通信管理機NSC300在綜合自動化系統中的應用

賈 浩

0 引言

牽引變電站是地鐵供電系統的重要環節。變電站綜合自動化是將變電站的二次設備（包括測量儀表、交流保護裝置、直流保護裝置、雜散電流單元和溫控器、網上開關等）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和供電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與OCC通信等綜合性的自動化功能。本文闡述了對牽引變電站綜合自動化發展前沿技術的分析和設計，通過對新型通信管理機的應用，實現了地鐵牽引變電站系統的信息采集與傳輸功能。

1 變電站綜合自動化可以實現的功能

變電站自動化改變了傳統的保護裝置不能與外界通信的缺點，完整的變電站綜合自動化系統的全部控制、監視、測量和報警功能均可通過計算機監控系統完成。監控系統完全滿足遙信、遙測、遙控的功能，滿足無人值班的要求。從而實現了OCC主站與變電站之間快速實時的通信。它具有微機保護、數據采集、控制與操作閉鎖、全站對時、數據處理和存儲、遠方調度中心通信人機相連、系統的自診斷功能以及與遠方控制中心的通信等功能。

2 利用通信裝置的綜合自動化系統模式

在地鐵變電站中，變電站綜合自動化系統采用分層分布式結構，系統由站級管理層、通信層、間隔層3部分設備組成。

（1）站控層由主機、監控主站、工程師主站、遠方調度中心通過通信管理機實現方便實時通信。該類通信通過各種標準和通用的主站規約模塊實現，通常采用局域以太網通信，也可以通過串口進行通信；每個裝置可通過多個主站規約與第三方后臺SCADA系統通信。

（2）間隔層由各種智能單元構成。該智能單元包括交、直流保護裝置、測控裝置、各種表計，溫控器通信單元，整流器PLC，雜散電流單元等，間隔層中的設備與通信層中的設備接口，按相應的規約直接實現信息的采集與控制調節。

（3）通信層。通信層設備包括通信處理裝置暨通信管理機、通信切換裝置、遠程通信設備、GPS對時設備及所內通信網絡等。

3 通信裝置的應用

3.1 NSC300通信管理機

通信管理裝置采用 PC104為技術核心，該系統專業應用于地鐵電力監控、BAS、FAS、車站級設備通信等自動化系統。

由 NSC300裝置構成的通信處理子系統提供包含以太網、標準RS232、標準RS485、標準RS422等不同通信接口的綜合數據通信處理功能；其主要功能是處理上行、下行的信息；完成不同協議的轉發、實現不同系統的應用軟件通信的透明傳輸。NSC300全面地集散了系統的信息數據，可快速實現龐大實時數據的綜合處理功能。具有存儲容量大，處理數據快，轉發數據多的特點，很好地適應地鐵變電站綜合自動化的需求。

3.2 NSC300裝置組成及其原理

NSC300通信管理機由電源模件、CPU模件、串口模件、MMI模件等構成，通過裝置背板總線將各模件連接在一起（圖1）。

圖1 C300前端處理器電氣結構框圖

NSC300選取的PC104模塊自帶4個10/100M自適應以太網口，并且可以擴展2個網口；串行口的數量可根據需要靈活配置，串口模件上的每路串行通訊口都可以通過板上的跳線 JPA、JPB、JPC設置成RS232、RS422或者RS485通信模式。最多可配16個RS485（422/232）串口，可與多個主站和智能設備接口，每個串口可以支持多種通信規約，每個 RS485口可以串接多個相同設備，可選用不同的波特率及同步、異步工作方式；CAN網接口為雙網結構，主要用于與測控設備通信。配置大容量電子盤存儲器，最大支持64M電子盤，分配給操作系統、程序、數據、參數。此外，為了實現雙機冗余，配備了雙機冗余交互通信口及對時脈沖接口；為了便于設備維護，NSC300配備了圖形點陣液晶及鍵盤，從而實現人機交互。

3.3 NSC300裝置軟件結構

NSC300通信管理機以著名的實時多任務操作系統“VxWorks”為軟件平臺，并利用 VxWorks強大的網絡功能及高度的穩定、可靠性能。

NSC300軟件層次結構圖如圖2所示。

圖2 NSC300軟件層次結構圖

3.4 NSC300通信管理機的通信機制

（1）間隔單元通信：間隔層設備與計算機監控系統及通信控制器之間的通訊符合TCP/IP協議的要求，應用層采用國際標準 IEC60870-5-103的應用層。

（2）主站通信。NSC300裝置可以和SCADA系統直接通信。該類通信通過各種標準和通用的主站規約模塊來實現，在地鐵通信中通常采用局域以太網通信，也可以通過串口進行通信。

（3）智能設備通信。這是NSC300與外部第三方的各種智能設備之間的通信。該類通信通過各種常規的和非標的規約模塊來實現，采用串口通信方式，采集智能設備的數據。地鐵應用中大量接入各廠家的設備。

3.5 NSC300通信管理機在地鐵變電站的應用

NSC300通信管理機實現了以“四遙”為核心，具有強大的數據庫功能，NSC300通信裝置的數據庫是模擬量輸入數據信息的集散中心。該數據庫可提供二次值，也可提供工程值，并完成標度轉換、乘系數、基數等運算功能；該數據庫既可提供原始狀態、取反狀態，也可提供雙接點狀態；該數據庫可通過多個主站規約向各級調度控制中心發送數據。方式為主動上報和召喚上送。

站控層通過監控軟件或專用調試助手軟件對通信裝置進行訪問，而通信裝置可以通過豐富的規約庫完成規約間的通信和數據轉換。最后，該數據庫可通過各種節點的物理控制源驅動模塊發出控制命令和數字信號輸出狀態；NSC300通信管理機可接收和處理各級控制中心的控制命令。通過對該數據庫功能的應用，在變電站綜合自動化系統中可以實現“遙控”。上述說所的就是利用通信管理機實現的變電站綜合自動化的“四遙”功能。

目前，該設備已在國內多條地鐵線如南京地鐵1號線，南京地鐵1號線南延線，上海地鐵10號線，北京地鐵4號線、5號線等得到了規模應用，取得了很好的效果。

4 結束語

早期變電站中通信管理機的設置較單一，提供的串行口數量較少，沒有嵌入式以太網接口，對多種特殊規約有限制，數據存儲空間小，無法充分滿足地鐵變電站大量數據采集、處理、傳輸的需要，NSC300通信管理機針對地鐵的特點很好地解決了這些問題，因此采用NSC300通信管理機實現地鐵變電站自動化具有廣闊的發展前景。

[1]鐘誠.新型通信管理機及其在變電站綜合自動化應用[J].儀器儀表用戶，2006，（5）：60-61.

[2]胡明剛，王鵬.變電站綜合自動化系統的通信，自動化與儀器儀表[J].2006，（6）：94-96.