Profibus-DP在供电监控系统中的应用

现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场网络通信技术。因其具有数字化、开放性、分散性以及对现场环境的适应性等特点而获得了广泛的应用。目前。已逐渐成熟并对工业自动化进程形成影响的现场总线主要有Profibus(Processfieldbus)、HART、LonWorks、FF等。其中，ProfibusDP总线是最为流行的现场总线技术之一。其产品广泛应用于工业、电力、能源、交通等自动化领域。Profibus总线是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。是一种国际化、开放式并与制造商无关的现场总线。从用户角度看，

Profibus总线提供了3种通信协议类型[3]：Profibus—PA(ProcessAutomation)，Profibus．DP(DecentralizedPeriphery)(简称DP)，Profibus—FMS(FieldbusMessageSpecification)。地铁线供电监控PSCADA(PowerSupervisoryControlAndDataAcquisition)系统设计采用的是集中管理、分散布置的模式及分层分布式系统结构。现场I／O设备分散布置必然要求使用现场总线技术或网络技术实现监控系统与I／O设备交换信息。因此．在地铁PSCADA系统中的站级管理层与1．5kV直流开关柜使用.DP现场总线实现两者之间的信息交互。

总线的实时性是评价现场总线系统性能的重要标准，即总线对外部事件的反应速度越快，实时性就越好。PROFIBUS-DP广泛应用于工业现场层，高总线传输速率的特点使其非常适合在小规模网络中完成对实时性要求高的报文传输任务。与PROFIBUS-DP总线实时性相关的时间参数主要有两个：一个是主站轮询各从站的时间，另一个是令牌在主站之间的轮转时间。与这两个时间相关的因素有很多，除了系统自身属性和协议特点外，用户对网络参数的设定也起到关键作用。以单主站PROFIBUS．DP系本文统为例，分析了与总线实时性相关的各个时间参数，推导总线循环周期的数学表达式，并给出令牌目标循环时间的确定标准。

1PROFIBUS-DP总线结构

PROFIBUS—DP的MAC层使用基于Token—Passing方式的主从轮询协议。不同于普通以太网中各个站点有均等的权利接入总线，PROFIBUS-DP—Token-Passing网络上的各点都连接在总线上，它们拥有平等的物理地位和统一的逻辑地址，但是按照其在网络上的功能和自身智能化程度的不同分为主站(MasterStation)和从站(SlaveStation)两种类型。前者的作用是统一管理各个从站接入总线的时序，数据的收集、处理、加工和反馈主要由Pc和PLC担任；后者的作用是将采集到的现场数据上传到主站并执行主站下达的任务，一般为前端的传感器和执行器。

PROFIBUS—DP总线上所有的主站可以定义成一个逻辑环，如图1所示，令牌作为一个特定的帧可以在此逻辑环中循环。一个系统中只有一个令牌，在任意时刻只有一个主站能够获得这个令牌，持有令牌的主站拥有总线的控制权，可以将属于它的从站接入总线并逐一与它们进行数据交换。这种工作机制确保了任何时刻PROFIBUS-DP总线上只有一个主站使用总线，避免了数据传输冲突。

2PSCADA系统结构

地铁供电系统采用2级集中供电方式，设6个供电分区，环网电压为AC33kV。电力监控变电所自动化系统在车站主控设备室通过车站级的以太网交换机接入主控系统。电力监控变电所自动化系统采用集中管理、分散布置的模式。分层、分布式系统结构：系统由站级管理层、网络通信层、间隔设备层组成。系统以供电设备为对象。通过网络将所内的110kV／33kV／0．4kV交流保护测控单元、1．5kV直流保护测控单元、交直流电源系统监控单元等间隔层设备连接起来。电力监控变电所PSCADA系统结构如图2所示。

站级管理层设备由通信处理机(总控单元)、液晶显示器组成．在牵引变电主所还包括当地监控计算机。通信处理机采用可靠性高、处理能力强、实时响应速度快的工业级监控计算机。通信处理机的远程网、所内网传输都采用光纤以太网接口。网络通信层提供了RS-422、RS-485和CAN、PROFIBUS-DP等现场总线接口．及以太网、光纤以太网接口．可满足自动化系统对变电所供电设备进行监控的要求．同时提供了通信接口的可扩展能力，以满足系统扩容和增加通信手段的需要。

间隔层设备包括：1．5kV直流开关柜(包括馈线柜、进线柜和负极柜3种类型)，33kVGIS(GasInsu1anceSwitchcabinet)REF542+综合测控保护单元。0．4kV开关柜智能信息采集单元。110kV线路保护，110kVGIS测控单元。110kV分段保护、主变保护，智能监控单元和时钟系统。每个变电所因其功能的不同可只包含部分间隔层设备．如1．5kV直流开关柜只存在于牵引所。在实际系统中