摘 要：随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线技术也得到了发展迅速，使计算机控制系统逐步从集散控制系统DCS走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统FCS。本文详细介绍了10KV变电站现场总线型综合自动化系统的结构、功能等。本系统采用分层分布式结构设计，不但节省了大量的控制电缆，而且也提高了变电站的安全运行及自动化管理水平，对降低运行维护成本等有着十分重要的意义。
关键词:变电站、综合自动化系统、现场总线
1、引言
为了保护、控制和测量的需要，传统变电站的所有设备如变压器、线路等的二次电压、电流及断路器开关量都必须用大量的控制电缆引到主控室，投资大而且二次回路非常复杂，维护很不方便。传统的变电站自
2、现场总线控制系统FCS
现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，随着现场总线技术的出现和成熟，促使工业控制系统由集散控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）过渡。现场总线控制系统把各个分散的测量、控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络控制系统，真正实现了“信息集中、控制分散”的全分布式系统。比起传统变电站综合自动化系统和DCS系统，FCS系统大大减少现场敷线数量和相应的工作量，大大减少了现场各种接口的数量和相应的工作量，提供了网络的智能化程度和信息交换速度，提高了系统的可靠性和抗干扰性，其主要优越性表现在以下几个方面：
（1）互操作性好。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，避免了传统系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。
（2）开放性好。现场总线的通讯方式为开放式的互连网络，所有技术和标准是公开的，所有制造商必须新遵循，用户可以自由组成不同制造商的通讯网络，既可与同层网络相连，也可与不同层网络互连，因此现场总线给综合自动化系统带来更大的适应性。
（3）成本降低。传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制区室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。
（4）安装、维护、使用方便。使用现场总线接口技术，无需用很多控制电缆连接各控制单元，只需将各个设备挂在系统总线上，显著减少连接电缆、安装、维护和使用更为方便。
（5）系统配置灵活，可扩展性好。由于现场总线具有开放性、互操作性、互换性、高度集成化等特点，同时有较多冗于接口，其他各种智能化设备和自动化系统可方便而无缝接入系统主站。
（6）智能化与自治性。现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。
（7）全数字化。将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想，但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。
3、现场总线控制系统FCS在变电站综合自动化系统的实现方案与应用。
3．1系统概论
本方案是针对南铝20000t/a铝型材二期技改工程项目10KV变电站综合自动化系统项目提出来的综合自动化方案。该方案按照“面对对象（间隔）”的分层、分布式变电站综合自
本方案保护配置均采用微机保护装置，与微机监控系统实现综合自动化管理，系统具有高可靠性，技术先进，扩张性强，升级方便。微机保护装置全部就地安装在高压开关柜上，该系统同时具有手动和自动两种功能，能同时进行相互切换；10K变电站设一套微机综合自动化系统，微机自动化系统采用面向对象的分布式一体化结构，遵循开放系统的原则，采用分层分布结构，良好的人机界面、良好的开放性，具有多种通讯接口，能够实现资源的最大化共享，为供电系统的安全、经济运行提供了可靠保证。
3．2系统结构
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1主控层：由监控主机和外设等设备组成，负责整个系统的监控和维护并将各种信息进行分类储存管理，并通过通讯管理层对间隔层的设备进行管理和通讯，接收并下发各种控制指令。
2通讯层：由通讯管理机和通讯网络组成，完成与综合自动化装置、直流屏、其他智能设备等直接联系，实现模拟信息、数字信息、电能量信息的采集并将数据转发给后台或调度的功能并可实现规约的转换。
3间隔层：间隔层设备按电气间隔配置，由安装在开关柜上的保护测控装置组成完成保护、测量、控制、传输等功能。间隔层经现场总线与通讯管理机通讯。
本系统主要由10KV微机测控保护装置（包括变压器综合测控保护装置、进线综合测控保护装置、PT切换及低电压保护装置）、后台监控系统（工控机、监控软件）、通讯管理机等组成。
3．3系统功能
（1）微机继电保护信息监控：本系统提供变电站微机继电保护信息监控功能，实现对变电站微机继电保护装置运行状态的监视，继电保护装置动作的报警、记录与查看；提供继保人员远方查看、整定保护定值及参数，远方投退保护装置，远方保护装置信号复归等手段。
（2）数据采集和监控功能。数据采集系统来自RTU和下级计算机系统送来的模拟量、状态量、开关量、数字量、脉冲量等和系统对站内设备进行自动监视和操作控制功能，判断设备运行状况，并可统计打印以上状态的累计时间和次数；故障时能自动报警。并具有远方诊断和维护功能。
（3）控制功能。对断路器分、合的操作、对补偿电容器投、切的操作、对主变有载开关自动调级、低频自动减载、备用电源自动投入等
（4）处理功能。可在现场及主控室对遥测、状态量、电量等进行处理。
（5）和微机防误闭锁系统接口功能：系统可以和国内众多微机防误闭锁生产厂家的微机防误闭锁装置接口并通信，实现对任何复杂接线的变电站一次设备的强制闭锁等功能。。通过操作与闭锁功能有效的防止电气误操作；当系统发生故障时，能完成事件记录处理、事故追忆处理、报警处理，具有越限报警和异常状态报警等功能。
（6）智能操作票功能：系统提供了智能生成倒闸工作票、图形化单步生成操作票、操作票模拟演示、操作票培训练习、典型操作票自定义维护、操作票自动化传输和操作票管理等功能。
3.4由现场总线技术实现的通信功能
随着我国电力自动化的不断发展，电力系统通信方式也不断改进，现场总线技术因其组网方便，抗干扰能力强等特点得到广泛应用。现场总线标准很多，电力自动化系统中最常用的是LONWORKS和CAN总线。CAN总线通信速率为1Mbps。CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络，是一种通信速
CAN总线的主要特点：
（1）CAN为多主方式工作，网络上任意节点，任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主次，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息；
（2）CAN采用短帧结构，数据最多8个字节，这样不仅满足控制领域中传递控制命令，工作状态和测量数据的一般要求，且保证了通信的实时性，CAN网络上的节点信息分为不同等级，可满足不同实时要求，高优先级最多可在134μS内得到传输；
（3）CAN采用非破坏性总线优先及仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点主动退出发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据
3.5软件结构
(1) 系统软件。包括组态软件及功能软件，其中组态软件可连接各单元模块，自动识别其类型配置等相应资源，还可利用工具包各类软件自动生成各种画面、报表等信息管理；功能软件具有CRT画面显示功能、打印功能、画面制作和参数设置功能、操作控制功能、事件顺序记录(SOE)功能、系统自诊断等。
操作系统：采用Microsoft Windows NT、Windows 2000操作系统
数据库管理系统：Microsoft SQL Server2000关系数据库
办公自动化系统：Microsoft Office 2000
开发软件：VISUAL C++6.0
(2) 应用软件。包括数据采集与处理软件、系统管理软件、人机联系软件、应用软件、历史数据软件、通讯软件、自诊软件等。
4、结束语
在变电站中采用现场总线后可实现真正的分层、分布式结构，这种完全分层分布式系统，进一步提高了整个系统的可靠性，使系统具有很大的灵活性和可扩展性，符合国际上变电站综合自动化系统的发展趋势。综合自动化系统在我公司的成功应用，对提高变电站安全、稳定、可靠运行以及降低运行维护成本等都具有十分重要的意义。相信在国内外现场总线厂家和设计研究部门的共同努力下 ,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 ,在未来定将成为我国电力系统自动化的主导设备。
参考文献
[1] 尚晓航.计算机网络技术基础(第二版).高等教育出版社，2000.
[2] 张传祥.电气自动控制系统.电子工业出版社，2003.
[3] 夏德海. 现场总线技术.中国电力出版社，2004.
[4] 南平铝业有限公司240kA电解铝技改供电整流技术资料汇编.
