摘要：現(xiàn)場總線是近年來發(fā)展起來的一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)嘗在微機化測量設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多點數(shù)字通信的系統(tǒng)。為此介紹了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)性能以及采用現(xiàn)場總線組成調(diào)度自動化系統(tǒng)的具體方法和應(yīng)用前景。 　　 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；監(jiān)測；調(diào)度；自動化 1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場自動化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通信協(xié)議。一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以看成是由一個數(shù)字通信設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)。實際上，現(xiàn)場總線就是一種計算機網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)上的每一個節(jié)點就是一個智能化設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1.1網(wǎng)絡(luò)通信 　　 為支持設(shè)備之間的信息傳送，現(xiàn)場總線基金會系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)定義了三個層次的通信體系，包括： 　　 （1） 物理層定義信號如何發(fā)送； （2） 數(shù)據(jù)鏈路層定義設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)如何被共享和調(diào)度； （3） 應(yīng)用層定義報文的格式。 　　 1.2功能模塊 　　 定義參數(shù)、算法和事件響應(yīng)三大要素的通用格式。 　　 1.3對象字典和設(shè)備描述 　　 為了支持功能模塊的標(biāo)準化，現(xiàn)場總線基金會定義了兩個工具——對象字典和設(shè)備描述語言，用于定義和描述應(yīng)用進程的網(wǎng)絡(luò)可見對象。 　　 1.4網(wǎng)絡(luò)管理 　　 現(xiàn)場總線基金會系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為每一個設(shè)備定義了一個網(wǎng)絡(luò)代理。網(wǎng)絡(luò)代理可提供組態(tài)管理、功能管理和差錯管理的能力。 　　 1.5系統(tǒng)管理 　　 系統(tǒng)管理內(nèi)核完成以下功能：分配設(shè)備地址、功能模塊執(zhí)行的調(diào)度、時鐘同步等。 2 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點 現(xiàn)場總線技術(shù)是三C（Computer、Control、Communication）技術(shù)從控制層發(fā)展到工藝設(shè)備現(xiàn)場的技術(shù)結(jié)果，現(xiàn)場總線技術(shù)的特點如下： 　　 2.1全數(shù)字化通信 　　 傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（DCS——Distributed Control System）是“半數(shù)字”系統(tǒng)，許多I／O模板接收或送出4～20 mA模擬信號；而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS—Fieldbus Control System）是一個“純數(shù)字“系統(tǒng)，信號傳輸實現(xiàn)全數(shù)字化，提高了信號的可靠性、準確性，實現(xiàn)了檢錯、糾錯功能。 　　 2.2可互操作性和互用性 　　 可互操作是指實現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進行互換。 　　 2.3完全的分散性 　　 DCS是一個“半分散式”系統(tǒng)，它是采用一個或多個“控制單元”對多回路進行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個控制板上又有多個回路。 　　 現(xiàn)場總線則采用的是完全分散體系，它的控制單元全部分散到現(xiàn)場，控制回路由現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)，在現(xiàn)場總線中又同時允許在控制室中用數(shù)字通信的方式進行操作與調(diào)整。 3 現(xiàn)場總線在調(diào)度自動化中的應(yīng)用 隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)所需監(jiān)視和控制的信息量迅速增加。及時、準確地判斷電網(wǎng)的運行狀況，保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行是各級領(lǐng)導(dǎo)急切關(guān)心的問題。調(diào)度自動化系統(tǒng)包括廠站端系統(tǒng)、調(diào)度端系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。 　　 3.1廠站端系統(tǒng)構(gòu)成 　　 廠站端的監(jiān)測與控制系統(tǒng)由前端智能單元、工控機、網(wǎng)絡(luò)通信管理適配卡、專用Modem及相應(yīng)軟件組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 前端智能單元一方面完成對各線路電流（A相、B相、C相）、電壓（A相、B相、C相電壓、AB相電壓、BC相電壓、CA相電壓）、三相／單相有功功率、三相／單相無功功率、三相／單相正有功電能、三相／單相負有功電能、三相／單相正無功電能、三相／單相負無功電能、三相／單相功率因數(shù)以及周波等電參量的測量；另一方面還要完成對各開關(guān)狀態(tài)的檢測和控制。 　　 前端智能單元采用Intel R80C196KC 16位系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括采集控制邏輯、模擬信號處理、開關(guān)量輸入輸出處理、通信處理、系統(tǒng)監(jiān)測與保護、實時時鐘及電源等部分。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，所有數(shù)字邏輯的處理全部集成在單片高密度、超大規(guī)模的可編程邏輯陣列中。為了使前端智能單元能在惡劣的電磁環(huán)境下可靠工作，除了在電路設(shè)計、器件選擇、布線布局、屏蔽隔離等環(huán)節(jié)盡可能完善外，還應(yīng)隨時對前端智能單元的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以確保在意外故障發(fā)生時不誤操作和丟失數(shù)據(jù)。特別應(yīng)該指出的是，本系統(tǒng)的前端智能單元可安裝在戶外的端子箱內(nèi)（就在PT、CT下面）。 　　 廠站端工控機用于顯示廠站電氣主接線及其運行狀況、記錄各種數(shù)據(jù)、顯示各種曲線和圖表、異?；蚴鹿蕡缶按蛴⑿畔⑥D(zhuǎn)發(fā)和接收。一般變電站只需要一臺工控機即可完成上述全部工作。在發(fā)電廠，根據(jù)監(jiān)視點的需要可增加工控機。 　　 網(wǎng)絡(luò)通信管理適配卡插在工控機的擴展槽上，實現(xiàn)前端智能單元和工控機之間的高速數(shù)據(jù)交換，并實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的管理。 　　 本系統(tǒng)中的Modem是電力系統(tǒng)的專用Modem，它完成變電站與調(diào)度端之間的數(shù)據(jù)通信，其數(shù)據(jù)傳送格式嚴格按照91CDT規(guī)約編制。 　　 3.2調(diào)度端系統(tǒng)構(gòu)成 　　 調(diào)度端對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視、控制和管理，由工控機、調(diào)制解調(diào)設(shè)備、多路通信接口設(shè)備、大屏幕顯示器構(gòu)成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3中，Modem接收來自載波機的調(diào)制信號，同時調(diào)度端發(fā)出的命令又可通過Modem調(diào)制后送到載波通道，然后送到廠站端。多路通信接口完成多路數(shù)字信號與廠站端工控機的數(shù)據(jù)通信。 　　 3.3數(shù)字通信 　　 廠站端與調(diào)度端之間的數(shù)據(jù)交換是通過數(shù)據(jù)通道傳送的。目前電力系統(tǒng)有載波通道、微波通道、光纖通道等。對于載波通道和微波通道，需要在通道兩端使用電力系統(tǒng)的專用調(diào)制解調(diào)器（Modem）。根據(jù)筆者的經(jīng)驗 ，同一通道兩端的Modem應(yīng)采用同一廠家同一型號的Modem。 4 基本現(xiàn)場總線的調(diào)度自動化的優(yōu)點 采用基于現(xiàn)場總線的發(fā)電廠、變電站實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以及由此構(gòu)成的調(diào)度自動化系統(tǒng)，既可避免使用大量電纜將PT、CT二次側(cè)電參數(shù)傳送至中控室，又可減少線損造成的誤差，提高測量精度，還可取代中控室，使之節(jié)約占地面積與基建投資。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有如下特點： 　　 （1） 前端智能單元可安裝于CT或PT端子箱內(nèi)，對所采集的數(shù)據(jù)就地處理，數(shù)字化傳送。 （2） 網(wǎng)絡(luò)由兩根雙絞線組網(wǎng)，故障率低，通信波特率高。 （3） 解決了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中CT、PT到中控室間的壓降問題，測量精度高。 （4） 抗干擾能力強，能在戶外惡劣條件下運行。 （5） 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝、維修方便。 5 結(jié)束語 隨著電力網(wǎng)的不斷擴大和計算機測控技術(shù)的飛速發(fā)展，無人值班、少人值守變電站的模式已在全國電力系統(tǒng)內(nèi)推廣，特別是對城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造，可大量采取將電參量的監(jiān)測、監(jiān)控與保護設(shè)備下放到戶外端子箱處（附近）的地方，無需再另建專門的控制室。將監(jiān)控與保護設(shè)備下放是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，也是英美等發(fā)達國家的現(xiàn)行模式。由于減少變電站的占地面積、節(jié)約基建投資和電纜費用，將大大降低改造成本。另外，徹底屏棄長距離測量信號電纜的直接結(jié)果就是測量精度、抗干擾能力和可靠性的明顯提高。基于現(xiàn)場總線的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)必將廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)電廠和變電站中，而且與數(shù)據(jù)通道、調(diào)度端監(jiān)控系統(tǒng)一起構(gòu)成新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)。 　　 參考文獻： ［1］陳虹，唐鴻儒，曾衛(wèi).現(xiàn)場總線式變電所智能儀表的技術(shù)研究.中國電力，1997，8. ［2］龐彥斌，立令琦，程煒，趙恩平.現(xiàn)場總線與DCS的網(wǎng)絡(luò)集成.測控技術(shù)，1999，9.