變電站綜合自動化系統的通訊方式及選擇

張慷煥

摘 要 本文首先對變電站綜合自動化系統常見的通訊形式進行分析，其次就總線型通訊系統各種方案予以比較，最后提出了變電站綜合自動化系統常用的通訊系統結構及方式。

【關鍵詞】變電站綜合自動化系統 通訊系統 總線型通訊系統通訊方式

數據通信在綜合自動化系統中具有極其重要的作用，數據網絡應具備快速實時響應能力、高可靠性和優良的電磁兼容性能。以下將根據變電站的特殊環境和綜合自動化系統的要求對通訊形式的各種結構進行分析。

1 各種結構的通訊形式分析

通訊系統常見的結構形式有星形結構、環形結構和總線形結構。

1.1 星形結構

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

優點：單個節點故障只影響一個設備，不影響全網；控制方式和訪問協議簡單；容易檢測和隔離故障，可方便的將故障節點從系統中刪除。

缺點：當主機故障時整個系統就會癱瘓；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，則系統的復雜程度和成本將會增加。

遠動系統采用循環式規約的電力系統，調度端與各廠站的通信通常采用星形結構。

1.2 環形結構

由中繼器組成，通過點到點鏈路的閉合環形成局域網絡，每個站點都通過一個中繼器連接到網絡上，每個中繼器都與兩條鏈路相連。每個結點都有控制發送和接收的訪問邏輯。分組發送數據。常用的傳輸介質是雙絞線，也可以采用同軸電纜和光纖。

優點：傳輸速度高；同一個環上的不同節點間可用不同的介質連接；傳輸速率也可不同。

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

1.3 總線形結構

通過一條公用的主干鏈路連接所有站點，兩個節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。此結構具有速度快，延遲和開銷小的特點。通信介質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）采用局部控制網絡實現中等速度的總線連接；

（3）采用標準LAN技術實現分部式連接。

優點：電纜長度短，容易布線；結構簡單，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訪問控制功能。

綜上所述，總線網具有擴展靈活，簡單可靠的優點，因此變電站站內通信網絡一般采用總線拓撲結構

2總線型通信系統各種方案比較

2.1 RS-422/485低速總線

較早用于變電站綜合自動化系統，主要特點有：易于實現，成本低；其傳達通信率的實時性對較小規模系統能夠得到保證，但是對于規模較大的系統則難以保證，而且系統性能隨規模增加急劇下降；由于抗干擾性較差，一般只適用在控制室內部使用，而對于開關室則不能使用。一般為主從結構，各I/O單元之間的通信通過站級計算機進行。

2.2 采用局部控制網絡實現總線

LAN通常要比廣域網（WAN）具有高的多的傳輸速率，目前LAN的傳輸速率為10Mb/s，網絡傳輸速度適中，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，能夠滿足工業控制系統的需要。在變電站中得到應用的主要是LonWorks和CAN。

CANBUS采用無主的結構，網絡上的任一節點在任何時候都可以主動地向網絡上的其他節點發送信息。它將網絡上的節點分成不同的優先級，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點會主動的退出總線發送，而最高優先級的節點可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節省了總線沖突時間，而且能夠實現長距離高速率發送。但是由于需要網絡同步，因此對多介質情況不適用，當網絡通信繁忙時，優先級低的節點可能長時間不能發送信息，因此僅適用于節點少的網絡。

LonWorks技術是1990年推出的一種先進的現場總線技術，技術核心為神經元芯片、收發器和LonTalk通訊協議。神經元芯片包含MAC處理器，網絡處理器和應用處理器，可以直接或通過收發器組成控制網絡。通信協議TonTalk支持OSI開放系統互聯參考模型的七層協議，直接面向對象，完善的LonTalk協議保證了通訊的可靠性及實時性。節點收發器有不同的類型，可以支持不同的通訊介質，如雙絞線、同軸電纜、光纖等。具有支持低速率網絡，在重載下保持網絡性能，支持大型網絡的優點。

2.3 基于LAN的技術方案

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

開放性：一般按照ISO的開放系統互聯模型設計，即使不同公司的產品，只要符合LonMark標準均可在同一網絡上協調工作。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。

靈活性：采用雙絞線作通訊介質時，可構成星型、環形以及自由拓撲等網絡，系統配置靈活，允許方便地改變或修改系統，并且具有強大的擴展能力。

此外、適合在各種惡劣的環境條件下使用，具備極強的抗干擾能力。

2.4 以太網通信方式

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

采用總線形網絡拓撲結構，可靠性高，實時性好，增、減節點方便；傳輸速率可達到10-100MBPS；硬件上有許多以太網控制芯片，軟件上有windows，Unix等均支持以太網。

3 結論

變電站綜合自動化的通信系統應具有可靠性高、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絡技術。因此，根據對通訊形式的各種結構分析，變電站通信網絡一般采用總線拓撲結構。在通信技術上考慮可擴展性，可靠性，經濟性等方面，以太網具有壓倒性的優勢。

參考文獻

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

[2]羅公亮.以太網技術的最新發展[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