1 引言

以為基礎的全數(shù)字測量控制系統(tǒng)是21世紀自動化控制系統(tǒng)的主流。微機化分散式變電所自動化系統(tǒng)所具有的自動化程度高、組態(tài)靈活、運行可靠、占地少、投資省、設計維護簡單等諸多優(yōu)點已成為業(yè)內的共識。正是由于傳輸高效、通訊可靠、接口靈活的現(xiàn)場為信息繁雜、組態(tài)靈活、運行高速的分散式變電所自動化系統(tǒng)提供了通訊上的保證。同時，選擇不同的通訊方式、選擇不同的現(xiàn)場總線也相應決定了整個變電所自動化系統(tǒng)的不同特點。

在我局綜自站現(xiàn)場總線中，主要有3種類型：1、許繼的Lonworks總線；2、南瑞繼保公司測控網(wǎng)采用的WorldFip總線；3、。

2 總線類型比較

國內不同的自動化廠家出于不同的設計側重點，總線的選用也不一致，雖然這些總線均以國際標準化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)的模型為考慮基礎，支持多種通信介質，但由于總線類型、具體協(xié)議各不相同，總線的選擇也無統(tǒng)一標準。

2.1 Lonworks現(xiàn)場總線

2.1.1 Longworks技術特點

Lonworks技術的基本部件是同時具有通訊與控制功能的Neuron芯片。芯片內部有三個中央處理器和RAM、ROM、EEPROM、計數(shù)器以及操作系統(tǒng)。

以許繼電氣CSL160B線路保護裝置MMI插件為例，三個處理單元的神經(jīng)元芯片（Neuron芯片）——一個用于鏈路層的控制，一個用于網(wǎng)絡層的控制，另一個用于用戶的應用程序，還包含11個I／O口，這樣在一個神經(jīng)元芯片上就能完成網(wǎng)絡控制功能。

Lonwoks所采用的通訊協(xié)議為LonTalk協(xié)議，Lontalk協(xié)議遵循由國際標準化組織（ISO）定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI），該協(xié)議提供了了OSI參考模型所定義的全部七層服務。

采用面向對象的設計方法，“在負載較輕時使介質訪問延遲最小，而在負載較重時使沖突的可能性最小。”

2.1.2 通訊介質及

LonWorks控制網(wǎng)絡技術不受通訊介質的限制?？墒褂猛ㄓ嵔橘|類型較多：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等，并且各種通訊介質能夠在同一網(wǎng)絡中混合使用。在我局LonWorks綜自，通訊介質均采用雙絞線。網(wǎng)絡形式多樣，用戶可選擇任意形式的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡規(guī)?？纱罂尚?。

在我局LonWorks綜自站中，通訊介質均采用雙絞線，網(wǎng)絡形式為總線型。

[圖1 Lon網(wǎng)變電站網(wǎng)絡結構圖]

2.1.3 LongWorks現(xiàn)場總線特點

LonWorks現(xiàn)場總線在保證可靠、安全通信的基礎上還具有報文短?。ū仨殻?、高度分散化、體積小、成本低的特點。此外，LonWorks還具有以下特點：

1、Lon主要用于設備間相互通訊，而不是用于計算機之間通訊、

2、Lon無需中央處理器、服務器，即可實現(xiàn)個個節(jié)點間的相互通訊。

3、lon傳輸速率較低（雙絞線，78 kbps），適宜于數(shù)據(jù)較小的檢測信息、狀態(tài)信息和控制信息的傳輸。

4、構成簡單，利用廉價電纜（雙絞線）傳輸信息，故成本低。

2.1.4 Lon網(wǎng)實際應用中的注意事項

由于Lon網(wǎng)介質訪問采用CSMA/CD技術，可用萬用表交流檔測量其通斷。正常時，有300mV左右的交流電壓。

2.2 WorldFip現(xiàn)場總線

[圖2 Lon網(wǎng)雙線測量示意圖]

2.2.1 WorldFip特點

WorldFip使用曼徹斯特碼傳輸，是一種令牌網(wǎng)。WorldFip 使用信息生產(chǎn)者和消費者的概念，和通常意義上的輸出量、輸入量略有區(qū)別。每個生產(chǎn)者或消費者變量有一個IP地址。每個用戶站可以有例如16個生產(chǎn)者/消費者變量。任何時候，生產(chǎn)者只能有一個，而消費者可以是1個或多個。

WorldFip的設計思想是，按一定的時序，為每個信息生產(chǎn)者分配一個固定的時段，通過總線仲裁器諸個呼叫每個生產(chǎn)者，如果該生產(chǎn)者已經(jīng)上網(wǎng)，應在規(guī)定時間內應答。

2.2.2 通訊介質及網(wǎng)絡拓撲結構

典型的傳輸介質是工業(yè)級屏蔽雙絞線。網(wǎng)絡拓撲結構為總線型，但又不同于一般的總線結構，以220kV高村變?yōu)槔?，網(wǎng)絡結構圖為：

[圖3 總線型WorldFip網(wǎng)絡結構]

2.2.3 WorldFip總線特點

1、WorldFip將變電站的設備定義為“模塊”："模塊"是指一組具備一定基本功能(如交流量測量、開關量測量、開關控制等)、具有統(tǒng)一通訊接口的智能模塊。因此它們之間的通訊可按其功能、時效分為幾類標準通訊方式：周期性同步數(shù)據(jù)（如遙測）；周期性異步數(shù)據(jù)（如開入量）；非周期性信息報（如開出量）。

2、網(wǎng)絡仲裁器是整個網(wǎng)絡通信的主宰者。網(wǎng)絡仲裁器輪番呼叫每一個生產(chǎn)者變量,整個網(wǎng)線上總是有信號的。如果若干時間間隔內(例如幾十毫秒)沒有監(jiān)聽到網(wǎng)上的信號、則可以診斷為網(wǎng)絡故障。在一個網(wǎng)絡中可以有一個或多個網(wǎng)絡仲裁器。在任意給定時刻，只有一個在起作用，其他處于熱備份態(tài)，監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)。

在高村變電站中，當?shù)睾笈_機為網(wǎng)絡仲裁器，循環(huán)向各裝置問信息。

3、傳輸速率為2.5Mb/s。

4、采用專業(yè)工業(yè)用雙絞線，成本較高。

2.2.4 WorldFip網(wǎng)實際應用中的注意事項

由于WorldFip網(wǎng)兩端配備有匹配電阻，在判斷網(wǎng)絡通斷時可采用將匹配電阻一級一級向上短接的辦法，快速定位故障的網(wǎng)絡節(jié)點。

[圖4 總線型WorldFip網(wǎng)絡故障節(jié)點判斷示意圖]

2.3 以太網(wǎng)（Ethernet）

2.3.1 Ethernet網(wǎng)技術特點

以太網(wǎng)（Ethernet）的名稱是由加利福尼亞Xerox公司的PARC研究中心的Bob Metcalfe于1973年5月首次提出的。在Ethernet網(wǎng)絡中重要的通訊設備就是“網(wǎng)卡”，網(wǎng)卡上面裝有處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信通過雙絞線以串行傳輸方式進行的，而網(wǎng)卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板的I/O總線以并行方式進行傳輸。網(wǎng)絡通訊采用TCP/IP協(xié)議，每一個通訊單元均要有唯一的IP地址。

2.3.2 通訊介質及網(wǎng)絡拓撲結構

[圖5 以太網(wǎng)網(wǎng)絡結構圖]

Ethernet網(wǎng)可使用通訊介質有：雙絞線、光纖、同軸電纜、無線、紅外等。在我局高村變、虢都變均采用5類雙絞線（網(wǎng)線）。網(wǎng)絡結構為以HUB為通訊核心的星形網(wǎng)絡。

2.3.3 Ethernet網(wǎng)絡特點

1、傳輸速度快，可擴展性好

以太網(wǎng)的傳輸速度有10Mbp系統(tǒng)、100Mbps系統(tǒng)和1000Mbps系統(tǒng)。我局綜自站以太網(wǎng)為100Mbps系統(tǒng)。而且HUB接口是可以通用的，使得系統(tǒng)連接非常方便，具有良好的靈活性和擴展能力。

2、可靠性高，一個節(jié)點的故障不會影響其他節(jié)點的通訊。

3、成本低。

4、網(wǎng)絡管理方便。

由于以太網(wǎng)具有以上優(yōu)點，應用于變電站自動化系統(tǒng)已成為發(fā)展的必然趨勢。

2.2.4 Ethernet網(wǎng)實際應用中的注意事項

在Ethernet網(wǎng)中，由于采用網(wǎng)卡和集線器具有監(jiān)視燈，可從監(jiān)視燈的閃滅情況來判斷通訊是否正常。另一方面可以通過ping設備的IP地址，若能ping通，則可判定網(wǎng)絡沒有問題。

3 串行通訊

3.1 串行通訊技術特點

在我局綜自站中，還大量采用了串行通信方式。特別是在不同廠家設備之間的規(guī)約轉換通訊中，采用的通訊方式均為串行通訊方式。串行通信接口方式有：EIA-RS-232C和EIA-RS-422/

3.1.1.EIA-RS-232C接口標準

EIA-RS-標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1973年制定的數(shù)據(jù)傳輸標準接口。接口簡單，廣泛應用于內部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。而在距離15米時，最大傳輸速率為20KHz。

3.1.2. EIA-RS 422/485 接口標準

RS422對RS323C的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。RS422在全雙工通信時，需要4根傳輸線，不方便，為了減少傳輸線，又保留平衡差分的特點，由RS422標準變形為RS485。RS422用4根傳輸線，工作于全雙工，RS485只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度100K。

3.2 幾種常用的串行接口對比

表3-1 幾種常用的串行通信標準接口的主要性能

接口標準性能 RS-232C RS-422 RS-485 操作方式 單端 差分 差分 最大電纜距離 15m 1200m 1200m 最大傳輸 速率（bps） 12m 20K（15m） 10M 10M 120m － 1M 1M 1200m － 100K 100K

* RS422/485的優(yōu)點：

① 接口簡單，僅需一根，便可實現(xiàn)多節(jié)點互聯(lián)。

② 可采用標準傳輸規(guī)約。

* RS422/485缺點：

① 能連接的通信點數(shù)≤32個。

② 通信多為查詢方式。

[圖6 串行通訊測量示意圖]

3.3 串行通訊實際應用中的注意事項

由于串行通訊傳輸?shù)臄?shù)字信號，靠線纜之間的電平傳輸信號，可用萬用表直流電壓檔測量其通斷。正常時，有2V～7V左右的電壓信號跳變。

4 通訊方式比較

通過以上介紹，對我局綜自站幾種通訊方式作一比較：

表4-1 綜自站通訊方式的比較

特性 以太網(wǎng) Lonworks WorldFIP 485 數(shù)據(jù)編碼 曼徹斯特 不歸零 曼徹斯特 不歸零 通信方式 全雙式/半雙工 半雙工 半雙工 半雙工 拓撲關系 網(wǎng)絡形 總線形 總線形 總線形 傳輸介質 網(wǎng)纜 屏蔽雙絞線 屏蔽雙絞線 雙絞線 介質訪問 CSMA/CD CSMA/CD 令牌 主從 檢錯碼 CRC CRC CRC 無 體系結構 OSI全部7層 OSI1,2層 OSI1，2，7層 - 速率 10/100Mbps 78 kbps 2.5 Mbps 1.2～9.6 kbps

5 小結

任何一種總線，各現(xiàn)場總線都有各自適合的領域，并且各領域又有各自的都有其特點。

從目前的發(fā)展來看，由于以太網(wǎng)具有的速度優(yōu)勢是其他總線所無法比