现场总线技术在电力系统自动化中的应用

林君芳，陆 兵

1.江苏省电力公司金湖县供电公司，江苏 淮安 211600 2.江苏省电力公司连云港供电公司，江苏 连云港 222004

1 现场总线技术概述

1.1 现场总线技术

现场总线技术最先由德国西门子公司开创，到20世纪80年代中，由于现场总线技术本身具有分散化、网络化、智能化的特点，促进了工业的进步和发展，对全球工业自动化起到非常重要的作用。由于世界各国发展工业的技术背景、经济背景的不同，应用的现场总线技术也不相同，通过对世界各国应用的现场总线技术的归纳和总结，我们可将其分为八类：FF现场总线（foundation filedbus），CN现场总线（control net），PB现场总线（profilebus），P-NET现场总线，FF HSE现场总线，Swift Net（美国波音公司支持），World FIP现场总线，Inter bus现场总线。

总的来说，现场总线技术主要可分为三级网络连接四个层次，三级网络分别负担各自的信息传递任务。第一级网络，主要是将电机启动器、变频器、红外水分仪等直接接入PROFIBUS-DP网；第二级网络，主要是通过数字量传感来执行简单的设备操作，如光电开关、接近开关、行程开关、电磁阀等，这些设备的控制主要是通过现场I/O接入PROFIBUS-DP网。第三级网络，链接客户端和信息监控，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;监控服务器、中央监控机、数据库服器和客户机接入Enter net网。

1.2 现场总线技术应用于电力系统自动化的发展趋势

随着社会的进步和发展，电力系统自动化得到推广和应用，现场总线技术由于其自身的系统特点和优势，必然将广泛应用于电力系统自动化中。

一方面，现场总线技术的网络化和分散化，可以使电力系统自动化实现一对多连线，并且模拟电压、电流信号进行测量，控制，实现了电力设备之间以及与外界的信息交换。使电力自动化系统实现“信息交流”。

另一方面，现场总线技术可以将计算机和微处理设备应用于电力系统，实现电力系统的系统集成，信息集成，实现综合自动化以及电力自动化设备之间的多点数字通信。同时，现场总线技术可以有效实现底层电力设备之间以及与外界电力设备的信息交换等。

2 现场总线技术应用于电力系统自动化的意义

2.1 实现了电力系统自动化的信息传输和交换

现场总线技术将各种开关、电力传送、使用电压的信号转化为数字信号，然后采用数字信号通讯，提高系统对这些设备信号的检测和判定，进而达到控制第一级网络设备运作的目的。也加强了客户端和电力系统首端地联系，实现了多站点之间的高速、双向通信。

2.2 提高了电力系统自动化的可维护性

基于现场总线的电力自动化系统采用总线方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了电力输送的连接线以及连接点，这样也减小了大量的连接电线造成的不稳定因素，当系统出现故障时，巡查故障因素相对简单方便。同时，系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可实现完成现场设备的远程参数设定，增强了系统的可维护性。

2.3 有效减少了电力系统自动化的建设开支

首先，在电力系统的布线、安装、维护方面，现场总线技术节省了大量的一对一的连线，改为了一对多和多对多的连线方式，且在电力的传输过程中实现了数字信号跟踪和回馈，因此相较于传统的分散控制系统，这方面的费用实现了大幅度减小。其次，现场总线技术要求电力设备的插件是统一的、标准的，这对整个电力系统而言节省了大量因为插接口不一致而导致线路或插接口的浪费，也同时免去了人力去选择插接件的劳动，使得电力系统的末端安装工程相对简单方面。在这方面节省了不少的费用。最后、强大的故障诊断能力（包括总线节点的通信故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速发现系统的各种故障位置和状态），使系统的调试和维护变得轻松和方便。

3 现场总线技术应用与电力系统自动化的可操作性

3.1 现场总线技术应用于发电系统

主要是指火力发电方面，在火力发电机的热工自动化设备上实施总线技术，通过总线技术系统来控制发电机设备的安全运作，减少人工操作和减轻劳动迁都，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，控制端将对设备的控制程序转化成数字信号，从而达到基层设备的自动化运作。此外，当发电设备出现意外故障和特殊信号时，总线技术控制系统在识别了这些信号时会自动发出关闭指令，减少事故发生概率。最优控制、预测控制、非线性控制、自适应控制等先进的控制策略以及模糊控制、神经网络控制等智能控制应用到火电厂是一个发展趋势，而现场总线技术的不断完善则为先进的控制手段的实现提供了一个网络环境和载体。

3.2 电力参数监控方面

目前，火电厂中主控系统为分散控制系统（DCS）。这一系统主要是根据电力设备的时机情况和生产要求，在底层设备的布线过程中将设备的传送和运行于DCS系统相集成，目前已经在某些大型的火力发电厂运用到这一技术，这一技术的运用可以使得DCS系统对电力设备的各种数据和信号进行识别和判定，实现全数字、分层次的监控，减轻操作人员的负担。同时，现场总线技术与DCS系统体系的集成方便了使用者的末端操作，火电厂可以通过DCS系统来选择线路传达操作信号，启动和调用最优化和最合理化的基础设别实现操作目的，为企业的生产经营创造最佳效益。电力参数监控方面 对电力参数的监控主要是通过设置电参数检测基站实现的。电参数检测基站以自动远程抄表技术为核心，以现场总线技术为载体，集电测技术、通信技术、用电管理技术于一体，实现对电力信号的测量、控制、转换、传送，进而达到对电能信号的管理功能，及时、高效的反馈电力在传送过程中遇到的特殊和意外情况，有利于使用者获取电力参数和使用效率，从根本上克服了传统抄表模式的弊端，给电能管理的现代化带来了新的气象，进而实现对电能的有效管理。

3.3 电力输送方面

现场总线技术应用与电力系统，在对电力输送方面实施监控，主要是由CAN总线、上位机和基于80C196KC的监控单元组成，结合高精度测量电路和10位A/D转换器实现了电机运行参数的在线测量。通过设置电机额定运行参数和更换外接互感器的方法使本系统适用于任何电压、电流等级的交流电机，系统可以采用特定的保护算法实时地对单电机进行各种保护，同时还可以根据连锁控制算法实现一台或几台电机的起动控制、保护停机。

3.4 电力分配和调度方面

现场总线技术应用于电力系统，实现电力系统自动化，其应用的一个非常重要的方面在电力的分配和调度上。传统的厂站监控系统主要是通过电缆将PT/CT二次侧电参数传送至中控制，这样的方式造成了测量数据在传送过程中的降低和减少，导致测量精度不足，并且随时需要人工值守，造成对人工和设备的浪费等。基于现场总线的厂站监控系统可采用Lonworks或CAN等现场总线技术，即可取得良好效果。

4 结论

现场总线技术应用于电力系统自动化对我国电力事业的发展起到非常重要的促进作用，但是在实践中仍然存在一些不足和缺陷，主要是由于国际标准和我国电力实际状况有区别。因此，需要广大的电力工作者在实际工作中不断探索和总结，不断改进和创新，创建符合我国电力事业实际的现场总线技术。

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[2]李志梅.浅谈现场总线技术的应用[J].科技咨询，2011(2).

[3]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).