智能化配電系統(tǒng)中的多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種開(kāi)放式、數(shù)字化、雙向通信、多節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)，近年來(lái)發(fā)展相當(dāng)迅速，但是到現(xiàn)在還沒(méi)有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。文章對(duì)多現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行了介紹，并介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器與應(yīng)用集成方法解決多現(xiàn)場(chǎng)總線的方法。

關(guān)鍵詞：智能化配電；現(xiàn)場(chǎng)總線；協(xié)議控制器；協(xié)議板；接口板

中圖分類號(hào)：TM64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）28-0101-02

科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步促使了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，要求配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠擁有更高的可靠性，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理。隨著微處理機(jī)術(shù)的日趨成熟與推廣以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的改善，為智能化電器元件的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)，而智能化電氣管理系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)。智能化配電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行與智能化管理。智能化配電系統(tǒng)的主要功能有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、通信以及遠(yuǎn)程控制等。根據(jù)使用要求，智能化配電系統(tǒng)的操作模式應(yīng)該是面向?qū)ο蟮牟僮髂Ｊ剑淇垢蓴_能力要強(qiáng)。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的快速發(fā)展與運(yùn)用，使得智能化配電系統(tǒng)中的各種智能元件能夠不依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)行，這就讓系統(tǒng)擁有了較高的可靠性，并且實(shí)時(shí)性也能夠大大的提高。

1 多現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線指的是工廠內(nèi)測(cè)量與控制機(jī)器之間進(jìn)行數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)，這是一種底層控制網(wǎng)絡(luò)，具備了開(kāi)放式、數(shù)字化與多點(diǎn)通信的特點(diǎn)。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，這就對(duì)操作人員提出了更高的要求，他們必須要能夠?qū)Χ帱c(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)與信息進(jìn)行掌握，還要能夠在此基礎(chǔ)上來(lái)根據(jù)信息進(jìn)行操作控制，這就推動(dòng)了氣動(dòng)、電動(dòng)系列的單元組合式儀表的出現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了集中控制室。生產(chǎn)集散控制系統(tǒng)DCS就是將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)利用統(tǒng)一的模擬信號(hào)送到集中控制室中。但是使用模擬信號(hào)進(jìn)行傳遞有著其難以克服的缺點(diǎn)，使得計(jì)算的速度與進(jìn)度都難以有效的提升，同時(shí)模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力不足，這些都促使了采用數(shù)字信號(hào)來(lái)取代模擬信號(hào)的需求，促使了直接數(shù)字控制的出現(xiàn)。在早期因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)具有封閉性這一缺陷，使得各個(gè)廠家的產(chǎn)品各成系統(tǒng)，相互之間連接相當(dāng)困難，并且要實(shí)現(xiàn)互換和互操作也相當(dāng)困難，因此難以在大范圍內(nèi)組成信息共享網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，如今已經(jīng)能夠很好突破這些限制。

現(xiàn)在常用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有很多，在一個(gè)智能化配電系統(tǒng)中往往會(huì)使用到多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，因此所需要的協(xié)議轉(zhuǎn)換器也就較多，要解決各個(gè)廠家產(chǎn)品之間的兼容性就需要通過(guò)硬件與軟件的方法來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行處理，其目的就是為了能夠?qū)⒉煌默F(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品可以融入到一個(gè)系統(tǒng)之中，讓不同的產(chǎn)品發(fā)揮出其各自的長(zhǎng)處，并讓那些希望能夠使用多個(gè)廠家產(chǎn)品的用戶能夠擁有更強(qiáng)的靈活性。

通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器有著較為良好的通用性。這種設(shè)備能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連成一個(gè)完整的網(wǎng)

絡(luò)，并對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息進(jìn)行傳遞。因?yàn)榫哂辛己玫耐ㄓ眯停虼耍恍枰ㄟ^(guò)相對(duì)應(yīng)的中央處理器以及接口電路和軟件就能對(duì)多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)

行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)讓不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器分析

通用型的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以采用模塊化的結(jié)構(gòu)，模塊化的結(jié)構(gòu)能夠具有更好的通用性。模塊化結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展能力較強(qiáng)，系統(tǒng)升級(jí)也更為方便。總線協(xié)議控制器主要由底板與插卡這兩個(gè)部分組成，系統(tǒng)總線則包含了底板、擴(kuò)展槽以及處于底板上的信號(hào)線這幾個(gè)部分。插卡則主要包含有主控板、協(xié)議板、接口板這幾種。在主控板與協(xié)議板上都自帶有中央處理器。主控板負(fù)責(zé)的是對(duì)系統(tǒng)以及上位機(jī)之間的通信進(jìn)行管理。在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器上有專用的接口來(lái)與上位機(jī)進(jìn)行連接，主控板主要通過(guò)接口與上位機(jī)進(jìn)行信息的交換，其功能包含許多方面，例如管理系統(tǒng)總線、為協(xié)議板與接口板進(jìn)行系統(tǒng)資源的分配、和協(xié)議板之間進(jìn)行信息交換、處理協(xié)議板所提供的數(shù)據(jù)和信息、等待上位機(jī)提出的請(qǐng)求以及提取信息等。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器中協(xié)議板有著十分重要的作用，其負(fù)責(zé)的是所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信，通過(guò)協(xié)議板能夠提供很多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。接口板則只是從屬于某一項(xiàng)具體的協(xié)議，主要為協(xié)議板提供通信連接。所能夠提供的接口的種類很多，用戶能夠根據(jù)實(shí)際需求對(duì)接口進(jìn)行選擇。串行的方式是當(dāng)前使用得較為廣泛的，總線協(xié)議控制器與上位機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間都是采用串行方式進(jìn)行通信，而在通信控制器的內(nèi)部各個(gè)插板是通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)進(jìn)行通信的。主板和各個(gè)協(xié)議板之間在進(jìn)行通信時(shí)卻是采用主從方式，主板通過(guò)系統(tǒng)總線和協(xié)議板進(jìn)行通信。

每一塊協(xié)議板都有唯一的協(xié)議板號(hào)識(shí)別電路，在進(jìn)行通信時(shí)，主板在系統(tǒng)總線上通過(guò)廣播的方式發(fā)送出協(xié)議板號(hào)，通過(guò)協(xié)議板號(hào)來(lái)與協(xié)議板建立通信連接，只有當(dāng)主板發(fā)出的協(xié)議板號(hào)與協(xié)議板擁有的板號(hào)相符，通信連接才能夠確立。如果有新增的協(xié)議設(shè)備，也不需要對(duì)硬件進(jìn)行改動(dòng)，只需要對(duì)所增加的協(xié)議板設(shè)置協(xié)議板號(hào)，并在上位機(jī)的組態(tài)中添加相應(yīng)的信息，然后存入到計(jì)算機(jī)中。協(xié)議板與接口之間的信息傳遞是通過(guò)系統(tǒng)中的局部總線來(lái)完成的。

3 多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的解決

對(duì)于多現(xiàn)場(chǎng)總線可以采用集成的方法進(jìn)行解決。除去上面那種方法外還有其他方法。從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，考慮到工程實(shí)例歸納出常用的、有代表性的智能設(shè)備，使用某種現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)組成網(wǎng)絡(luò)，并利用工控組態(tài)軟件來(lái)開(kāi)放出相應(yīng)的監(jiān)控軟件，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)完整的職能化配電系統(tǒng)。這樣的方法能夠通過(guò)較為低廉的價(jià)格就配置出擁有良好性能的系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)所需要投入的人力與物力都不會(huì)很多。還可以與高校進(jìn)行長(zhǎng)期合作，與高校一起合作開(kāi)放，通過(guò)高校所擁有的雄厚的研發(fā)實(shí)力來(lái)開(kāi)發(fā)出融合多現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)通信設(shè)備。具體的解決路線如下：

從多家公司的設(shè)備與儀表系統(tǒng)選擇具有一定代表性的設(shè)備，從操作系統(tǒng)與文件系統(tǒng)來(lái)研究這些設(shè)備的數(shù)據(jù)與命令格式，分析其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。

研發(fā)出專用的嵌入式系統(tǒng)，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)的研制可以完成中繼、轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理的中繼。同時(shí)還必須要將網(wǎng)橋、路由器設(shè)備融入到嵌入式系統(tǒng)中去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化。這樣做可以讓軟件的代碼更加的短小，進(jìn)而有更快的響應(yīng)速度，能夠適合多種應(yīng)用場(chǎng)合，例如小型、快速、可靠等應(yīng)用場(chǎng)合。而嵌入式CUP可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，例如Cirrus Logic公司的EP9312；操作系統(tǒng)應(yīng)該選擇Linux，這樣能夠避免出現(xiàn)版權(quán)的問(wèn)題；中繼與路由器接口則采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口。這樣不僅僅能夠起到經(jīng)濟(jì)的效果，還有著很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠有效地將系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)一體化，同時(shí)還具有軟件代碼短小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適用于各種小型、快速、可靠等應(yīng)用場(chǎng)合。

總之，現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中的一次革命，是工業(yè)控制技術(shù)的必然發(fā)展道路，它所能夠產(chǎn)生的效益與意義都是非常巨大的。現(xiàn)在，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)還存在著許多的問(wèn)題，并且也沒(méi)有能夠制定出一套統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但這只是短期的。因此，我們?cè)趯?duì)國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展進(jìn)行跟蹤的同時(shí)，必須要加強(qiáng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的研究與應(yīng)用，特別是要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有的已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)證的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，尤其是在智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：呂達(dá)（1972-），男，浙江奉化人，寧波市象山縣供電局副局長(zhǎng)，工程師，高級(jí)人力資源師，研究方向：供配電管理、智能電網(wǎng)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）