淺析PCC 在變電站自動(dòng)化中的應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)容量和用電負(fù)荷的日益增長，電力系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化和可靠性的要求越來越高。近十幾年來，由于微處理器技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化方面形成了許多基于微處理器技術(shù)的單項(xiàng)自動(dòng)化系統(tǒng)，隨著這些系統(tǒng)的不斷增加，許多本該共享的數(shù)據(jù)，仍然還是各自采集和分別處理，形成了一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”，它不僅增加了不少軟硬設(shè)備投入，同時(shí)也很難保證各裝置數(shù)據(jù)的一致性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，80 年代末期，國內(nèi)外就開始注意著手解決“孤島”間題，就是在站內(nèi)全面應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，充分利用信息資源以達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性和利用率的目的，即所謂的“系統(tǒng)集成”。集成包括橫向的功能集成，也包括縱向的各層面向?qū)ο蟮募?，因而推?dòng)了開放式系統(tǒng)平臺(tái)的出現(xiàn)?！　?/p>

開放式系統(tǒng)平臺(tái)意味著系統(tǒng)各部分設(shè)備提供符合國際標(biāo)準(zhǔn)的各種接口，計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享，以及提供給用戶的通用友好界面等。“平臺(tái)”思想因其良好的標(biāo)準(zhǔn)化和開放比，越來越降遍地為大家所接受?！　?/p>

電力系統(tǒng)自動(dòng)化對(duì)可靠性的需求，使人們注意到“PLC ”（可編程邏輯控制器）這種高可靠性和強(qiáng)抗工業(yè)干擾的技術(shù)。90年代以來，PLC 發(fā)展迅猛且應(yīng)用的局域網(wǎng)技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品不斷向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，新一代的PLC 改進(jìn)為PCC （Progammable Computer Controller）已逐漸躍居主導(dǎo)地位，成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)，在電力系統(tǒng)也不例外?！　?/p>

PCC 是新一代“可編程計(jì)算器控制器”，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)行電子系統(tǒng)，采用“面向用戶的指今”， 因此編程方便；它直按應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有更強(qiáng)的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍；大容量的存儲(chǔ)能力、標(biāo)準(zhǔn)通信接口，基于過程總線的系統(tǒng)互聯(lián)、高級(jí)語言開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，自診斷能力，都使得PCC 為變電站自動(dòng)化提供了出色的友好“平臺(tái)”。

PCC 在變電站自動(dòng)化中的應(yīng)用　　

下面介紹應(yīng)用PCC 實(shí)現(xiàn)的智能分布式系統(tǒng)運(yùn)用于某供電局的一個(gè)110KV 變電站的例子。系統(tǒng)按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用開放系統(tǒng)、分層控制等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形和圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，能夠滿足近期的功能要求和遠(yuǎn)期的發(fā)展需要。整個(gè)設(shè)計(jì)遵照國際90年代IEC1000系列標(biāo)準(zhǔn)，滿足ISO900l 國際標(biāo)準(zhǔn)。從現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)趨于成熟。　　

系統(tǒng)容量（包括遠(yuǎn)期規(guī)劃）　　

AI = 188　　

DI = 256　　

DO = 40

PI = 96

整體系統(tǒng)配置圖

監(jiān)控部分PCC模塊示意圖

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

首先，上位機(jī)和網(wǎng)關(guān)單元組成智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變電站層。　　

上位機(jī)通過PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)與三個(gè)主要PCC 采集控制單元（ST1， ST2 ， ST3 ）相連，上位機(jī)相當(dāng)于PROFIBUS 網(wǎng)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。PROFIBUS （ Process Field Bus）網(wǎng)絡(luò)是一種高速數(shù)據(jù)鏈路，是具有標(biāo)準(zhǔn)通訊能力的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，用于PCC 與PCC 之間，或與其它接到本網(wǎng)絡(luò)上的智能設(shè)備（如顯示單元PANELWARE ，上位機(jī)等）間傳送數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)D IN19245 ，傳送介質(zhì)為帶屏蔽的雙絞線（或光纜），通道存取方式為令牌（TOKEN ）方式，在網(wǎng)絡(luò)上任一結(jié)點(diǎn)地位平等?！　?/p>

上位機(jī)既可以單機(jī)運(yùn)行，也可以采用多機(jī)及網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行；軟件平臺(tái)采用32 位多任務(wù)、多進(jìn)程設(shè)計(jì)，可支持Windows95 / 98 / NT 操作系統(tǒng)軟件，配有多種應(yīng)用軟件接口，并支持OEM 開發(fā)，為用戶提供了二次開發(fā)平臺(tái)；硬件平臺(tái)可采用小型機(jī)、微型機(jī)或工作站等設(shè)備。　　

網(wǎng)關(guān)單元ST1上的IFO5O 通訊模塊以及CPU 內(nèi)部均提供RS485 接口與繼保單元相連。網(wǎng)關(guān)單元還提供與外界進(jìn)行通訊的接口，如RS232口通過撥號(hào)MODEM 接入市話網(wǎng)，以便于遠(yuǎn)程診斷；或者經(jīng)路由器接入TCP / IP 遠(yuǎn)程網(wǎng)?！　?/p>

若用戶具備與internet 連接的條件，變電站層還可以提供PVI瀏覽器方案，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方讀取數(shù)據(jù)?！　?/p>

其次，PROFIBUS 網(wǎng)上的各采集控制單元組成智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的采集層?！　?/p>

遙測(cè)實(shí)行交流采樣，遙測(cè)主單元ST3 通過net2000與兩個(gè)遙側(cè)子單元相連，利用CP153上的RS485 串行口通信。遠(yuǎn)傳功能通過IF060 提供的RS232 串行口來實(shí)現(xiàn)?！　?/p>

電度量通過遙測(cè)子單元1上的DIXXX 模塊采集脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)?！　?/p>

遙信／遙控單元實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的采集和輸出控制。　　

第三，智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外圍層為設(shè)備層，包括采集層用到的傳感器、二次控制回路等?！　?/p>

設(shè)備層根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線（ CANBUS ，PROFIBUS ）網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快（》 = 50OkbS ） ，軟硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以CANBUS （上述實(shí)例是通過RS485 等）來連接變電站內(nèi)的其他自動(dòng)化裝置和保護(hù)單元、故障錄波、饋線子站及無功補(bǔ)償設(shè)備等的主干網(wǎng)，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接到采集層，與上一層進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)通訊?！　?/p>

本實(shí)例系統(tǒng)的CPU 、專用的網(wǎng)絡(luò)模塊（NW150）和通訊模塊（IFXXX ）提供了多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口（ TTY ，RS422 ， RS232 ， RS485 ） ，使得CPU 的局部I / 0 總線擴(kuò)展、遠(yuǎn)程擴(kuò)展I／0 （通過RS485 電纜）以及CPU 間的現(xiàn)場(chǎng)總線組網(wǎng)非常靈活，從而方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)縱向或橫向集成。系統(tǒng)軟、硬件方面良好的自診斷功能，可把故障范圍減至最小。又由于PCC 的CPU采用68 000＋RISC 的32 位微處理器，具有極強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，可使大量運(yùn)算、控制功能、保護(hù)功能分散在各智能單元，大大提高了站內(nèi)通信網(wǎng)的利用率，使整個(gè)系統(tǒng)效率達(dá)到最高。

本系統(tǒng)具有可擴(kuò)充的模塊化結(jié)構(gòu)、電源、CPU 、網(wǎng)絡(luò)板（NWXXX ）、I／O 板（數(shù)字量輸入輸出板DIXXX / DOXXX 、模擬量輸入板AIXXX 等）、串口板等都是獨(dú)立的模板以總線方式連接在底板（ BASEPLATE）上，它取代了標(biāo)準(zhǔn)的框架裝配的局限性，可在標(biāo)準(zhǔn)的DIN 軌道上任意拆裝、組合。　　

另外每個(gè)單元都有一電源模塊PSXXX ，并且總在最左邊。系統(tǒng)電源是系統(tǒng)可靠性與完整性的第一保證，PCC 的輸入電壓有AC 、DC 兩種，可實(shí)現(xiàn)交／直流切換。

發(fā)展前景　　

從上例可以看出，繼承了PLC 與微機(jī)技術(shù)的PCC 技術(shù)形成的第一代自動(dòng)化軟件硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)，具特點(diǎn)包括：　　

高可靠性的元件、適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境運(yùn)行的設(shè)計(jì)?！　?/p>

采用32 位CISC 和RISC 的CPU，大容量存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊　　

采用高級(jí)語言編程和梯形圖邏輯設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軟件硬件平臺(tái)。　　

高效率的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS、支持Peer-to-Peer的網(wǎng)絡(luò)通訊方式和分布式處理，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)赝ㄓ?，?biāo)準(zhǔn)化軟硬件模塊設(shè)計(jì)，減少電纜，降低建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。　　

配置靈活，容易在線擴(kuò)充修改?！　?/p>

易于實(shí)現(xiàn)橫向縱向功能集成，達(dá)到實(shí)時(shí)信息的全局共享，實(shí)現(xiàn)白動(dòng)化?！　?/p>

應(yīng)用軟件開發(fā)的支持，不僅適合穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)采集，也適合瞬態(tài)信號(hào)的采集?！　?/p>

本地／遠(yuǎn)程診斷?！　?/p>

總之，開放式系統(tǒng)平臺(tái)是當(dāng)前變電站自動(dòng)化發(fā)展的方向。由于綜合需要，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)、分布式技術(shù)和數(shù)據(jù)共享、新的算法的研究以及隨之而來的經(jīng)濟(jì)效益的研究等是當(dāng)前變電站自動(dòng)化研究的熱點(diǎn)問題。PCC 應(yīng)用為變電站自動(dòng)化提供了廣闊的前景?，F(xiàn)代的PCC 與微機(jī)的發(fā)展相互滲透，已是一種可提供諸多功能的成熟的用戶應(yīng)用控制系統(tǒng)，而不是一種簡(jiǎn)單的邏輯控制器，它已被開發(fā)出更多的接口與具它控制設(shè)備進(jìn)行通信、生成報(bào)告，多任務(wù)調(diào)度，可診斷白身故障及機(jī)器故障，這此優(yōu)勢(shì)使PCC 可以實(shí)現(xiàn)各種變電站運(yùn)行、分析與控制功能，符合當(dāng)今的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及站內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備的高要求。利用PCC 和現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)絡(luò)組成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)不僅滿足變電站對(duì)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)要求，而且具有很高的性能價(jià)格比，是值得進(jìn)一步探討的一種可行性方案。