串口通訊在變電站保護(hù)信息采集方面的問題

摘 要：串口通訊在目前的保護(hù)信息采集系統(tǒng)中比較常用。根據(jù)實際應(yīng)用中所總結(jié)的一些經(jīng)驗，對保護(hù)信息采集系統(tǒng)的組網(wǎng)提供幾個實際方案，介紹各種方案的優(yōu)缺點。最后提出一個保護(hù)裝置最好能提供2個獨立通訊口的建議，以提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾性。

關(guān)鍵詞：串口通訊；變電站；保護(hù)信息采集系統(tǒng)；保護(hù)裝置

Serial Port Communication in Substation Protection Aspects of the Information Collection

LOU Qunhui1，JIANG Shiting2，SUN Pan3

(1.Jinhua Electrical Power Bureau，Jinhua，321017，China;2.Creaway Automation Engineering Co.Ltd.，Hangzhou，310012，China;

3.School of Electronics Information，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，310018，China[J])

Abstract：Serial post communication in the protection information collection system is still relatively common.Based on the practical application，the author provides some actual programs to the network of protection information collection system，and introduces the advantages and disadvantages of various programs.Finally a proposal is mentioned that the protective device should provide two independent communication ports to provide the reliability of data and systems of interference.

eywords：serial port communication;substation;protection information collection system;protection device

在變電站內(nèi)的保護(hù)裝置，通訊接口方式多種多樣，有采用以太網(wǎng)、串口或其他現(xiàn)場總線方式等。在變電站實際保護(hù)信息采集系統(tǒng)中，過去采用串口通訊的比較多，那時候的保護(hù)裝置一般都只提供串口通訊方式。但串口方式相對于現(xiàn)在的幾個通訊方式，存在著通訊速率慢、通訊距離短、抗干擾性弱等幾個特點，這對于通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確立也會帶來一些困難。下面將對基于串口通訊的保護(hù)信息采集系統(tǒng)的組網(wǎng)提供幾個實際方案，并介紹這幾個方案在實際應(yīng)用中存在的問題。

1 點對點組網(wǎng)方式

如今變電站內(nèi)配置的保護(hù)裝置比較多，包括各電壓等級的線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、電容器保護(hù)、備自投裝置等（一般110 kV變電站都有50臺左右保護(hù)裝置）。在組網(wǎng)時首先考慮的是一對一的串口通訊方式（如圖1所示），就是每臺保護(hù)裝置都獨立拉1根通訊線到采集裝置，提供串口一對一接入，這樣的好處就是采集系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時實時性高，相互信息不會干擾，但實際的工程當(dāng)中一般的采集裝置都提供不了如此多的串口。所以采用這個方案的比較少。

2 一個串口接入的總線方式

在串口通訊中也可以采用總線方式（RS 485或RS 422方式），只要把所有的通訊線都掛接在一起，拉1條總線到保護(hù)信息采集裝置，接入到1個通訊串口（見圖2）。

這樣的方案，數(shù)據(jù)在通訊時必須采用非平衡方式，也就是一問一答方式，所謂的一問一答就是采集裝置召喚一幀，裝置回應(yīng)一幀，如果不是這樣就會有問題出現(xiàn)，因為串口底層無法控制數(shù)據(jù)的收發(fā)，當(dāng)幾臺裝置同時發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，就有可能在總線上出現(xiàn)信號錯亂的現(xiàn)象，也就是在采集裝置收到的報文中，會出現(xiàn)前面幾個字節(jié)是裝置1的數(shù)據(jù)，后面幾個字節(jié)卻是裝置2的數(shù)據(jù)，而串口底層是無法判斷哪幾個字節(jié)是哪個裝置發(fā)送過來的。這樣到應(yīng)用層時，用來表示數(shù)據(jù)來自哪里的所謂裝置地址就會失效，因為裝置收到的不能確認(rèn)是完整的幀，裝置地址位也無從談起。

而如果采用一問一答的方式，數(shù)據(jù)的正確性是可以保證，但突發(fā)事件傳輸實時性會有一些問題，用IEC 60870-5-103規(guī)約舉例，采集裝置在對保護(hù)進(jìn)行完初始化和總召喚命令后，一般輪循召喚2級數(shù)據(jù)，保護(hù)回應(yīng)2級數(shù)據(jù)（如遙測）。當(dāng)保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)（也就是保護(hù)有突發(fā)數(shù)據(jù)）的時候，在上送的2級數(shù)據(jù)中的控制域中有1位ACD位置1來說明保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)需要上送。然后采集裝置再發(fā)送召喚1級數(shù)據(jù)命令，保護(hù)裝置回應(yīng)1幀1級數(shù)據(jù)，在此幀并告知還有無后續(xù)幀，如有后續(xù)幀，采集裝置再發(fā)召喚1級數(shù)據(jù)命令，直到1級數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢。其交互過程見圖3。

如果實際傳輸過程是這樣，則變電站內(nèi)如有50臺保護(hù)設(shè)備，空閑時候?qū)@50臺保護(hù)都輪循發(fā)送召喚2級數(shù)據(jù)命令，因為是一問一答的非平衡方式，所以在采集裝置一個命令發(fā)出以后必需等到有保護(hù)回應(yīng)以后才能發(fā)第2個命令（切記不可連續(xù)發(fā)命令，然后統(tǒng)一監(jiān)聽，上面已經(jīng)講過在非平衡模式下這樣發(fā)送數(shù)據(jù)，會讓報文錯亂），假設(shè)一個回應(yīng)需要0.5 s（實際情況會長一點），則50臺保護(hù)設(shè)備的一次輪循就需要25s時間，當(dāng)某一臺設(shè)備有1級數(shù)據(jù)的時候，采集裝置知道的時間也就是0.5~25 s之間;如果剛好是輪循到后面幾個保護(hù)裝置有1級數(shù)據(jù)需要傳送的話，時間一般就是在20 s以后，再加上保護(hù)自己的報告生成時間和采集裝置報文處理時間，那么這個突發(fā)事件的實時性就比較差。所以這樣的組網(wǎng)方案在實際工程中一般也不會被采用。

3 多個串口接入的總線方式

這種方式是考慮到采集裝置一般會有多個串口進(jìn)行通訊，就把保護(hù)裝置幾個一組進(jìn)行總線組網(wǎng)（考慮到實際情況一般為6個一組，也可以按現(xiàn)場情況決定），然后接相應(yīng)的線到采集裝置對應(yīng)的串口接入（見圖4）。

這樣的組網(wǎng)方式，采集過程和上面講的一串口接入一樣，但每個串口只管幾臺保護(hù)，采用非平衡方式下，保護(hù)突發(fā)事件的反應(yīng)時間相對于這個串口一般在0.5~3 s之間，這樣從數(shù)據(jù)可靠性和實時性上考慮，作為保護(hù)故障信息系統(tǒng)可以接受的，而且在變電站實際工程中也是比較符合現(xiàn)場情況。

4 和SCADA系統(tǒng)的相容問題

變電站內(nèi)一般有實時監(jiān)控系統(tǒng)，它的串口組網(wǎng)方式也無非是上面幾種，可能做的提高實時性和可靠性的辦法是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，但受到保護(hù)自身傳輸和非平衡通訊規(guī)約的制約，其實時性一般沒有用以太網(wǎng)等其他通訊方式高。如今的保護(hù)如果提供2個獨立通訊口，保護(hù)故障信息系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)各取一個通訊口，不存在信息的相互干擾，通訊能力也是只和保護(hù)自身處理能力有關(guān)。但如果保護(hù)只提供1個通訊口（如早期的LFP系列保護(hù)，只提供1個RS 232串口），則無法獨立地接入2套系統(tǒng)。為了解決這個問題，需要一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理裝置（如RCS 9692，用LFP通訊規(guī)約），把保護(hù)設(shè)備都先接入到這個轉(zhuǎn)發(fā)裝置中，并對其提供2個獨立的通訊口，所以組網(wǎng)方式變成如圖5所示。

如果是這樣組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，則數(shù)據(jù)的實時性的好壞很大程序取決于這個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，而一個透明的命令轉(zhuǎn)發(fā)器，只有1個串口接入到保護(hù)信息采集裝置，其模式就相當(dāng)于總線方式（1個串口接入），上面已經(jīng)提到這個模式下實時性會比較差（而實際在接入RCS 9692這個裝置中，它單個命令的回應(yīng)時間為1~1.5 s）。

需要注意：實際情況下，RCS 9692的2個通訊口有差別，接通訊口1，則RCS 9692有一個對下輪循機制，RCS 9692自動輪循保護(hù)并會把保護(hù)的突發(fā)信息先保存在自己的緩沖區(qū)中，當(dāng)通過通訊口1去詢問時，就會把緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)直接回應(yīng)，但通過通訊口2卻沒有這個功能，是一個透明的通訊口，而SCADA系統(tǒng)一般需要接入通訊口1。

5 結(jié) 語

正如上面這些情況所言，保護(hù)故障信息系統(tǒng)有時采集突發(fā)事件反應(yīng)較慢，因為其與SCADA系統(tǒng)相容問題導(dǎo)致，其實在變電站自動化實施過程中狀況已經(jīng)改變，現(xiàn)在越來越多的通訊采用以太網(wǎng)等方式進(jìn)行。但為了數(shù)據(jù)的可靠性，保護(hù)裝置最好能提供2個獨立的通訊口，而且最好2個通訊口都能自由選擇提供規(guī)約，這樣數(shù)據(jù)不會在通訊中相互干擾，更可提高可靠性，如1個通訊口損壞不會影響另一套系統(tǒng)，保護(hù)數(shù)據(jù)還能有一定的持續(xù)性和完整性。SCADA系統(tǒng)比較注重實時性，但保護(hù)故障信息系統(tǒng)卻更關(guān)心數(shù)據(jù)的完整性，比如對保護(hù)擾動數(shù)據(jù)的采集等。如果保護(hù)只提供一個通訊口有數(shù)據(jù)服務(wù)的情況下，那么命令轉(zhuǎn)發(fā)器應(yīng)該做到數(shù)據(jù)的實時性，與2套系統(tǒng)的不相互干擾性。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］鄭彪，汪秉文.串口通訊在工業(yè)控制中的應(yīng)用［J］.自動化儀表，2002，23(4:58-59.

［2］羅光坤，楊昊.基于LabVIEW與單片機串口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)，2003（1）:14-16.

［3］李肇慶.串行端口技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.