WorldFIP现场总线在智能模块化变电所的应用

1 引言

微机化分散式变电所自动化系统所具有的自动化程度高、组态灵活、运行可靠、占地少、投资省、设计维护简单等诸多优点已成为业内的共识。在变电所自动化技术的发展中，除了单片机技术的发展，保护技术的成熟等因素外，现场总线技术的兴起和普及起到了极为重要的作用。可以说以现场总线为基础的全数字测量控制系统是21世纪自动化控制系统的主流，其中当然也包括电力系统的变电所自动化系统。正是由于传输高效、通讯可靠、接口灵活的现场总线对传统串行通讯方式(如RS232/RS485)的改进，为信息繁杂、组态灵活、运行高速的分散式变电所自动化系统提供了通讯上的保证。同时，选择不同的通讯方式、选择不同的现场总线也相应决定了整个变电所自动化系统的不同特点。

2 通讯方式比较

目前，现场总线种类繁多，国际上各大集团出于对现有市场利益的追逐，统一的现场总线国际标准迟迟不能出台。2000年IEC1158国际标准中将FF的H1，FRHSE、Profibus,Interbus,P-net,Wordfip,ControlNet,Smift-Net等8种总线均列入国际标准，形成多种总线共同竞争的局面。

国内不同的自动化厂家出于不同的设计侧重点，总线的选用也不一致，虽然这些总线均以国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)的模型为考虑基础，支持多种通信介质，但由于总线类型、具体协议各不相同，总线的选择也无统一标准。

通过对目前国内使用较多的通讯方式的比较，参见表1，并针对智能模块化变电所自动化系统的实际通讯需要，笔者认为WorldFIP现场总线是一种较为理想的现场总线。

3 WorldFIP现场总线的应用

WorldFIP现场总线组织于1987年成立，其前期产品是法国的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)，后采纳现场总线国际标准IECT158-2成为WorldFIP。1994年，WorldFIP的北美部分与ISP合并成立FF(FieldBusFoundation)，欧洲部分WorldFIP仍保持独立，但可与FF通讯连接。目前WorldFIP组织有包括一些世界著名大公司在内的100多个成员，如阿尔斯通、施耐德、霍尼韦尔等。1999年6月，中国WorldFIP技术推广中心在北京成立，因此WorldFIP在我国应有较好的应用前景。

WorldFIP选择OSI中的应用层、数据链路层和物理层，具有高速性、实时性、同步性、可靠性、安全性等特点，能较好的满足智能模块之间的通讯要求。

WorldFIP的传输速率可达到31.25kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s，通讯介质为工业级屏蔽双绞线，利用光纤通讯速率可达到5Mbit。

每个网段可包含64个节点末端距离可达1km，通过中继器，可连接多至4个网段。这样的物理层设计完全可以满足变电所自动化系统内智能模块间通讯的要求。

WorldFIP的链路层与Ethernet网类似，使用曼彻斯特码传输。但WorldFIP在介质访问控制方式上没有使用Ethernet网及CAN网等通讯方式所采用的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)技术，而是采用令牌访问方式。WorldFIP网络由仲裁器和若干用户站组成。以WorldFIP特有的"信息生产者"/"信息使用?quot;模式为核心实现通讯调度和数据交换，这种方式较好地满足了智能模块化设计的通讯要求。

智能模块化变电所自动化系统中的"模块"是指一组具备一定基本功能(如交流量测量、开关量测量、开关控制等)、具有统一通讯接口的智能模块，它是"组装"上一级功能单元或子系统的"基石"，因此它们之间的通讯可按其功能、时效分为几类标准通讯方式。有些信息要求周期性同步扫描，以供各模块实时，可靠的共享；有些信息属突发事件但要求及时上送。WorldFIP总线较好地满足这样的要求。

WorldFIP在网段内为每个模块设定一个IP，并在适当的时间内指定某个模块成为"信息生产者"，此时其它的模块都可以成为一个"信息消费者"。通过总线仲裁器按一定时序为每个生产者分配一个时段，逐个呼叫每个"信息生产者"向网上传送相应数据信息，从而使功能单元或小系统内的信息得以同步可靠的共享。

当然WorldFIP采用令牌式介质访问控制方式不具备CAN网等CSMA/CD方式的总线在多主通讯、报文主动上传等方面的优势，但同时它也避免了通讯冲突，避免了冲突所带来的重发及等待延时，保证了数据的实时、同步共享，这对于需要模块组态，协同工作的模块化设计是非常需要的，同时WorldFIP也为非周期突发的信息提供了较好的通信方案。

实际上WorldFIP将信息分为周期性同步数据，周期性异步数据和非周期性信息包。同步数据严格按照临界时间变量传输，临界时间的控制不受其他报文传输的影响。接下来传输对同步性要求不太高的周期性数据，数据将按事件变量的方式传输。最后呼叫那些非周期性的信息包