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基于现场总线CAN的变电站综合自动化系统

时间:08-14 来源:互联网 点击:

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。

  LONWORKS总线通信速率为78Kbps和1.25Mbps,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,是一种通信速率可达1Mbps的多主总线[1]。

  具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理,通信速率高,错误帧可自动重发,永久故障可自动隔离,不影响整个网络正常工作,可靠性高,而且协议简单,开放性强,组网灵活,成本低等特点,能为电力自动化提供开放性、全分布及可互操作性的通信平台。

  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,从而大大节省了总线冲突时间。CAN的直接传输距离最远可达10Km/ 5Kbps,通信速率最高可达1Mbps/40m。可挂接设备最多可达110个。CAN节点在自身发生错误时具有自动关闭功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。

  本系统间隔层主要由保护单元和测控单元组成,每个测控单元监控多路馈进馈出,采用先进现场总线CAN,现场通信采用双绞线,总线速率达1 Mbps,快速、可靠、方便灵活,通信规约支持IEC-60870-5-101格式,克服RS485网络上只能有一个主节点而无法构成多冗余系统的缺陷,具有很高的价格比。另外,采用双CAN现场总线内部定期对备用CAN进行备用检测,提高了内部网络的冗余度。

  站控层采用双10 Mbps双绞线以太网结构(能保证变电站自动化系统内部通信网络传输的实时性),由双服务器组成,站控层为值班人员提供全厂系统的监视、控制和管理功能,界面友好,容易使用。通过组件技术,软件功能能实现“即插即用”,能较好地满足电气监控系统的需要,软件系统采用模块化结构,开放性较好。站控层操作系统可采用Windows2000/NT,数据库选用SQL服务器,软件主要功能模块有前置、数据库生成器、数据库组态、报表管理、报警信息、曲线、棒图、动作告警、SOE、事故追忆、录波分析、人机界面、自动抄表、设备管理、定值管理、设备在线诊断、系统组态等。电气监控系统中提供了故障信息传输系统、各级调度中心、电能计量系统、直流系统通信等接口驱动软件。

  总之,系统完成的主要功能有:实时数据采集与处理、数据库的建立与维护、控制操作、同步检测、报警处理、顺序记录(SOE)、事故追忆、画面生成及显示、在线计算及制表、电能量处理、远动功能、电气“五防”、时钟同步、人机接口、系统自诊断与自恢复、与其他智能设备接口、运行管理功能等。

4.主要软件设计

  本系统中,微处理器SAB-C167CR的数据处理速度可达10 MHz,能完成所有测量、控制及通信等功能,其特点是任务较多,各任务之间协调较为复杂,为了便于个任务之间协调与功能扩充,CPU软件系统采用了实时多任务操作系统RTOS来优化和分配CPU时序和资源,保证程序的实时性和可靠性,以任务为对象进行资源管理,任务调度和异常处理,通过RTOS管理系统根据数据处理的轻重缓急来合理分配占有CPU,优化时序分时执行,使之不闲置,不拥挤,每个处理过程又有多个不同优先级别的任务组成,采用优先抢占操作方式有效保证任务执行的实时性,采用这一软件结构的突出特点是使程序实现了真正的模块化,各个任务单独编程,不受其他任务的影响,任务的增减,调度非常方便。

  软件设计分为两部分:一部分是SAB-C167CR微处理器的软件设计,包括与间隔层设备间CAN总线数据传输及上位机UBS的数据通信(使用USB接口方便现场,即插即用,便于PC机的维护与升级,满足变电站数据通信的需要);另一部分为PC机上位机软件的设计。这部分上位机软件设计较为复杂,若采用面向对象的语言编写程序,可使用ActiveX控制实现数据通信。对于微处理器和上位机的软件设计,考虑到将来间隔层设备结构的变化和硬件升级需要,程序设计分为两层,底层负责数据接收和发送;上层负责数据帧上午打包、解包及协议的解释。

5.结论

随着现场总线技术的发展和电气设备微机化程度的提高,为数字化形式实现变电站自

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