一、 變電站綜合自動化的應(yīng)用需求 　　隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化水平不斷提高。大量智能設(shè)備的應(yīng)用，在實現(xiàn)變電站無人值守或少人值守的同時，也對變電站的通信系統(tǒng)提出了更高的要求，尋求一種高速、實時、可靠的通信方式，已成為變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展的核心問題之一。 　　變電站綜合自動化系統(tǒng)從整體結(jié)構(gòu)上分為三層：變電站層、通信層、間隔層。間隔層主要由保護(hù)單元、測控單元等組成，通信方式采用RS-485現(xiàn)場總線；通信層包括通信控制器、保護(hù)管理機(jī)以及規(guī)約轉(zhuǎn)換器等組成；變電站層包括本地后臺服務(wù)器，保護(hù)工程師站，五防系統(tǒng)等構(gòu)成，通信采用100M工業(yè)以太網(wǎng)。一般來說，間隔層測控裝置將實時采集的各種測量數(shù)據(jù)發(fā)送到通信層，并由通信層向變電站層轉(zhuǎn)發(fā)，同時通信層也接受來自變電站層的各種操作數(shù)據(jù)對間隔層進(jìn)行一定的控制。可見，通信層在整個系統(tǒng)的設(shè)計上擔(dān)負(fù)著承上啟下的關(guān)鍵作用，通信層設(shè)備是否穩(wěn)定、高效會影響整個系統(tǒng)的可靠性。通信層的核心部件是通信控制器，通信控制器通過RS-485 網(wǎng)與各測控單元互聯(lián)，經(jīng)以太網(wǎng)與主站層設(shè)備連接，保護(hù)管理機(jī)、智能裝置（小電流接地選線、直流屏）與通信控制器采用RS-422接口通信，各保護(hù)裝置、保護(hù)管理機(jī)和35kV間隔測控裝置采用RS485/422/232接口通信，與通信控制器通信。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如下圖）使通信控制器有更多時間對信息作綜合處理，同時使系統(tǒng)的靈活性得以提高。 　　傳統(tǒng)的通信控制器一般采用IPC外接多串口卡的方式。通過在工控機(jī) ISA/PCI槽上擴(kuò)展插卡的使用方式，實現(xiàn)對各種串口設(shè)備的控制功能。該方式具有應(yīng)用靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等特點。但由于該方式的結(jié)構(gòu)限制，存在系統(tǒng)復(fù)雜度高、故障點多、可靠性低、投資大、需要經(jīng)常性維護(hù)、維護(hù)成本很高等系列缺陷。因此，業(yè)界已經(jīng)開始在嘗試用新的產(chǎn)品去取代原來的IPC。 二、 嵌入式技術(shù)在電力綜合自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用 　　基于嵌入式技術(shù)的產(chǎn)品從內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面相對于工業(yè)PC來講，都進(jìn)行了革命性的變革，克服了工業(yè) PC 現(xiàn)有的這些缺點。固態(tài)電子盤（ SSD或CF ）取代了 PC 的硬盤，低功耗的RISC架構(gòu)的 CPU 取消了風(fēng)扇設(shè)計。所以，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上看，嵌入式控制器已經(jīng)取消了 PC 的諸多不穩(wěn)定因素；從系統(tǒng)擴(kuò)展方式上看，嵌入式控制器也與傳統(tǒng)的 IPC 有很大差別。傳統(tǒng)的 IPC 擴(kuò)展是“插卡式”，這種連接方式無法滿足工業(yè)現(xiàn)場的抗強(qiáng)震動和沖擊能力要求。而嵌入式計算機(jī)則是采用集成化的電路設(shè)計，直接將串口、網(wǎng)口、DI/DO等接口直接集成在嵌入式計算機(jī)上，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時， Windows CE 、 Linux等嵌入式實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅滿足了工業(yè)控制的實時性，同時有力地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。 　　正因為嵌入式技術(shù)在電力特別是綜合自動化領(lǐng)域的應(yīng)用前景和必然趨勢，越來越多的公司開始研發(fā)嵌入式的產(chǎn)品。其中包括一些原來IPC的廠商，但有些只是簡單地將原來的工控機(jī)體積縮小，并沒有改變里面的硬件和軟件的設(shè)計。MOXA作為一個在串口領(lǐng)域耕耘近二十余年的公司，在串口通訊方面積累了豐富的經(jīng)驗。MOXA的串口卡、串口服務(wù)器在電力、交通、能源等基礎(chǔ)行業(yè)得到客戶的一致好評，目前已經(jīng)取得亞洲第一世界第二的地位。MOXA通過其產(chǎn)品在各行各業(yè)的應(yīng)用也對各行業(yè)的需求有了更深入的了解，特別是在電力的變電站綜合自動化領(lǐng)域，MOXA發(fā)現(xiàn)客戶在進(jìn)行通信層的設(shè)計時需要一款既能夠?qū)崿F(xiàn)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)同時又具備前置機(jī)功能的產(chǎn)品。MOXA利用自己在串口通訊方面和底層軟件上的研發(fā)優(yōu)勢，迅速地推出了集成了多個串口、網(wǎng)口等各種接口的嵌入式計算機(jī)EC。通過在EC里嵌入不同的應(yīng)用程序，EC在電力應(yīng)用上可以實現(xiàn)通信管理機(jī)、規(guī)約轉(zhuǎn)換器、保護(hù)管理機(jī)和電能量采集終端等功能。 三、 MOXA嵌入式計算機(jī)UC7400系列的應(yīng)用實例 　　下面就以MOXA的一款嵌入式計算機(jī)UC-7420為例，詳細(xì)說明一下嵌入式計算機(jī)在變電站綜合自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用?；赗ISC的UC-7420/741嵌入式計算機(jī)是嵌入式應(yīng)用的理想選擇，該產(chǎn)品具備8個RS-232/422/485串口，2個10/100Mbps以太網(wǎng)口，一個用于無線通信的PCMCIA接口，以及用于擴(kuò)展閃存空間的CF卡插槽和USB接口。UC-7420/7410采用Intel Xscale IXP-422 266Mhz RISC CPU。與采用CISC設(shè)計的X86 CPU不同的是，IXP-422的RISC架構(gòu)設(shè)計和先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)賦予了UC-7420強(qiáng)大的計算和通信能力，但發(fā)熱量卻很小。 內(nèi)建32MB NOR FLASH ROM和128MB SDRAM 為您直接將應(yīng)用軟件放在UC-7420/7410上提供了足夠的存儲空間。同時，建置在IXP-422 CPU的雙網(wǎng)口是安全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案的理想通信平臺。如果您所設(shè)計的方案需要將UC-7420安裝在無以太網(wǎng)連接的地方，您可以通過使用UC-7420的PCMCIA接口安裝無線網(wǎng)卡來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接。 　　預(yù)裝的Linux操作系統(tǒng)為您開發(fā)程序提供了一個開放平臺。通過使用GNU交叉編譯器，您可以將用于桌面型電腦的軟件輕松導(dǎo)入UC-7420，無需修改程序源代碼。UC-7420自帶了一些設(shè)備驅(qū)動，如：PCMCIA無線模塊，鍵盤，LCM和蜂鳴器控制器等。操作系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動和您自己開發(fā)的應(yīng)用程序均可以存放在UC-7420的Flash中。 　　UC-7420所具備的上述特性在電力行業(yè)獲得了很大的認(rèn)可，因此在電力行業(yè)的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。由于該產(chǎn)品不僅提供了一個穩(wěn)定、高效的工業(yè)級計算機(jī)硬件平臺，而且已經(jīng)在其中嵌入了經(jīng)過裁減的操作系統(tǒng)和包括串口驅(qū)動在內(nèi)的底層軟件平臺，使得電力系統(tǒng)的開發(fā)工程師再也不需要從底層硬件做起。MOXA UC7420的出現(xiàn)使得做電力行業(yè)各種應(yīng)用的工程師只需要集中精力完成有關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用的程序，大大節(jié)省了原來自己做硬件、自己裁減操作系統(tǒng)所花費(fèi)的時間和精力，極大地提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率。 　　為了協(xié)助MOXA嵌入式計算機(jī)在電力行業(yè)的推廣，MOXA和電力方面的軟件開發(fā)公司建立了很多合作關(guān)系。去年我們在全球開展了產(chǎn)業(yè)內(nèi)的軟件合作伙伴計劃，在中國大陸地區(qū)主要針對電力市場與電力的軟件公司建立了緊密的合作關(guān)系。例如深圳先鋒電力，一家專門從事電力自動化和工業(yè)自動化的公司，利用自己在電力軟件系統(tǒng)上的開發(fā)經(jīng)驗，基于MOXA的嵌入式計算機(jī)平臺，推出了針對變電站綜合自動化、電廠綜合自動化、綜合調(diào)度、規(guī)約轉(zhuǎn)換等多個系統(tǒng)。變電站的綜合自動化系統(tǒng)架構(gòu)圖如下： 該系統(tǒng)非常易于擴(kuò)展，它的規(guī)?？梢詮膯螜C(jī)系統(tǒng)，發(fā)展多機(jī)系統(tǒng)，以便最有效利用資源和提供重要應(yīng)用功能的硬件備份。系統(tǒng)的設(shè)計采用合適的冗余配置和診斷至模件級的自診斷功能，具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障，均不會影響整個系統(tǒng)的工作。嵌入式計算機(jī)UC7400內(nèi)置GE、SEL、SIEMENS、ABB、SEPAM、ALSTOM、AEC等國外品牌保護(hù)協(xié)議庫，還支持南瑞保護(hù)、許繼保護(hù)、五防系統(tǒng)、電度表、直流屏、智能儀表、PLC等協(xié)議庫。為了保證系統(tǒng)的安全性，事件報警、預(yù)告信號全部采用消息處理機(jī)制，大大提高告警的速度。整個系統(tǒng)的設(shè)計易于組態(tài)，易于使用，可裁剪，可移植。 　　發(fā)電廠的綜合自動化系統(tǒng)架構(gòu)圖如下： 　　在專門針對電力的規(guī)約轉(zhuǎn)換方面，基于MOXA嵌入式計算機(jī)產(chǎn)品UC7400可以嵌入IEC102、IEC103、IEC1107、IEC61850、DLT645、SEL、LMD、MODBUS（主/從）、TCP MODBUS、非標(biāo)MODBUS、IEC101（主/從）、IEC104（主/從）、新部頒CDT（主/從）、XT9702、DISA、SC1801、DNP3.0（主/從）、N4F、MB88、ABBR571、OPC Server/Client、電話撥號、GSM發(fā)送短信及工程定制的串口/USB/TCP/UDP協(xié)議等等。 四、 結(jié)語 　　MOXA嵌入式計算機(jī)系列產(chǎn)品在RISC架構(gòu)平臺上集成了多串口、多網(wǎng)口、開關(guān)量輸入/輸出等數(shù)據(jù)通訊和工業(yè)控制接口，使用戶節(jié)省了購買各功能板卡的二次投資，同時通過多項特殊的設(shè)計，避免了傳統(tǒng)工控機(jī)存在的缺陷，使產(chǎn)品具有高性能、無風(fēng)扇、免維護(hù)、高度靈活性、良好擴(kuò)展性等特點，滿足各種工業(yè)現(xiàn)場特別是電力現(xiàn)場的使用需求。