通信管理机NSC300在综合自动化系统中的应用

贾 浩

0 引言

牵引变电站是地铁供电系统的重要环节。变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、交流保护装置、直流保护装置、杂散电流单元和温控器、网上开关等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和供电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与OCC通信等综合性的自动化功能。本文阐述了对牵引变电站综合自动化发展前沿技术的分析和设计，通过对新型通信管理机的应用，实现了地铁牵引变电站系统的信息采集与传输功能。

1 变电站综合自动化可以实现的功能

变电站自动化改变了传统的保护装置不能与外界通信的缺点，完整的变电站综合自动化系统的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统完成。监控系统完全满足遥信、遥测、遥控的功能，满足无人值班的要求。从而实现了OCC主站与变电站之间快速实时的通信。它具有微机保护、数据采集、控制与操作闭锁、全站对时、数据处理和存储、远方调度中心通信人机相连、系统的自诊断功能以及与远方控制中心的通信等功能。

2 利用通信装置的综合自动化系统模式

在地铁变电站中，变电站综合自动化系统采用分层分布式结构，系统由站级管理层、通信层、间隔层3部分设备组成。

（1）站控层由主机、监控主站、工程师主站、远方调度中心通过通信管理机实现方便实时通信。该类通信通过各种标准和通用的主站规约模块实现，通常采用局域以太网通信，也可以通过串口进行通信；每个装置可通过多个主站规约与第三方后台SCADA系统通信。

（2）间隔层由各种智能单元构成。该智能单元包括交、直流保护装置、测控装置、各种表计，温控器通信单元，整流器PLC，杂散电流单元等，间隔层中的设备与通信层中的设备接口，按相应的规约直接实现信息的采集与控制调节。

（3）通信层。通信层设备包括通信处理装置暨通信管理机、通信切换装置、远程通信设备、GPS对时设备及所内通信网络等。

3 通信装置的应用

3.1 NSC300通信管理机

通信管理装置采用 PC104为技术核心，该系统专业应用于地铁电力监控、BAS、FAS、车站级设备通信等自动化系统。

由 NSC300装置构成的通信处理子系统提供包含以太网、标准RS232、标准RS485、标准RS422等不同通信接口的综合数据通信处理功能；其主要功能是处理上行、下行的信息；完成不同协议的转发、实现不同系统的应用软件通信的透明传输。NSC300全面地集散了系统的信息数据，可快速实现庞大实时数据的综合处理功能。具有存储容量大，处理数据快，转发数据多的特点，很好地适应地铁变电站综合自动化的需求。

3.2 NSC300装置组成及其原理

NSC300通信管理机由电源模件、CPU模件、串口模件、MMI模件等构成，通过装置背板总线将各模件连接在一起（图1）。

图1 C300前端处理器电气结构框图

NSC300选取的PC104模块自带4个10/100M自适应以太网口，并且可以扩展2个网口；串行口的数量可根据需要灵活配置，串口模件上的每路串行通讯口都可以通过板上的跳线 JPA、JPB、JPC设置成RS232、RS422或者RS485通信模式。最多可配16个RS485（422/232）串口，可与多个主站和智能设备接口，每个串口可以支持多种通信规约，每个 RS485口可以串接多个相同设备，可选用不同的波特率及同步、异步工作方式；CAN网接口为双网结构，主要用于与测控设备通信。配置大容量电子盘存储器，最大支持64M电子盘，分配给操作系统、程序、数据、参数。此外，为了实现双机冗余，配备了双机冗余交互通信口及对时脉冲接口；为了便于设备维护，NSC300配备了图形点阵液晶及键盘，从而实现人机交互。

3.3 NSC300装置软件结构

NSC300通信管理机以著名的实时多任务操作系统“VxWorks”为软件平台，并利用 VxWorks强大的网络功能及高度的稳定、可靠性能。

NSC300软件层次结构图如图2所示。

图2 NSC300软件层次结构图

3.4 NSC300通信管理机的通信机制

（1）间隔单元通信：间隔层设备与计算机监控系统及通信控制器之间的通讯符合TCP/IP协议的要求，应用层采用国际标准 IEC60870-5-103的应用层。

（2）主站通信。NSC300装置可以和SCADA系统直接通信。该类通信通过各种标准和通用的主站规约模块来实现，在地铁通信中通常采用局域以太网通信，也可以通过串口进行通信。

（3）智能设备通信。这是NSC300与外部第三方的各种智能设备之间的通信。该类通信通过各种常规的和非标的规约模块来实现，采用串口通信方式，采集智能设备的数据。地铁应用中大量接入各厂家的设备。

3.5 NSC300通信管理机在地铁变电站的应用

NSC300通信管理机实现了以“四遥”为核心，具有强大的数据库功能，NSC300通信装置的数据库是模拟量输入数据信息的集散中心。该数据库可提供二次值，也可提供工程值，并完成标度转换、乘系数、基数等运算功能；该数据库既可提供原始状态、取反状态，也可提供双接点状态；该数据库可通过多个主站规约向各级调度控制中心发送数据。方式为主动上报和召唤上送。

站控层通过监控软件或专用调试助手软件对通信装置进行访问，而通信装置可以通过丰富的规约库完成规约间的通信和数据转换。最后，该数据库可通过各种节点的物理控制源驱动模块发出控制命令和数字信号输出状态；NSC300通信管理机可接收和处理各级控制中心的控制命令。通过对该数据库功能的应用，在变电站综合自动化系统中可以实现“遥控”。上述说所的就是利用通信管理机实现的变电站综合自动化的“四遥”功能。

目前，该设备已在国内多条地铁线如南京地铁1号线，南京地铁1号线南延线，上海地铁10号线，北京地铁4号线、5号线等得到了规模应用，取得了很好的效果。

4 结束语

早期变电站中通信管理机的设置较单一，提供的串行口数量较少，没有嵌入式以太网接口，对多种特殊规约有限制，数据存储空间小，无法充分满足地铁变电站大量数据采集、处理、传输的需要，NSC300通信管理机针对地铁的特点很好地解决了这些问题，因此采用NSC300通信管理机实现地铁变电站自动化具有广阔的发展前景。

[1]钟诚.新型通信管理机及其在变电站综合自动化应用[J].仪器仪表用户，2006，（5）：60-61.

[2]胡明刚，王鹏.变电站综合自动化系统的通信，自动化与仪器仪表[J].2006，（6）：94-96.