基于現場總線CAN的變電站綜合自動化系統

3．由現場總線技術實現的通信功能

　　通信功能是綜合自動化出別于常規站最明顯的標志之一，通信網絡變電站內間隔信息可充分共享，并通過通信接口與外界信息系統交換信息，同時節省大量電纜，構成一個快速、穩定、可靠的通信網絡是變電站自動化系統的基本要求，也是電力系統運行管理功能的基本前提。

　　近年來，隨著我國電力自動化的不斷發展，電力系統通信方式也不斷改進，現場在總線技術因其組網方便，抗干擾能力強等特點得到廣泛應用。現場總線標準很多，電力自動化系統中最常用的是LONWORKS和CAN總線。

　　LONWORKS總線通信速率為78Kbps和1.25Mbps，CAN總線通信速率為1Mbps。CAN總線是一種有效支持分布控制和實時控制的串行通信網絡，是一種通信速率可達1Mbps的多主總線[1]。

　　具有優先搶占方式進行總線仲裁的作用機理，通信速率高，錯誤幀可自動重發，永久故障可自動隔離，不影響整個網絡正常工作，可靠性高，而且協議簡單，開放性強，組網靈活，成本低等特點，能為電力自動化提供開放性、全分布及可互操作性的通信平臺。

　　CAN總線的主要特點：

　　（1）CAN為多主方式工作，網絡上任意節點，任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主次，通信方式靈活，且無需站地址等節點信息；

　　（2）CAN采用短幀結構，數據最多8個字節，這樣不僅滿足控制領域中傳遞控制命令，工作狀態和測量數據的一般要求，且保證了通信的實時性，CAN網絡上的節點信息分為不同等級，可滿足不同實時要求，高優先級最多可在134μS內得到傳輸；

　　（3）CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點主動退出發送，而優先級高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。CAN的直接傳輸距離最遠可達10Km/ 5Kbps，通信速率最高可達1Mbps/40m。可掛接設備最多可達110個。CAN節點在自身發生錯誤時具有自動關閉功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。

　　本系統間隔層主要由保護單元和測控單元組成，每個測控單元監控多路饋進饋出，采用先進現場總線CAN，現場通信采用雙絞線，總線速率達1 Mbps，快速、可靠、方便靈活，通信規約支持IEC-60870-5-101格式，克服RS485網絡上只能有一個主節點而無法構成多冗余系統的缺陷，具有很高的價格比。另外，采用雙CAN現場總線內部定期對備用CAN進行備用檢測，提高了內部網絡的冗余度。

　　站控層采用雙10 Mbps雙絞線以太網結構（能保證變電站自動化系統內部通信網絡傳輸的實時性），由雙服務器組成，站控層為值班人員提供全廠系統的監視、控制和管理功能，界面友好，容易使用。通過組件技術，軟件功能能實現“即插即用”，能較好地滿足電氣監控系統的需要，軟件系統采用模塊化結構，開放性較好。站控層操作系統可采用Windows2000/NT，數據庫選用SQL服務器，軟件主要功能模塊有前置、數據庫生成器、數據庫組態、報表管理、報警信息、曲線、棒圖、動作告警、SOE、事故追憶、錄波分析、人機界面、自動抄表、設備管理、定值管理、設備在線診斷、系統組態等。電氣監控系統中提供了故障信息傳輸系統、各級調度中心、電能計量系統、直流系統通信等接口驅動軟件。

　　總之，系統完成的主要功能有：實時數據采集與處理、數據庫的建立與維護、控制操作、同步檢測、報警處理、順序記錄（SOE）、事故追憶、畫面生成及顯示、在線計算及制表、電能量處理、遠動功能、電氣“五防”、時鐘同步、人機接口、系統自診斷與自恢復、與其他智能設備接口、運行管理功能等。

4．主要軟件設計

　　本系統中，微處理器SAB-C167CR的數據處理速度可達10 MHz，能完成所有測量、控制及通信等功能，其特點是任務較多，各任務之間協調較為復雜，為了便于個任務之間協調與功能擴充，CPU軟件系統采用了實時多任務操作系統RTOS來優化和分配CPU時序和資源，保證程序的實時性和可靠性，以任務為對象進行資源管理，任務調度和異常處理，通過RTOS管理系統根據數據處理的輕重緩急來合理分配占有CPU，優化時序分時執行，使之不閑置，不擁擠，每個處理過程又有多個不同優先級別的任務組成，采用優先搶占操作方式有效保證任務執行的實時性，采用這一軟件結構的突出特點是使程序實現了真正的模塊化，各個任務單獨編程，不受其他任務的影響，任務的增減，調度非常方便。

　　軟件設計分為兩部分：一部分是SAB-C167CR微處理器的軟件設計，包括與間隔層設備間CAN總線數據傳輸及上位機UBS的數據通信（使用USB接口方便現場，即插即用，便于PC機的維護與升級，滿足變電站數據通信的需要）；另一部分為PC機上位機軟件的設計。這部分上位機軟件設計較為復雜，若采用面向對象的語言編寫程序，可使用ActiveX控制實現數據通信。對于微處理器和上位機的軟件設計，考慮到將來間隔層設備結構的變化和硬件升級需要，程序設計分為兩層，底層負責數據接收和發送；上層負責數據幀上午打包、解包及協議的解釋。

5．結論

　　隨著現場總線技術的發展和電氣設備微機化程度的提高，為數字化形式實現變電站自動化監控系統提供了技術保證。變電站自動化系統應具有開放性，應能實現不同廠家設備的互操性（互換性）。因此，現場總線技術的應用是變電站綜合自動化發展的需要，運用現場總線技術 ，能解決變電站綜合自動化系統的通信問題，能保證數據通信的速度、質量、抗干擾能力，從而保證了變電站綜合自動化技術的有效實施。

參考文獻：

　　1．鄔寬明. CAN總線原理與應用系統設計. 北京：北京航天航空大學出版社，1996

　　2．閔濤，黃冰. 變電站自動化系統一種智能測控裝置的設計. 電力系統及自動化學報.2003[6]：87～90

　　3．李娟. 現場總線在煤礦變電站綜合自動化系統中的應用. 重慶：電工技術，2004[5]：2～3

　　4．CL2000變電站綜合自動化系統系列裝置技術說明書. 哈爾濱光宇電氣自動化有限公司