变电站综合自动化系统的通讯方式及选择

张慷焕

摘 要 本文首先对变电站综合自动化系统常见的通讯形式进行分析，其次就总线型通讯系统各种方案予以比较，最后提出了变电站综合自动化系统常用的通讯系统结构及方式。

【关键词】变电站综合自动化系统 通讯系统 总线型通讯系统通讯方式

数据通信在综合自动化系统中具有极其重要的作用，数据网络应具备快速实时响应能力、高可靠性和优良的电磁兼容性能。以下将根据变电站的特殊环境和综合自动化系统的要求对通讯形式的各种结构进行分析。

1 各种结构的通讯形式分析

通讯系统常见的结构形式有星形结构、环形结构和总线形结构。

1.1 星形结构

属于中央控制形，多台计算机与一台主机相连，主机执行集中式通信控制策略，任意两节点间由主机建立通信传输路径。

优点：单个节点故障只影响一个设备，不影响全网；控制方式和访问协议简单；容易检测和隔离故障，可方便的将故障节点从系统中删除。

缺点：当主机故障时整个系统就会瘫痪；如果通信量较多、速度要求高时，主机将成为瓶颈，若采用双机冗余提高可靠性，则系统的复杂程度和成本将会增加。

远动系统采用循环式规约的电力系统，调度端与各厂站的通信通常采用星形结构。

1.2 环形结构

由中继器组成，通过点到点链路的闭合环形成局域网络，每个站点都通过一个中继器连接到网络上，每个中继器都与两条链路相连。每个结点都有控制发送和接收的访问逻辑。分组发送数据。常用的传输介质是双绞线，也可以采用同轴电缆和光纤。

优点：传输速度高；同一个环上的不同节点间可用不同的介质连接；传输速率也可不同。

缺点：可靠性差，某个结点故障会阻塞信息通路，引起子网故障；因某一节点故障会使全网不工作，难以诊断故障，需对每个结点进行检测；不易重新配置网络。

1.3 总线形结构

通过一条公用的主干链路连接所有站点，两个节点间通过总线直接通信，而且任何时刻只允许两个站点间通信。此结构具有速度快，延迟和开销小的特点。通信介质一般使用双绞线或同轴电缆。常见的应用形式有：

（1）RS-422/485；

（2）采用局部控制网络实现中等速度的总线连接；

（3）采用标准LAN技术实现分部式连接。

优点：电缆长度短，容易布线；结构简单，比较可靠；易于扩展。

缺点：故障诊断和故障隔离困难；接在总线上的站点要有介质访问控制功能。

综上所述，总线网具有扩展灵活，简单可靠的优点，因此变电站站内通信网络一般采用总线拓扑结构

2总线型通信系统各种方案比较

2.1 RS-422/485低速总线

较早用于变电站综合自动化系统，主要特点有：易于实现，成本低；其传达通信率的实时性对较小规模系统能够得到保证，但是对于规模较大的系统则难以保证，而且系统性能随规模增加急剧下降；由于抗干扰性较差，一般只适用在控制室内部使用，而对于开关室则不能使用。一般为主从结构，各I/O单元之间的通信通过站级计算机进行。

2.2 采用局部控制网络实现总线

LAN通常要比广域网（WAN）具有高的多的传输速率，目前LAN的传输速率为10Mb/s，网络传输速度适中，此外其高抗干扰性能、高可靠性、易扩缩和易于管理及安全等多种特性，能够满足工业控制系统的需要。在变电站中得到应用的主要是LonWorks和CAN。

CANBUS采用无主的结构，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。它将网络上的节点分成不同的优先级，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突时间，而且能够实现长距离高速率发送。但是由于需要网络同步，因此对多介质情况不适用，当网络通信繁忙时，优先级低的节点可能长时间不能发送信息，因此仅适用于节点少的网络。

LonWorks技术是1990年推出的一种先进的现场总线技术，技术核心为神经元芯片、收发器和LonTalk通讯协议。神经元芯片包含MAC处理器，网络处理器和应用处理器，可以直接或通过收发器组成控制网络。通信协议TonTalk支持OSI开放系统互联参考模型的七层协议，直接面向对象，完善的LonTalk协议保证了通讯的可靠性及实时性。节点收发器有不同的类型，可以支持不同的通讯介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等。具有支持低速率网络，在重载下保持网络性能，支持大型网络的优点。

2.3 基于LAN的技术方案

LAN具有现场总线技术的一切特点，实时性好，可靠性高，为电力系统等领域的应用提供了卓越的控制网络，因此在变电综合自动化系统中得到广泛应用。

开放性：一般按照ISO的开放系统互联模型设计，即使不同公司的产品，只要符合LonMark标准均可在同一网络上协调工作。兼容性好，可以方便的把不同厂家的设备连接起来，增加了客户产品选型的可能性，给客户带来很大的主动权，并且可以按照标准，方便的进行二次开发。

灵活性：采用双绞线作通讯介质时，可构成星型、环形以及自由拓扑等网络，系统配置灵活，允许方便地改变或修改系统，并且具有强大的扩展能力。

此外、适合在各种恶劣的环境条件下使用，具备极强的抗干扰能力。

2.4 以太网通信方式

以太网是当今局域网采用的最通用的通信协议标准。具有效率高、标准化程度好等特点，对于高速通信优选光纤以太网。

采用总线形网络拓扑结构，可靠性高，实时性好，增、减节点方便；传输速率可达到10-100MBPS；硬件上有许多以太网控制芯片，软件上有windows，Unix等均支持以太网。

3 结论

变电站综合自动化的通信系统应具有可靠性高、实时性强、易扩展和扩容等要求，并且应采用通用性和符合國际标准的网络技术。因此，根据对通讯形式的各种结构分析，变电站通信网络一般采用总线拓扑结构。在通信技术上考虑可扩展性，可靠性，经济性等方面，以太网具有压倒性的优势。

参考文献

[1]魏恩伟.基于现场总线的变电站自动化监控系统设计[J].工控智能化，2004，22（8）：14-17.

[2]罗公亮.以太网技术的最新发展[J].冶金自动化，2002，6（26）：23-27.

作者单位

中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林省吉林市 132002