自動化運行與智能化管理。智能化配電系統(tǒng)的主要功能有數(shù)據(jù)的實時采集、通信以及遠程控制等。根據(jù)使用要求，智能化配電系統(tǒng)的操作模式應該是面向對象的操作模式，其抗干擾能力要強。因為現(xiàn)場總線技術的快速發(fā)展與運用，使得智能化配電系統(tǒng)中的各種智能元件能夠不依賴于計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)進行獨立的運行，這就讓系統(tǒng)擁有了較高的可靠性，并且實時性也能夠大大的提高。

1 多現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線指的是工廠內測量與控制機器之間進行數(shù)字通信的網(wǎng)絡，這是一種底層控制網(wǎng)絡，具備了開放式、數(shù)字化與多點通信的特點。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)的生產規(guī)模逐漸擴大，這就對操作人員提出了更高的要求，他們必須要能夠對多點的運行參數(shù)與信息進行掌握，還要能夠在此基礎上來根據(jù)信息進行操作控制，這就推動了氣動、電動系列的單元組合式儀表的出現(xiàn)，并在此基礎上發(fā)展出了集中控制室。生產集散控制系統(tǒng)DCS就是將生產現(xiàn)場各處的參數(shù)利用統(tǒng)一的模擬信號送到集中控制室中。但是使用模擬信號進行傳遞有著其難以克服的缺點，使得計算的速度與進度都難以有效的提升，同時模擬信號在傳輸過程中的抗干擾能力不足，這些都促使了采用數(shù)字信號來取代模擬信號的需求，促使了直接數(shù)字控制的出現(xiàn)。在早期因為計算機系統(tǒng)具有封閉性這一缺陷，使得各個廠家的產品各成系統(tǒng)，相互之間連接相當困難，并且要實現(xiàn)互換和互操作也相當困難，因此難以在大范圍內組成信息共享網(wǎng)絡系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，如今已經(jīng)能夠很好突破這些限制。

現(xiàn)在常用的現(xiàn)場總線技術有很多，在一個智能化配電系統(tǒng)中往往會使用到多種現(xiàn)場總線技術，因此所需要的協(xié)議轉換器也就較多，要解決各個廠家產品之間的兼容性就需要通過硬件與軟件的方法來對現(xiàn)場總線協(xié)議進行處理，其目的就是為了能夠將不同的現(xiàn)場總線產品可以融入到一個系統(tǒng)之中，讓不同的產品發(fā)揮出其各自的長處，并讓那些希望能夠使用多個廠家產品的用戶能夠擁有更強的靈活性。

通用型現(xiàn)場總線協(xié)議控制器有著較為良好的通用性。這種設備能夠將現(xiàn)場設備連成一個完整的網(wǎng)

絡，并對各個現(xiàn)場設備之間的信息進行傳遞。因為具有良好的通用型，因此，只需要通過相對應的中央處理器以及接口電路和軟件就能對多種現(xiàn)場總線協(xié)議進

行轉換，進而實現(xiàn)讓不同廠家的現(xiàn)場設備之間的通信。

2 現(xiàn)場總線協(xié)議控制器分析

通用型的現(xiàn)場總線協(xié)議控制器在進行設計時可以采用模塊化的結構，模塊化的結構能夠具有更好的通用性。模塊化結構的擴展能力較強，系統(tǒng)升級也更為方便。總線協(xié)議控制器主要由底板與插卡這兩個部分組成，系統(tǒng)總線則包含了底板、擴展槽以及處于底板上的信號線這幾個部分。插卡則主要包含有主控板、協(xié)議板、接口板這幾種。在主控板與協(xié)議板上都自帶有中央處理器。主控板負責的是對系統(tǒng)以及上位機之間的通信進行管理。在現(xiàn)場總線協(xié)議控制器上有專用的接口來與上位機進行連接，主控板主要通過接口與上位機進行信息的交換，其功能包含許多方面，例如管理系統(tǒng)總線、為協(xié)議板與接口板進行系統(tǒng)資源的分配、和協(xié)議板之間進行信息交換、處理協(xié)議板所提供的數(shù)據(jù)和信息、等待上位機提出的請求以及提取信息等。通用型現(xiàn)場總線協(xié)議控制器中協(xié)議板有著十分重要的作用，其負責的是所有的現(xiàn)場設備之間的通信，通過協(xié)議板能夠提供很多種現(xiàn)場總線協(xié)議。接口板則只是從屬于某一項具體的協(xié)議，主要為協(xié)議板提供通信連接。所能夠提供的接口的種類很多，用戶能夠根據(jù)實際需求對接口進行選擇。串行的方式是當前使用得較為廣泛的，總線協(xié)議控制器與上位機以及現(xiàn)場設備之間都是采用串行方式進行通信，而在通信控制器的內部各個插板是通過系統(tǒng)總線來進行通信的。主板和各個協(xié)議板之間在進行通信時卻是采用主從方式，主板通過系統(tǒng)總線和協(xié)議板進行通信。

每一塊協(xié)議板都有唯一的協(xié)議板號識別電路，在進行通信時，主板在系統(tǒng)總線上通過廣播的方式發(fā)送出協(xié)議板號，通過協(xié)議板號來與協(xié)議板建立通信連接，只有當主板發(fā)出的協(xié)議板號與協(xié)議板擁有的板號相符，通信連接才能夠確立。如果有新增的協(xié)議設備，也不需要對硬件進行改動，只需要對所增加的協(xié)議板設置協(xié)議板號，并在上位機的組態(tài)中添加相應的信息，然后存入到計算機中。協(xié)議板與接口之間的信息傳遞是通過系統(tǒng)中的局部總線來完成的。

3 多現(xiàn)場總線技術的解決

對于多現(xiàn)場總線可以采用集成的方法進行解決。除去上面那種方法外還有其他方法。從生產實際出發(fā)，考慮到工程實例歸納出常用的、有代表性的智能設備，使用某種現(xiàn)場總線來組成網(wǎng)絡，并利用工控組態(tài)軟件來開放出相應的監(jiān)控軟件，進而構成一個完整的職能化配電系統(tǒng)。這樣的方法能夠通過較為低廉的價格就配置出擁有良好性能的系統(tǒng)，同時開發(fā)所需要投入的人力與物力都不會很多。還可以與高校進行長期合作，與高校一起合作開放，通過高校所擁有的雄厚的研發(fā)實力來開發(fā)出融合多現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信設備。具體的解決路線如下：

從多家公司的設備與儀表系統(tǒng)選擇具有一定代表性的設備，從操作系統(tǒng)與文件系統(tǒng)來研究這些設備的數(shù)據(jù)與命令格式，分析其數(shù)據(jù)結構，進而發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。

研發(fā)出專用的嵌入式系統(tǒng)，通過嵌入式系統(tǒng)的研制可以完成中繼、轉換與數(shù)據(jù)處理的中繼。同時還必須要將網(wǎng)橋、路由器設備融入到嵌入式系統(tǒng)中去，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的應用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化。這樣做可以讓軟件的代碼更加的短小，進而有更快的響應速度，能夠適合多種應用場合，例如小型、快速、可靠等應用場合。而嵌入式CUP可以根據(jù)實際情況進行選擇，例如Cirrus Logic公司的EP9312；操作系統(tǒng)應該選擇Linux，這樣能夠避免出現(xiàn)版權的問題；中繼與路由器接口則采用標準的硬件接口。這樣不僅僅能夠起到經(jīng)濟的效果，還有著很強的實用性，能夠有效地將系統(tǒng)的應用軟件與系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一體化，同時還具有軟件代碼短小、響應速度快等特點，特別適用于各種小型、快速、可靠等應用場合。

總之，現(xiàn)場總線是自動化領域中的一次革命，是工業(yè)控制技術的必然發(fā)展道路，它所能夠產生的效益與意義都是非常巨大的。現(xiàn)在，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)還存在著許多的問題，并且也沒有能夠制定出一套統(tǒng)一的國際標準，但這只是短期的。因此，我們在對國際上現(xiàn)場總線技術發(fā)展進行跟蹤的同時，必須要加強對各種現(xiàn)場總線的研究與應用，特別是要加強對現(xiàn)有的已經(jīng)通過驗證的現(xiàn)場總線技術的應用，尤其是在智能配電系統(tǒng)中的應用。

參考文獻

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作者簡介：呂達（1972-），男，浙江奉化人，寧波市象山縣供電局副局長，工程師，高級人力資源師，研究方向：供配電管理、智能電網(wǎng)技術。

（責任編輯：周 瓊）