现场总线技术在电力自动化中的应用

刘义刚

摘 要：本文结合笔者的实际工作经验，阐述了现场总线技术的构成，从而针对现场总线技术在电力自动化中应用进行了总结与分析，并结合工程实例加以论述，最后提出了现场总线技术的特点。

关键词：现场总线技术；电力自动化；应用

电力自动化的控制技术作为一种新兴的控制技术，近年来正在逐渐的发展起来，现场总线技术作为电力自动化控制技术的组成部分，简称为FCS。它是一种数字化的多点底层的控制网络，同时也是目前较为新式的一种点五代控制系统，它对传统的DCS控制系统而言有了新的技术突破，能够对传统的封闭式系统的缺陷进行克服，其在电力自动化的应用方面有很多的优势。本文结合笔者的工作实践，主要就现场总线技术在电力自动化中的应用进行了论述。

1 现场总线技术的构成

现场总线技术以传递信息为主要任务。其技术连接主要划分为三级网络。一级网络主要是将电机启动器、变频器、红外水分仪等设备直接接入PROFIBUS-DP网；二级网络主要是靠光电开关、接近开关、行程开关、电磁阀等设备来进行数字量传感工作，并通过现场I/O 接入PROFIBUS-DP网。三级网络主要是将监控服务器、现场监控机、PLC、独立主机控制段的PLC 接入工业以太网，用来链接客户端和監控信息的传递。

2 现场总线技术在电力自动化中应用

2.1 火力发电设备中的应用

总线技术主要在火力发电机的热工自动化设备上使用，主要用于控制发电机设备的安全运作，减少人工操作和提升工作效率。总线系统通过对发电机的热能数据的监控和记录，将这些数据传送至上层控制端，控制端从而将设备的控制程序转化成数字信号，以达到基层设备的自动化运作。另外，总线系统能够有效识别发电设备出现意外故障和特殊信号，并会自动发出关闭指令，减少事故发生的概率。

2.2 电力参数监控中的应用

分散控制系统技术（DCS）在一些大型的火力发电厂电力参数监控中得到了广泛的应用，这一技术具有有效地识别和判定信号，实现数字化的监控，减轻操作人员的负担。首先，分散控制系统技对电力参数的监控主要以自动远程抄表技术为主，以现场总线技术为辅，主要是通过电测技术、通信技术、用电管理技术三个方面的技术对电力信号进行测量、控制、转换和传递，以及时、有效地反馈电力在传送过程中遇到的意外情况，从中提升使用者的工作效率。

2.3 电力输送中的应用

现场总线技术主要应用于电力输送方面的监控方面，通过集CAN 总线、上位机、高精度测量电路和10位A/D 转换器为一体，实现了电机运行参数进行在线测量。通过设置电机额定运行参数和更换外接互感器以达到任何电压、电流等级的电机之间的交流。该系统不仅可以通过特定的保护算法对单电机进行各种保护，而且能够根据连锁控制算法实现一台或几台电机的起动控制。

2.4 应用实例分析

某35kV变电站，间隔层通讯网络全部采用现场总线技术，自动化系统主要采用Lon Works现场总线的系统。由于Lon Works现场总线网络具有很强的抗干扰、抗震动性，适用于变电站较恶劣的工业环境。其技术主要将基于微处理器的间隔层设备直接并入Lon Works现场总线，其技术保证了变电站运行的可靠和高速度的通信能力，大大提升了通信系统的信息吞吐和数据处理能力，从而解决了低速串口通信采样数据在使用时常发生的瓶颈问题。

另外，由于其传输速率大大满足了变电站综合自动化系统对信息传输速度的要求，站内网络通讯采用以太网与Lon Works现场总线相结合的形式，站控层采用以太网，隔层采用Lon Works现场总线，信息通过间隔层的测控单元上传到主干网上。这种自动化系统的使用方案在实际上发挥了嵌入式以太网与Lon Works现场总线技术的优势。

该自动化系统中测控单元是系统的核心部分，测控单元的CPU主要采用了32位单片机，同时采用了嵌入式软件设计。利用实时多任务操作系统及TCP/IP模块，完成以太网的通讯与测控任务，其中CPU的通讯处理器利用Neuron芯片完成Lon-Works网络的通讯任务，充分保证了与保护装置的连通，提升了变电站网络的传输水平及保证变电站自动化系统的安全稳定运行。

3 现场总线技术的特点

（1）现场设备的智能化以及功能自治性。传统的DCS控制系统在实现信号的传递时，要通过至少三层结构，包括控制站、操作站以及现场控制设备，同时还要实现模拟信号的单相传递，在这一过程中，对有较大的误差存在，并且很容易使运行出现故障。但FCS控制系统的工作机理是工程量的处理以及控制与补偿的计算，并且实现数字的双向通讯来对传感测量进行运行，这样做的优点是能够使信号准确的分散到现场设备中，它就是通过现场的设备来实现其自动控制的基本功能。

（2）系统的开放性。与传统的 DCS 控制系统的封闭式系统不同，FCS 系统具有较强的开放性。 通常来说，封闭式的系统在对外通讯时要通过工作站的串口或是并口来进行。 而开放式的FCS系统在进行工作时，依靠的是现场的总线以及局域网的网络，通过其他计算机以及局域网实现快速的信息交换，这样有利于实现资源共享。并且FCS也可对相关的技术标准进行技术共享，还对所有的制造商和用户开发，不需要专利许可。

（3）可操作性以及互用性。对于不同的厂家生产的传统DCS系统，相互之间不可以实现调整和互换，因此，在技术进行更新时只能将其全部的进行更换。 而FCS系统能够实现在互联设备和系统之间信息的传递，这样一来，就能使点对点的数字通讯模式甚至是一点对多点的模式进行实现，因而可以实现不同厂家间的产品只要是有相类似的功能就能够进行设备的交换。

4 结语

总之， 随着电力技术的发展，现场总线技术在电力系统中得到了广泛的应用与推广，其技术在可靠性、高精度和经济性等方面的发挥了优势。同时，随着电力系统自动化进程的加快，基于现场总线的控制系统必将分系统、分阶段地逐步取代现有的分散式控制系统，在我国电力系统自动化发展中起到关键的作用。

参考文献

[1]李志梅.浅谈现场总线技术的应用[J].科技咨询，2011（2）.

[2]曹光华.现场总线技术及在电力系统中的应用[M].安徽电力工程技术学院学报，2004（3）.