嵌入式以太網(wǎng)在電力高壓監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

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摘要：計算機通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵蘸概。該文研究了新一代基于嵌入式以太網(wǎng)的電力高壓監(jiān)控系統(tǒng)凶杖，并給出了網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方案及其功能特點使碾。實踐證明新一代高壓監(jiān)控系統(tǒng)更具有良好的互操作性和開放性，能夠滿足日后變電站自動化發(fā)展的需求涩澡，代表了變電站自動化發(fā)展的最新成果顽耳。

關(guān)鍵詞：變電站自動化；嵌入式汹涯；PLC

1嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)

　　由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展今捕，以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。嵌入式以太網(wǎng)因為速度快片侧，帶寬較寬希咒，互操作性好，可擴展性強微悬，價格便宜等特點在嵌入式控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用顺良，變電站自動化系統(tǒng)選用嵌入式以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代表了變電站自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最新方向。

　　用于智能設(shè)備的嵌入式微處理器沙诅、主頻速度些栅、控制軟件的水平都有了很大的提高，再加上互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及普易，這些計算機發(fā)展的新成就都有力的推動了嵌入式以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用臊耳。代表世界電力標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展先進領(lǐng)域的IEC國際標(biāo)準(zhǔn)化組織疾隙，為使不同廠商的自動化產(chǎn)品具有互操作性畜股，已制定了關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信體系IEC61850。盡管該標(biāo)準(zhǔn)還沒有頒布正式版本鸯两，但已經(jīng)出版的IEC61850委員會草案中闷旧，已經(jīng)明確定義了嵌入式以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)作為唯一的變電站自動化領(lǐng)域的通信網(wǎng)絡(luò)长豁，這將是技術(shù)發(fā)展的國際大趨勢。

2高壓監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　基于以太網(wǎng)的高壓監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式可以非常靈活忙灼，在小型變電站自動化系統(tǒng)中可以采用簡單的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匠襟，各智能設(shè)備直接通過以太網(wǎng)連接到主控通信單元。

　　《IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)推薦大中型變電站的自動化系統(tǒng)應(yīng)該采用按間隔配置该园、面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)方式酸舍，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)體系大致分為三層結(jié)構(gòu)里初。

　　最上層為站控層啃勉。包括雙主控通信單元，雙機為冗余熱備用方式双妨，主控通信單元負(fù)責(zé)管理全站范圍的智能通信單元淮阐，收集各智能單元的數(shù)據(jù)送往調(diào)度主站，并把主站下發(fā)的控制命令分發(fā)到相應(yīng)的采集單元刁品；雙機數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡(luò)同步刷新泣特；其備份方式既可以為主備方式，也可并列運行凡宅。根據(jù)用戶的需求可以在網(wǎng)絡(luò)上配置高級應(yīng)用管理單元谆威，如當(dāng)?shù)毓δ埽瑹o功綜合控制服務(wù)器尚稍，無防控制服務(wù)器道暑，備用電源自動投切服務(wù)器等高級應(yīng)用功能，這些高級應(yīng)用管理單元既可以以專用軟件模塊的方式集中在主控通信單元實現(xiàn)（當(dāng)?shù)毓δ艹猓┙呱海部梢苑植嫉骄W(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點實現(xiàn)相應(yīng)的管理功能人蕊。

　　中間層為間隔通信單元。負(fù)責(zé)管理震头、收集本間隔內(nèi)智能設(shè)備的數(shù)據(jù)锤镀，送往站控層；接收站控層的控制命令殊青，分發(fā)到相應(yīng)的智能設(shè)備手索，同時可以通過相應(yīng)的軟件模塊完成本間隔內(nèi)的自動控制功能。間隔通信單元也可以根據(jù)用戶的需要配置為雙機熱備用的方式酣婶。

智能單元包括測控模塊和保護模塊唱枝，分別完成測控功能和保護功能。

　　主控通信單元和間隔通信單元采用雙網(wǎng)分流比驻、故障切換的通信模式该溯。正常通信過程中，雙網(wǎng)分別傳輸不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容别惦，一旦其中的一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障狈茉，則另一條網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)起傳輸全部數(shù)據(jù)的功能夫椭。這樣不但提高了系統(tǒng)的實時性，也極大的提高了系統(tǒng)的可靠性氯庆。

　　間隔通信單元與各智能設(shè)備之間通過10Mbit/s以太網(wǎng)傳輸實時數(shù)據(jù)蹭秋。由于本網(wǎng)段內(nèi)設(shè)備相對較少，完全可以保證數(shù)據(jù)的實時性堤撵。

　　合理的網(wǎng)絡(luò)配置可以減小網(wǎng)絡(luò)沖突仁讨，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性。

3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的實現(xiàn)

　　網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是設(shè)備可互操作性的基礎(chǔ)实昨，現(xiàn)階段陪竿，在變電站自動化領(lǐng)域還沒有可以直接遵循的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850無疑是今后網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的發(fā)展方向屠橄，但國際標(biāo)準(zhǔn)的制定和頒布仍然需要一段時間播窒。我們在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的制定上，采用了IEC61850的基本設(shè)計規(guī)范筷资，即采用面向設(shè)備挨这、面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

　　網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約建立在TCP/IP協(xié)議之上胃宰，分為三層體系結(jié)構(gòu)嘹冀。

　　通信服務(wù)層建立在TCP/IP之上，完成通信鏈路的建立和維護垦适，通信服務(wù)層給上一層提供可靠的端到端的通信服務(wù)朽突。

　　服務(wù)原語層把規(guī)約層的原語調(diào)用轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)報文結(jié)構(gòu)，并通過通信服務(wù)層把數(shù)據(jù)發(fā)送出去矛塑。在異種機的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下析口，完成數(shù)據(jù)報文主機字節(jié)順序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的互相轉(zhuǎn)化。本協(xié)議支持與IEC61850相一致的服務(wù)原語媳厕。支持的基本的服務(wù)原語有：數(shù)據(jù)對象服務(wù)層調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)原語完成客戶和服務(wù)器數(shù)據(jù)庫之間的同步刷新乱归，設(shè)備管理，目錄服務(wù)等面向應(yīng)用的功能睬魂。對象服務(wù)采用客戶/服務(wù)器模型终吼。本網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持豐富的數(shù)據(jù)對象，每種數(shù)據(jù)對象定義了對象值和對象屬性兩個部分氯哮，數(shù)據(jù)對象包括實時數(shù)據(jù)對象际跪、事件數(shù)據(jù)對象、控制對象喉钢、文件對象等類別姆打。

4嵌入式網(wǎng)絡(luò)管理

　　電力系統(tǒng)中，變電站點多面廣，同時為適應(yīng)減員增效和現(xiàn)代化管理的要求穴肘，很大一部分變電站都是無人值班變電站，這就要求變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)該有極高的可靠性和可維護性舔痕。隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展和國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)评抚，通過互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)各級自動化系統(tǒng)將成為一種新的發(fā)展趨勢。也為基于嵌入式web服務(wù)器的設(shè)備配置管理技術(shù)提供了良好的條件伯复。

　　新型高壓監(jiān)控系統(tǒng)支持基于web方式的設(shè)備管理慨代。經(jīng)過授權(quán)的用戶可以在客戶端采用標(biāo)準(zhǔn)的web瀏覽器（如IE）在網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點（甚至互聯(lián)網(wǎng)）方便、迅速的配置和管理設(shè)備啸如，存取網(wǎng)絡(luò)信息品昭。實現(xiàn)對變電站設(shè)備的在線管理，對采集數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測影菩。當(dāng)變電站運行設(shè)備出現(xiàn)異常時侍融，可以根據(jù)用戶的設(shè)定自動發(fā)送電子郵件，或者手機短消息等報警信息到指定用戶猜摹，及時通知管理人員處理設(shè)備故障崇夫。在正常運行期間，也可以根據(jù)用戶的設(shè)置灿磁，定期自動地向指定電子郵件信箱發(fā)送設(shè)備運行日志等缭涣。

　　基于web的設(shè)備管理方式大大減輕了設(shè)備運行人員的勞動，使得設(shè)備管理部門能夠及時了解變電站運行信息嫁橱，對設(shè)備故障的處理也更加快速有效热阁。伴隨著國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展，基于web的設(shè)備維護將比以往基于遠(yuǎn)程撥號的維護方式更加優(yōu)越环起。

5嵌入式自動控制

　　隨著計算機技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展荡明，用于變電站自動化智能設(shè)備的處理能力越來越強，網(wǎng)絡(luò)速度也越來越快娘扩，原來必須有一些獨立的裝置才能完成的自動功能尊勿，現(xiàn)在可以分布到新型監(jiān)控系統(tǒng)中各智能設(shè)備上來實現(xiàn)，變電站自動化的發(fā)展方向也必然朝著全分散式系統(tǒng)發(fā)展畜侦。

　　通過強大元扔、高效的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，各智能設(shè)備之間可以很方便地實現(xiàn)信息共享旋膳。新型監(jiān)控系統(tǒng)全面支持IEC61131-3定義的5種可編程邏輯控制語言澎语。用戶定義自己的邏輯，實現(xiàn)各種自動控制功能验懊，通過配置信息可以把自動控制功能分布到各個智能設(shè)備上擅羞，從而實現(xiàn)真正的分布式自動控制功能。如分布式無功綜合控制义图，分布式小電流接地選線减俏，分布式電源備自投等自動化功能召烂。

6結(jié)束語

　　新一代高壓監(jiān)控系統(tǒng)中采用了國際先進的變電站技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，積極靠攏IEC國際標(biāo)準(zhǔn)娃承，使得系統(tǒng)具有良好的互操作性和開放性奏夫。采用嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性倒灰，具有良好的可擴充易使用的特點艳杯，能夠滿足日后變電站自動化發(fā)展的需求，它代表了變電站自動化發(fā)展的最新成果茬蓝。

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