現場總線技術在電力系統自動化中的應用

林君芳，陸 兵

1.江蘇省電力公司金湖縣供電公司，江蘇 淮安 211600 2.江蘇省電力公司連云港供電公司，江蘇 連云港 222004

1 現場總線技術概述

1.1 現場總線技術

現場總線技術最先由德國西門子公司開創，到20世紀80年代中，由于現場總線技術本身具有分散化、網絡化、智能化的特點，促進了工業的進步和發展，對全球工業自動化起到非常重要的作用。由于世界各國發展工業的技術背景、經濟背景的不同，應用的現場總線技術也不相同，通過對世界各國應用的現場總線技術的歸納和總結，我們可將其分為八類：FF現場總線（foundation filedbus），CN現場總線（control net），PB現場總線（profilebus），P-NET現場總線，FF HSE現場總線，Swift Net（美國波音公司支持），World FIP現場總線，Inter bus現場總線。

總的來說，現場總線技術主要可分為三級網絡連接四個層次，三級網絡分別負擔各自的信息傳遞任務。第一級網絡，主要是將電機啟動器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PROFIBUS-DP網；第二級網絡，主要是通過數字量傳感來執行簡單的設備操作，如光電開關、接近開關、行程開關、電磁閥等，這些設備的控制主要是通過現場I/O接入PROFIBUS-DP網。第三級網絡，鏈接客戶端和信息監控，主要是將監控服務器、現場監控機、PLC、獨立主機控制段的PLC接入工業以太網;監控服務器、中央監控機、數據庫服器和客戶機接入Enter net網。

1.2 現場總線技術應用于電力系統自動化的發展趨勢

隨著社會的進步和發展，電力系統自動化得到推廣和應用，現場總線技術由于其自身的系統特點和優勢，必然將廣泛應用于電力系統自動化中。

一方面，現場總線技術的網絡化和分散化，可以使電力系統自動化實現一對多連線，并且模擬電壓、電流信號進行測量，控制，實現了電力設備之間以及與外界的信息交換。使電力自動化系統實現“信息交流”。

另一方面，現場總線技術可以將計算機和微處理設備應用于電力系統，實現電力系統的系統集成，信息集成，實現綜合自動化以及電力自動化設備之間的多點數字通信。同時，現場總線技術可以有效實現底層電力設備之間以及與外界電力設備的信息交換等。

2 現場總線技術應用于電力系統自動化的意義

2.1 實現了電力系統自動化的信息傳輸和交換

現場總線技術將各種開關、電力傳送、使用電壓的信號轉化為數字信號，然后采用數字信號通訊，提高系統對這些設備信號的檢測和判定，進而達到控制第一級網絡設備運作的目的。也加強了客戶端和電力系統首端地聯系，實現了多站點之間的高速、雙向通信。

2.2 提高了電力系統自動化的可維護性

基于現場總線的電力自動化系統采用總線方式替代一對一的I/O連線，對于大規模I/O系統來說，減少了電力輸送的連接線以及連接點，這樣也減小了大量的連接電線造成的不穩定因素，當系統出現故障時，巡查故障因素相對簡單方便。同時，系統具有現場設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可實現完成現場設備的遠程參數設定，增強了系統的可維護性。

2.3 有效減少了電力系統自動化的建設開支

首先，在電力系統的布線、安裝、維護方面，現場總線技術節省了大量的一對一的連線，改為了一對多和多對多的連線方式，且在電力的傳輸過程中實現了數字信號跟蹤和回饋，因此相較于傳統的分散控制系統，這方面的費用實現了大幅度減小。其次，現場總線技術要求電力設備的插件是統一的、標準的，這對整個電力系統而言節省了大量因為插接口不一致而導致線路或插接口的浪費，也同時免去了人力去選擇插接件的勞動，使得電力系統的末端安裝工程相對簡單方面。在這方面節省了不少的費用。最后、強大的故障診斷能力（包括總線節點的通信故障、電源故障，以及現場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速發現系統的各種故障位置和狀態），使系統的調試和維護變得輕松和方便。

3 現場總線技術應用與電力系統自動化的可操作性

3.1 現場總線技術應用于發電系統

主要是指火力發電方面，在火力發電機的熱工自動化設備上實施總線技術，通過總線技術系統來控制發電機設備的安全運作，減少人工操作和減輕勞動遷都，總線系統通過對發電機的熱能數據的監控和記錄，將這些數據傳送至上層控制端，控制端將對設備的控制程序轉化成數字信號，從而達到基層設備的自動化運作。此外，當發電設備出現意外故障和特殊信號時，總線技術控制系統在識別了這些信號時會自動發出關閉指令，減少事故發生概率。最優控制、預測控制、非線性控制、自適應控制等先進的控制策略以及模糊控制、神經網絡控制等智能控制應用到火電廠是一個發展趨勢，而現場總線技術的不斷完善則為先進的控制手段的實現提供了一個網絡環境和載體。

3.2 電力參數監控方面

目前，火電廠中主控系統為分散控制系統（DCS）。這一系統主要是根據電力設備的時機情況和生產要求，在底層設備的布線過程中將設備的傳送和運行于DCS系統相集成，目前已經在某些大型的火力發電廠運用到這一技術，這一技術的運用可以使得DCS系統對電力設備的各種數據和信號進行識別和判定，實現全數字、分層次的監控，減輕操作人員的負擔。同時，現場總線技術與DCS系統體系的集成方便了使用者的末端操作，火電廠可以通過DCS系統來選擇線路傳達操作信號，啟動和調用最優化和最合理化的基礎設別實現操作目的，為企業的生產經營創造最佳效益。電力參數監控方面 對電力參數的監控主要是通過設置電參數檢測基站實現的。電參數檢測基站以自動遠程抄表技術為核心，以現場總線技術為載體，集電測技術、通信技術、用電管理技術于一體，實現對電力信號的測量、控制、轉換、傳送，進而達到對電能信號的管理功能，及時、高效的反饋電力在傳送過程中遇到的特殊和意外情況，有利于使用者獲取電力參數和使用效率，從根本上克服了傳統抄表模式的弊端，給電能管理的現代化帶來了新的氣象，進而實現對電能的有效管理。

3.3 電力輸送方面

現場總線技術應用與電力系統，在對電力輸送方面實施監控，主要是由CAN總線、上位機和基于80C196KC的監控單元組成，結合高精度測量電路和10位A/D轉換器實現了電機運行參數的在線測量。通過設置電機額定運行參數和更換外接互感器的方法使本系統適用于任何電壓、電流等級的交流電機，系統可以采用特定的保護算法實時地對單電機進行各種保護，同時還可以根據連鎖控制算法實現一臺或幾臺電機的起動控制、保護停機。

3.4 電力分配和調度方面

現場總線技術應用于電力系統，實現電力系統自動化，其應用的一個非常重要的方面在電力的分配和調度上。傳統的廠站監控系統主要是通過電纜將PT/CT二次側電參數傳送至中控制，這樣的方式造成了測量數據在傳送過程中的降低和減少，導致測量精度不足，并且隨時需要人工值守，造成對人工和設備的浪費等。基于現場總線的廠站監控系統可采用Lonworks或CAN等現場總線技術，即可取得良好效果。

4 結論

現場總線技術應用于電力系統自動化對我國電力事業的發展起到非常重要的促進作用，但是在實踐中仍然存在一些不足和缺陷，主要是由于國際標準和我國電力實際狀況有區別。因此，需要廣大的電力工作者在實際工作中不斷探索和總結，不斷改進和創新，創建符合我國電力事業實際的現場總線技術。

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[2]李志梅.淺談現場總線技術的應用[J].科技咨詢，2011(2).

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