現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)正朝著分散化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。變電站的環(huán)境特殊，需要一種可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容易操作的通信網(wǎng)將上層的管理網(wǎng)和前端的測(cè)控網(wǎng)連接起來(lái)。主要用于低層設(shè)備通信的現(xiàn)場(chǎng)總線完全可以適用于這種場(chǎng)合。運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串行通信，不僅能從根本上改善變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的性能，而且使系統(tǒng)可靠、靈活、易于擴(kuò)展。文中介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線概念、特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的優(yōu)越性以及幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線的介紹。

【關(guān)鍵詞】 變電站自動(dòng)化 現(xiàn)場(chǎng)總線 FCS DCS 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) IED設(shè)備 高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

0 引言
　　變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。縱觀變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的歷程，大致可分為三個(gè)階段: 90年代初期開始出現(xiàn)“集中式”結(jié)構(gòu)的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品; 90年代中期“分層分布式”系統(tǒng)走向市場(chǎng); 目前則是“分散分布式”系統(tǒng)的天下[1~3] 。但是目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的分散分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，其各部件之間絕大部分采用串行通信方式（RS232, RS485, RS422總線等）[4] 。串行通信傳輸速率慢，易受干擾，通信距離受限制而且通信方式不靈活，故無(wú)法滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br>　　現(xiàn)場(chǎng)總線既是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布的控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備（IED）的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能[5] 。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)方式，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)解決變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信問(wèn)題已成為發(fā)展的趨勢(shì)。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念
　　現(xiàn)場(chǎng)總線 (Fieldbus)是 80年代末、 90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的 ,用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) ,溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò) ,而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù) ,已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注 ,成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) ,并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。電力系統(tǒng)作為歷來(lái)自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)部門當(dāng)然的成為了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的前沿陣地，尤其是在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛和深入。國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層 ,作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò) ,要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) ; 具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ; 還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 ,多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn) ,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù) ,都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng) ,也稱作FCS——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把 50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代 ,把 4~ 20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代 ,把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 ,而把 70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng) ,一方面 ,突破了DSC系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 ,采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 ,克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷; 另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu),變成了新型全分布式結(jié)構(gòu),把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f(shuō) ,開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)
　　a、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開,各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換,現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性,強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng),它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的,開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。
　　b、互可操作性與互用性,這里的互可操作性,是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通,可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。
　　c、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成,僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
　　d、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能,使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。
　　e、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端,作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線,是專為在現(xiàn)串行通信傳輸速率慢，易受干擾，通信距離受限制而且通信方式不靈活，故無(wú)法滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br>　　現(xiàn)場(chǎng)總線既是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布的控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備（IED）的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能[5] 。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)方式，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)解決變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信問(wèn)題已成為發(fā)展的趨勢(shì)。
　　1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念
　　現(xiàn)場(chǎng)總線 (Fieldbus)是 80年代末、 90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的 ,用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) ,溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò) ,而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù) ,已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注 ,成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) ,并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。電力系統(tǒng)作為歷來(lái)自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)部門當(dāng)然的成為了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的前沿陣地，尤其是在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛和深入。國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層 ,作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò) ,要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) ; 具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ; 還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 ,多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn) ,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù) ,都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng) ,也稱作FCS——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把 50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代 ,把 4~ 20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代 ,把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 ,而把 70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng) ,一方面 ,突破了DSC系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 ,采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 ,克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷; 另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu),變成了新型全分布式結(jié)構(gòu),把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f(shuō) ,開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。
　　2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)
　a、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開,各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換,現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性,強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng),它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的,開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。
　b、互可操作性與互用性,這里的互可操作性,是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通,可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。
　c、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成,僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
　d、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能,使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。
　e、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端,作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線,是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的,它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信,并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。
　　3現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的優(yōu)越性
　由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn),特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù),都體現(xiàn)出優(yōu)越性。
　a、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在間隔設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能,因而可減少變送器的數(shù)量,不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等,也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線,還可以用工控PC機(jī)作為站控操作工作站,從而節(jié)省了一大筆硬件投資 ,由于控制設(shè)備的減少,還可減少控制室的占地面積。
　b、節(jié)省安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單,由于一對(duì)雙絞線、一對(duì)光纖或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備,因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少,連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)IED設(shè)備時(shí),無(wú)需增設(shè)新的電纜,可就近連接在原有的總線電纜上,既節(jié)省了投資,也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料,可節(jié)約安裝費(fèi)用 60 %以上。
　c、節(jié)省維護(hù)開銷。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力,并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室,運(yùn)行維護(hù)人員可以查詢所有間隔層設(shè)備的運(yùn)行,診斷維護(hù)信息,以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間,同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。
　d、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍,不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展,使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。
　e、提高了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化,與模擬信號(hào)相比,它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度,減少了傳送誤差。同時(shí),由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,設(shè)備與連線減少,現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng): 減少了信號(hào)的往返傳輸,提高了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工作可靠性。
　f、易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)充和產(chǎn)品改型。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng),可以很方便地進(jìn)行擴(kuò)充和更改。擴(kuò)充系統(tǒng)時(shí),可將新IED設(shè)備連接在已有的現(xiàn)場(chǎng)總線上,不需要增加任何組件,也不需要考慮現(xiàn)場(chǎng)總線接口是否匹配的問(wèn)題。對(duì)于功能和參數(shù)所進(jìn)行的修改,可以直接通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線登錄與查詢來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,降低了實(shí)現(xiàn)新的控制策略或產(chǎn)品改型所需要的費(fèi)用。
　　4幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線
　a、HART
　HART是 Highway Addressable RemoteTransducer(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路 )的縮寫。1986年由美國(guó) ROSEMOUNT公司開發(fā)的一套過(guò)渡性臨時(shí)通訊協(xié)議。但目前受到了廣泛承認(rèn) ,已成為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
●HART協(xié)議以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)開放性系統(tǒng)互連模型 (OSI)為參照 ,使用 OSI的 1、2、7三層 ,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。物理層采用基于Be11202通信標(biāo)準(zhǔn)的 FSK技術(shù) ,所以可以通過(guò)租用電話線進(jìn)行通信。
●HART協(xié)議使用 FSK技術(shù)在 4~ 2mA過(guò)程測(cè)量模擬信號(hào)上疊加一個(gè)頻率信號(hào)。邏輯1為1200Hz,邏輯0為2200Hz,波特率為1200bps。它成功地使模擬和數(shù)字雙向信號(hào)能同時(shí)進(jìn)行而且互不干擾。因此在與智能化儀表通信時(shí) ,還可使用模擬儀表、記錄儀及模擬控制。在不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行改造的情況下 ,逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字性能 (包括數(shù)字過(guò)程變量 ),是一種理想的方案。這是一個(gè)由模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)過(guò)渡的協(xié)議。
●在應(yīng)用層規(guī)定了3類使命 ,第一類是通用命令 ,這是所有設(shè)備都能理解、執(zhí)行的命令; 第二類是一般行為命令 ,它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn); 第三類為特殊設(shè)備命令,以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能,這類命令可以允許開發(fā)此類設(shè)備的公司所獨(dú)有。此外它還為用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言DDL。
●HART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。
●直接通信距離: 有屏蔽雙絞線單臺(tái)設(shè)備3000m,而多臺(tái)設(shè)備互相距離1500m。只使用一個(gè)電源時(shí),能連結(jié)15個(gè)智能化設(shè)備。
　b、CAN
　　CAN是 Controller Area Network(控制器局域網(wǎng)絡(luò) )的縮寫。這是由德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的控制局域網(wǎng)絡(luò),是一種具有很高可靠性、支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它最初是用于汽車內(nèi)部大量控制測(cè)量?jī)x器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)交換的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。現(xiàn)在已逐步發(fā)展到其他工業(yè)部門的控制,其中包括機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、建筑管理監(jiān)控、變電站自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)控等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)已制訂了CAN協(xié)議的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS1 1 898(通信速率= 1Mbps),ISO/DIS11519(通信速率=125Kbps)。在現(xiàn)場(chǎng)總線中,目前是唯一被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。Intel、Philips、Motorola等芯片廠商均生產(chǎn)CAN總線芯片產(chǎn)品。在我國(guó)也有 HAPCAN等系列產(chǎn)品推出，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)廠商自行研制的全分散型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)DISA2，DISA3即采用CAN總線。長(zhǎng)沙電業(yè)局天頂220kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的ABB RTU560的內(nèi)部總線亦是采用的CAN總線。
●CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn) ISO/ OSI模型的 1、2兩層。物理層定義了傳送過(guò)程中的所有電氣特性; 目標(biāo)層和傳輸層包括了ISO/OSI定義的數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。目標(biāo)層的功能包括確認(rèn)哪個(gè)信息是要發(fā)送的 ,確認(rèn)傳送層接收到的信息并為之提供接口。傳送層的功能包括幀組織、總線仲裁、檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告、錯(cuò)誤處理等。
●CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) (成組)及全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù),可以多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。
●網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)可以定義不同的優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求,CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù) ,當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí) ,優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)傳送 ,而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) ,有效地避免了總線沖突。
●CANBUS上的節(jié)點(diǎn)數(shù) ,理論值為2000個(gè) ,實(shí)際值是 110個(gè)。直接通信距離為10km/5Kbps, 40 m/ 1MKbps。傳輸介質(zhì)為雙絞線和光纖。
●CAN采用短幀結(jié)構(gòu) ,受干擾概率低 ,并采用冗余校驗(yàn) CRC及其他校錯(cuò)措施 ,保證了極低的信息出錯(cuò)率。而且具有自動(dòng)關(guān)閉總線功能 ,在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下 ,可切斷它與總線的聯(lián)系 ,使總線上的其他操作不受影響。
　c、LONWORKS
　　LONWORKS是局部操作網(wǎng)絡(luò),LON是 LocalOperation Network的簡(jiǎn)稱。1991年美國(guó)ECHERON公司推出該產(chǎn)品。其應(yīng)用范圍幾乎包括了測(cè)控應(yīng)用的所有范疇 ,特別是航空 /航天、樓宇自動(dòng)化、能源管理、變電站測(cè)控設(shè)備的監(jiān)控、工廠自動(dòng)化、工業(yè)過(guò)程控制、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、電子測(cè)量設(shè)備等。LONWORKS在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也已相當(dāng)廣泛，如四方公司的CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)即采用LONWORKS總線。在長(zhǎng)沙電業(yè)局范圍內(nèi)有新開鋪、桂花、五一特、井灣子、安沙、鎮(zhèn)頭等6個(gè)110kV變電站應(yīng)用了該系統(tǒng)。
● LONWORKS的通信協(xié)議LONTALK協(xié)議遵循 ISO/ OSI參考模型,提供了OSI所定義的全部7層服務(wù)。這是在現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一提供全部服務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)總線。
● LONWORKS的核心是Neuron(神經(jīng)元 )芯片,內(nèi)含3個(gè)8位的CPU:第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器,實(shí)現(xiàn) L ONTALK協(xié)議的第一層和第二層; 第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器 ,實(shí)現(xiàn)LONTALK協(xié)議的第三層至第六層; 第三個(gè)CPU為應(yīng)用處理器 ,實(shí)現(xiàn) LONTALK協(xié)議的第七層 ,執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。 LON-WORKS的神經(jīng)元芯片已由 Motorola和東芝公司生產(chǎn)。
●提供一套開發(fā)工具平臺(tái) LON Builder和Node Builder。有了這一套工具 ,用戶就可以利用神經(jīng)元芯片、LONTALK通信協(xié)議和 LONWORKS收發(fā)器很方便也很靈活地開發(fā)出自己所需要的系統(tǒng)和產(chǎn)品。
● LONWORKS的直接通信距離為2700m/78Kbps、130 m/1.25Mbps;節(jié)點(diǎn)數(shù)32000個(gè); 傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜、光纖、電纜線等。
　d、PROFIBUS
　　PROFIBUS是Process Field Bus(過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線 )的簡(jiǎn)稱。 1987年德國(guó)聯(lián)邦科技部集中了13家公司和5個(gè)研究所按 ISO/ OSI參考模型制訂現(xiàn)場(chǎng)總線的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。于1991年4月在DIN19245中發(fā)表 ,并正式成為德國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) ,而后又列入了歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170。PROFIBUS得到了廣泛的支持 ,僅在德國(guó)1996年10月至1997年1月就安裝了47000個(gè)系統(tǒng) ,已廣泛應(yīng)用在加工工業(yè)、過(guò)程自動(dòng)化、智能大樓、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)等領(lǐng)域。PROFIBUS在電力系統(tǒng)已獲得廣泛應(yīng)用 ,如SIEMENS公司的SICAM、LSA變電站自動(dòng)化系統(tǒng)即采用了PROFIBUS，長(zhǎng)沙電業(yè)局范圍內(nèi)東塘110kV變電站即應(yīng)用了LSA綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。上海楊樹浦電廠及五強(qiáng)溪水電站大壩溢洪閘門集中控制也采用了PROFIBUS。
●PROFIBUS根據(jù)ISO/OSI參照模型省略了3至6層,增加了用戶層。第一層定義了物理的傳輸特性; 第二層定義了存取協(xié)議 ;第七層定義了應(yīng)用功能。PROFIBUS在用戶層引入了功能模塊 (FB)、對(duì)象字典(OD)和設(shè)備描述語(yǔ)言(DDL),允許用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行完全的內(nèi)部操作 ,從而可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性。

5、結(jié)語(yǔ)
　　將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，完全可滿足變電站現(xiàn)場(chǎng)快速、高效的數(shù)據(jù)通信要求，使系統(tǒng)更可靠、更開放，成本更低，大大地提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的整體水平。
參 考 文 獻(xiàn)
1．楊奇遜 《變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)》-- 《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》.1995.19.(10): 7~9
2．金 韜.唐 滔.闕連元.等《分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分析與討論》--《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》.1997.21(10):69~72
3．陶曉農(nóng)《分散式變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信技術(shù)方案》--《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》.1998.22(4): 51~54
4．金午橋 《變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展策略》--《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》.1999.23（22）
5．陽(yáng)憲惠 《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》.北京: 清華大學(xué)出版社.1998