现场总线在变电站综合自动化系统中的应用

发布者:来来去去来来最新更新时间:2013-01-12 来源: 21ic关键字:变电站  综合自动化系统  现场总线 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

    1、引言

    为了保护、控制和测量的需要,传统变电站的所有设备如变压器、线路等的二次电压、电流及断路器开关量都必须用大量的控制电缆引到主控室,投资大而且二次回路非常复杂,维护很不方便。传统的变电站自动化系统是按保护、监控、故障记录和其他控制等功能分成若干个相对独立的子系统,每个子系统都有自己的输入和输出设备,造成设施重复,联系复杂,开关量及模拟量采集可靠性差。近年来,随着自动控制、计算机技术、网络、通信技术的飞速发展,当今变电站综合自动化系统已将保护、控制、测量等功能集成在一起,通过网络联系起来,大大节省投资,尤其是自动化设备采用面向对象的微机化产品后,FCS现场总线型自动化系统的应用迎运而生。

    2、现场总线控制系统FCS

    现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯,随着现场总线技术的出现和成熟,促使工业控制系统由集散控制系统(DCS)向现场总线控制系统(FCS)过渡。现场总线控制系统把各个分散的测量、控制设备变成网络节点,以现场总线为纽带,把它们连接成可以相互沟通信息,共同完成控制任务的网络控制系统,真正实现了“信息集中、控制分散”的全分布式系统。比起传统变电站综合自动化系统和DCS系统,FCS系统大大减少现场敷线数量和相应的工作量,大大减少了现场各种接口的数量和相应的工作量,提供了网络的智能化程度和信息交换速度,提高了系统的可靠性和抗干扰性,其主要优越性表现在以下几个方面:
(1)互操作性好。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作,避免了传统系统中必须选用同一厂家的产品限制,促进了有效的竞争,降低了控制系统的成本。
(2)开放性好。现场总线的通讯方式为开放式的互连网络,所有技术和标准是公开的,所有制造商必须新遵循,用户可以自由组成不同制造商的通讯网络,既可与同层网络相连,也可与不同层网络互连,因此现场总线给综合自动化系统带来更大的适应性。
(3)成本降低。传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室,在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上,这样只需极少的线进入中央控制区室,大量节省了布线费用,同时也降低了中央控制室的造价。
(4)安装、维护、使用方便。使用现场总线接口技术,无需用很多控制电缆连接各控制单元,只需将各个设备挂在系统总线上,显著减少连接电缆、安装、维护和使用更为方便。
(5)系统配置灵活,可扩展性好。由于现场总线具有开放性、互操作性、互换性、高度集成化等特点,同时有较多冗于接口,其他各种智能化设备和自动化系统可方便而无缝接入系统主站。
(6)智能化与自治性。现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息,具有很高的智能,能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作,大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。
(7)全数字化。将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想,但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中,用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外,数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。

    3、现场总线控制系统FCS在变电站综合自动化系统的实现方案与应用。

    3.1系统概论

    本方案是针对南铝20000t/a铝型材二期技改工程项目10KV变电站综合自动化系统项目提出来的综合自动化方案。该方案按照“面对对象(间隔)”的分层、分布式变电站综合自动化设计理念,对变电站二次系统进行配置组网,即利用目前先进的计算机控制和网络通信技术,采用嵌入式微机系统作为变电站的保护、监测、控制模块,通过现场总线技术,将数据采集到变电站自动化主站,处理打包后通过现有的通信信道上发至调度端。反之,将调度指令通过变电站站端监控系统下发至每一间隔执行。从而实现整个变电站的遥测、遥信、遥控、遥调功能,可实现变电站无人值班。

    本方案保护配置均采用微机保护装置,与微机监控系统实现综合自动化管理,系统具有高可靠性,技术先进,扩张性强,升级方便。微机保护装置全部就地安装在高压开关柜上,该系统同时具有手动和自动两种功能,能同时进行相互切换;10K变电站设一套微机综合自动化系统,微机自动化系统采用面向对象的分布式一体化结构,遵循开放系统的原则,采用分层分布结构,良好的人机界面、良好的开放性,具有多种通讯接口,能够实现资源的最大化共享,为供电系统的安全、经济运行提供了可靠保证。

    3.2系统结构

    该项目整个系统分为三部分:主控层、通讯层和间隔层。主控层为电气设备监视、测量、控制、管理的中心,通过高速以太网与通讯层通讯管理机相连。通讯层通过采用基于CAN网络的 .aspx" title="现场总线" style="text-decoration:underline;color:blue">现场总线型技术和分散在各个开关柜的保护测控装置通讯。间隔层有独立完成保护测控的功能,在主控层及网络失效的情况下,间隔层仍能独立完成监测、保护和断路器控制功能。该系统组态灵活,具有较好的可维修性和可扩展性,并可以有效防止由于各类计算机病毒侵害造成系统内存数据丢失或系统损坏。[page]

    1主控层:由监控主机和外设等设备组成,负责整个系统的监控和维护并将各种信息进行分类储存管理,并通过通讯管理层对间隔层的设备进行管理和通讯,接收并下发各种控制指令。
2通讯层:由通讯管理机和通讯网络组成,完成与综合自动化装置、直流屏、其他智能设备等直接联系,实现模拟信息、数字信息、电能量信息的采集并将数据转发给后台或调度的功能并可实现规约的转换。
3间隔层:间隔层设备按电气间隔配置,由安装在开关柜上的保护测控装置组成完成保护、测量、控制、传输等功能。间隔层经现场总线与通讯管理机通讯。

    本系统主要由10KV微机测控保护装置(包括变压器综合测控保护装置、进线综合测控保护装置、PT切换及低电压保护装置)、后台监控系统(工控机、监控软件)、通讯管理机等组成。

    3.3系统功能

    (1)微机继电保护信息监控:本系统提供变电站微机继电保护信息监控功能,实现对变电站微机继电保护装置运行状态的监视,继电保护装置动作的报警、记录与查看;提供继保人员远方查看、整定保护定值及参数,远方投退保护装置,远方保护装置信号复归等手段。
    (2)数据采集和监控功能。数据采集系统来自RTU和下级计算机系统送来的模拟量、状态量、开关量、数字量、脉冲量等和系统对站内设备进行自动监视和操作控制功能,判断设备运行状况,并可统计打印以上状态的累计时间和次数;故障时能自动报警。并具有远方诊断和维护功能。
    (3)控制功能。对断路器分、合的操作、对补偿电容器投、切的操作、对主变有载开关自动调级、低频自动减载、备用电源自动投入等
    (4)处理功能。可在现场及主控室对遥测、状态量、电量等进行处理。

    (5)和微机防误闭锁系统接口功能:系统可以和国内众多微机防误闭锁生产厂家的微机防误闭锁装置接口并通信,实现对任何复杂接线的变电站一次设备的强制闭锁等功能。。通过操作与闭锁功能有效的防止电气误操作;当系统发生故障时,能完成事件记录处理、事故追忆处理、报警处理,具有越限报警和异常状态报警等功能。
    (6)智能操作票功能:系统提供了智能生成倒闸工作票、图形化单步生成操作票、操作票模拟演示、操作票培训练习、典型操作票自定义维护、操作票自动化传输和操作票管理等功能。

    3.4由现场总线技术实现的通信功能

    随着我国电力自动化的不断发展,电力系统通信方式也不断改进,现场总线技术因其组网方便,抗干扰能力强等特点得到广泛应用。现场总线标准很多,电力自动化系统中最常用的是LONWORKS和CAN总线。CAN总线通信速率为1Mbps。CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络,是一种通信速率可达1Mbps的多主总线。我公司10kv变电站综合自动化系统的通信网络采用目前国内供电监控系统流行的基于CAN网络的现场总线型技术方案。具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理,通信速率高,错误帧可自动重发,永久故障可自动隔离,不影响整个网络正常工作,可靠性高,而且协议简单,开放性强,组网灵活,成本低等特点,能为电力自动化提供开放性、全分布及可互操作性的通信平台。

    CAN总线的主要特点:
    (1)CAN为多主方式工作,网络上任意节点,任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主次,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息;
    (2)CAN采用短帧结构,数据最多8个字节,这样不仅满足控制领域中传递控制命令,工作状态和测量数据的一般要求,且保证了通信的实时性,CAN网络上的节点信息分为不同等级,可满足不同实时要求,高优先级最多可在134μS内得到传输;
    (3)CAN采用非破坏性总线优先及仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点主动退出发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突时间。CAN的直接传输距离最远可达10Km/ 5Kbps,通信速率最高可达1Mbps/40m。可挂接设备最多可达110个。CAN节点在自身发生错误时具有自动关闭功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。

    3.5软件结构

    (1) 系统软件。包括组态软件及功能软件,其中组态软件可连接各单元模块,自动识别其类型配置等相应资源,还可利用工具包各类软件自动生成各种画面、报表等信息管理;功能软件具有CRT画面显示功能、打印功能、画面制作和参数设置功能、操作控制功能、事件顺序记录(SOE)功能、系统自诊断等。

    操作系统:采用Microsoft  Windows NT、Windows 2000操作系统
    数据库管理系统:Microsoft  SQL  Server2000关系数据库
    办公自动化系统:Microsoft  Office 2000
    开发软件:VISUAL C++6.0

    (2) 应用软件。包括数据采集与处理软件、系统管理软件、人机联系软件、应用软件、历史数据软件、通讯软件、自诊软件等。

    4、结束语

    在变电站中采用现场总线后可实现真正的分层、分布式结构,这种完全分层分布式 .aspx" title="系统" style="text-decoration:underline;color:blue">系统,进一步提高了整个系统的可靠性,使系统具有很大的灵活性和可扩展性,符合国际上变电站综合自动化系统的发展趋势。综合自动化系统在我公司的成功应用,对提高变电站安全、稳定、可靠运行以及降低运行维护成本等都具有十分重要的意义。相信在国内外现场总线厂家和设计研究部门的共同努力下 ,基于现场总线的控制系统必将分系统、分阶段地逐步取代现有的分散式控制系统 ,在未来定将成为我国电力系统自动化的主导设备。

关键字:变电站  综合自动化系统  现场总线 引用地址:现场总线在变电站综合自动化系统中的应用

上一篇:CAN总线控制网络实时性分析
下一篇:有关新一代仪器总线LXI的一组数字

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:30

基于现场总线小型水泥生产配料控制系统
        1 引言         目前我国中小型水泥厂在水泥生产中所占的比例越来越大,为达到节能降耗、提高质量的目的,采用现场总线技术和智能模块,设计一种低成本,可靠性高,易于维护,操作方便的新型微机配料系统,符合我国为数众多的中小水泥企业的要求。为此,我们开发了基于现场总线的小型水泥生产配料控制系统,并应用于实际生产。本系统不仅提高了生产的可靠性,提高了质量,同时为水泥企业带来了明显的经济效益。         2 系统组成         整个控制系统由两大部分组成——计算机和控制柜,通过工业以太网将计算机连接起来,系统组成结构如图1所示。配料控制计算机通过RS485通讯接口和电气控制柜内的远端数据采集模块进行通讯。RS
[嵌入式]
新西兰一变电站发生爆炸导致大面积停电
新西兰警方表示,当地时间3月12日早上8:20,新西兰首都惠灵顿附近一个变电站发生爆炸,现场可以看到烟雾从变电站升起。爆炸造成惠灵顿及周边地区大面积停电。 惠灵顿电力公司确认,惠灵顿及周边地区总共有94000个客户电力供应中断,惠灵顿市中心的一些建筑和一些医院正在使用发电机维持运转。事故原因还在调查中。(总台记者 林清辉)
[新能源]
基于Profibus-DP的PLC与PC现场总线控制系统
目前,石油化工行业中使用的微机发油控制系统大都采用自行开发的单片机系统控制油泵,并通过RS-485总线与PC机的串口(使用RS-232转485转换器)相连,依靠上位机管理软件监控下位机。但化工行业中的设备复杂,且RS-485总线方式抗干扰性弱,使得系统稳定性下降,调试复杂。本系统采用PROFIBUS-DP现场总线技术,下位机为抗干扰性极强的PLC,上位机通过专用PROFIBUS通讯卡CP5611构建的整套系统,分布性、可靠性与可扩展性都得到了极大的提高。本文章通过结合现行开发的基于PROFIBUS-DP的石油化工发油控制系统,主要介绍了现场总线技术,以及如何实现PROFIBUS总线与PLC通讯的相关技术。 关键词:PROFIBUS
[嵌入式]
基于LPC2292控制器和CAN现场总线实现电力电缆沟道监测系统的设计
1 引言 城市高低压输电电缆人地率已成为城市管理水平的标志之一。城市输配电电缆近年正逐渐从架空线改为电力电缆,电缆沟道作为电缆线路的通道,其建设速度逐年加快,建设里程逐年递增,以后更会大规模展开。 研制一套电缆沟道检测系统,采用现代化的设备和手段对电缆沟道环境和电缆运行状态进行实时传输,全程监测,状态显示,临界报警,预测提示,事件分析统计等,通过此设备使电缆沟道的管理由人工周期巡检,事后补救式转变为全程实时监测、人工周期维护和事件应急反应处理相结合的管理模式。将事故隐患消除在萌芽状态,防患于未然,降低事故发生率和人员成本,提高供电质量,增加经济效益。这里基于LPC2292控制器和CAN现场总线技术,考虑经济、实用因素,提出并设
[单片机]
基于LPC2292控制器和CAN<font color='red'>现场总线</font>实现电力电缆沟道监测<font color='red'>系统</font>的设计
光纤自愈环网在变电站自动化系统中的设计与实现
    摘要: 针对变电站自动化系统中星形光纤通信网络存在的缺陷,提出了一套适用于该类系统的光纤自愈环网系统结构方案。设计了该方案的网络结构、环网自愈策略及信息编码格式,并给出了基于EPLD的具体实现方法。实际性能测试表明,该光纤自愈环网在变电站自动化系统中有着广阔的应用前景和推广价值。     关键词: 变电站自动化系统 光纤 环网 自愈 EPLD 近年来,分层分布式体系结构已成为变电站自动化系统的标准结构模式 。该体系结构中网络通信于系统的功能与可靠性是影响整个系统的重要因素之一。由于变电站现场电磁环境恶劣,为提高通信可靠性,光纤通信技术越来越多地被应用于该类系统中。 目前在变电站自动化系统中应用的光纤
[应用]
永康变电站启用智能巡检机器人
3月14日,在永康市供电公司110千伏五峰变电站内,一台白色的智能巡检机器人从充电点出发,沿着设定的路线前行,在巡检点前自动停止,转动顶部的摄像头,采集表计读数、设备工作温度,完成后再去下一个巡检点。据悉,永康此次投入使用的变电站智能巡检机器人系金华市首例。 这台智能巡检机器人拥有红外测温、表计识别、高清拍摄、噪音分析、语音对讲等功能。设定好线路后,它能定时自动从充电点出发,对巡检点挨个检查,将数据传输到后台客户端软件系统,并能自动报警,提醒运维人员确保设备安全运行。 “这台机器人可对自身状态进行实时监测并反馈,有诸多拟人化特点,如遇到前方有障碍物时,它会在接近1米时减速、0.5米时停止前行,前方阻碍时间超过半小时,它便会返回等待
[机器人]
CAN/FlexRay总线开发平台解决方案
恒润科技一直致力于现场总线(尤其是CAN/FlexRay总线)技术在国内的推广和应用。自从2003年开始代理德国Vector公司的总线开发工具以 来,不仅为国内各研究机构和企业提供了完善的总线开发工具平台和及时的技术支持服务,还为客户提供更有价值的工程咨询服务。恒润科技在总线通信协议制定、 节点实现和网络测试方面有丰富的工程经验。 解决方案 •  总线通信协议制定         恒润科技根据自身对多种高层通信协议标准(如CANaerospace、Arinc825、J1939、ISO15765、CANopen等)的认知和理 解,协助客户选择合适的高层通信协议框架,并详细制定适合其项目需要的高层协议。另一方面,恒润科技还根据客
[嵌入式]
由FODCS与和利时公司PLC产品组成的现场总线系统
由蚌埠玻璃工业设计研究院蚌埠华裕机电设备有限公司开发设计和制造的平板玻璃水平辊道式钢化机组,其自动控制系统选用了北京和利时系统工程股份有限公司的FODCS和和利时公司 PLC 产品系统。 其工艺过程是:首先将处理好的平板玻璃送入电炉加热到600℃,然后将红热的玻璃送入到风栅进行淬冷钢化,从而达到提高玻璃表面应力的目的。玻璃被加热到一定温度时会发生软化,而玻璃的加热、钢化都是在辊道上进行的,为了保证玻璃的平整度,必须使玻璃处于不断的往复运动中,对电炉和风栅辊道往复运动控制的好坏也成为整个机组控制中的一个关键环节。电炉炉膛的有效长度为4.8m,要求能够加工的最长玻璃尺寸是4.5m,因此在每一炉十几分钟的往复运动中玻璃距离前后炉门的位置要
[嵌入式]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved