PCC 在變電站自動化中的應用

隨著國民經濟的發展，電網容量和用電負荷的日益增長，電力系統對自動化和可靠性的要求越來越高。近十幾年來，由于微處理器技術和通信技術的發展，在電力系統自動化方面形成了許多基于微處理器技術的單項自動化系統，隨著這些系統的不斷增加，許多本該共享的數據，仍然還是各自采集和分別處理，形成了一個個“自動化孤島”，它不僅增加了不少軟硬設備投入，同時也很難保證各裝置數據的一致性。隨著網絡技術的發展，80 年代末期，國內外就開始注意著手解決“孤島”間題，就是在站內全面應用計算機技術，充分利用信息資源以達到提高系統可靠性和利用率的目的，即所謂的“系統集成”。集成包括橫向的功能集成，也包括縱向的各層面向對象的集成，因而推動了開放式系統平臺的出現。

開放式系統平臺意味著系統各部分設備提供符合國際標準的各種接口，計算機之間的數據共享，以及提供給用戶的通用友好界面等。“平臺”思想因其良好的標準化和開放比，越來越降遍地為大家所接受。

電力系統自動化對可靠性的需求，使人們注意到“PLC ”（可編程邏輯控制器）這種高可靠性和強抗工業干擾的技術。90年代以來，PLC 發展迅猛且應用的局域網技術日趨成熟，產品不斷向系列化、標準化發展，在自動化控制領域中，新一代的PLC 改進為PCC (Progammable Computer Controller）已逐漸躍居主導地位，成為實現自動化控制的關鍵技術，在電力系統也不例外。

PCC 是新一代“可編程計算器控制器”，是專為在工業環境下應用而設計的數字運行電子系統，采用“面向用戶的指今”, 因此編程方便；它直按應用于工業環境，具有更強的抗干擾能力、更高的可靠性、廣泛的適應能力和應用范圍；大容量的存儲能力、標準通信接口，基于過程總線的系統互聯、高級語言開發和運行環境，自診斷能力，都使得PCC 為變電站自動化提供了出色的友好“平臺”。

下面介紹應用PCC 實現的智能分布式系統運用于某供電局的一個110KV 變電站的例子。系統按分布式結構設計，采用開放系統、分層控制等先進的計算機設計思想，將計算機技術、通信和網絡技術、數據庫技術、圖形和圖像技術、多媒體技術、數據采集和自動控制技術有機地結合在一起，技術成熟，運行經驗豐富，能夠滿足近期的功能要求和遠期的發展需要。整個設計遵照國際90年代IEC1000系列標準，滿足ISO900l 國際標準。從現場投運以來，運行穩定，技術趨于成熟。

● 系統容量（包括遠期規劃）

AI = 188
DI = 256
DO = 40
PI = 96

首先，上位機和網關單元組成智能分布式系統結構的變電站層。
上位機通過PROFIBUS 網絡與三個主要PCC 采集控制單元（ST1, ST2 , ST3 ）相連，上位機相當于PROFIBUS 網上的一個結點。PROFIBUS ( Process Field Bus)網絡是一種高速數據鏈路，是具有標準通訊能力的開放式現場總線，用于PCC 與PCC 之間，或與其它接到本網絡上的智能設備（如顯示單元PANELWARE ，上位機等）間傳送數據和系統狀態。網絡協議符合德國國家標準D IN19245 ，傳送介質為帶屏蔽的雙絞線（或光纜），通道存取方式為令牌（TOKEN ）方式，在網絡上任一結點地位平等。

上位機既可以單機運行，也可以采用多機及網絡方式運行；軟件平臺采用32 位多任務、多進程設計，可支持Windows95 / 98 / NT 操作系統軟件，配有多種應用軟件接口，并支持OEM 開發，為用戶提供了二次開發平臺；硬件平臺可采用小型機、微型機或工作站等設備。

網關單元ST1上的IFO5O 通訊模塊以及CPU 內部均提供RS485 接口與繼保單元相連。網關單元還提供與外界進行通訊的接口，如RS232口通過撥號MODEM 接入市話網，以便于遠程診斷；或者經路由器接入TCP / IP 遠程網。

若用戶具備與internet 連接的條件，變電站層還可以提供PVI瀏覽器方案，實現遠方讀取數據。

遙測實行交流采樣，遙測主單元ST3 通過net2000與兩個遙側子單元相連，利用CP153上的RS485 串行口通信。遠傳功能通過IF060 提供的RS232 串行口來實現。
電度量通過遙測子單元1上的DIXXX 模塊采集脈沖計數來實現。
遙信／遙控單元實現數字量的采集和輸出控制。

第三，智能分布式系統結構的外圍層為設備層，包括采集層用到的傳感器、二次控制回路等。
設備層根據現場總線( CANBUS ，PROFIBUS ）網絡傳輸速率快（> = 50OkbS ) ，軟硬件實現簡單等特點，可以CANBUS （上述實例是通過RS485 等）來連接變電站內的其他自動化裝置和保護單元、故障錄波、饋線子站及無功補償設備等的主干網，并通過現場總線網絡連接到采集層，與上一層進行必要的數據通訊。

本實例系統的CPU 、專用的網絡模塊（NW150）和通訊模塊（IFXXX ）提供了多種標準通信接口( TTY ，RS422 , RS232 , RS485 ) ，使得CPU 的局部I / 0 總線擴展、遠程擴展I／0 （通過RS485 電纜）以及CPU 間的現場總線組網非常靈活，從而方便地實現系統縱向或橫向集成。系統軟、硬件方面良好的自診斷功能，可把故障范圍減至最小。又由于PCC 的CPU采用68 000＋RISC 的32 位微處理器，具有極強的運算處理能力，可使大量運算、控制功能、保護功能分散在各智能單元，大大提高了站內通信網的利用率，使整個系統效率達到最高。

本系統具有可擴充的模塊化結構、電源、CPU 、網絡板（NWXXX ）、I／O 板（數字量輸入輸出板DIXXX / DOXXX 、模擬量輸入板AIXXX 等）、串口板等都是獨立的模板以總線方式連接在底板( BASEPLATE)上，它取代了標準的框架裝配的局限性，可在標準的DIN 軌道上任意拆裝、組合。

另外每個單元都有一電源模塊PSXXX ，并且總在最左邊。系統電源是系統可靠性與完整性的第一保證，PCC 的輸入電壓有AC 、DC 兩種，可實現交／直流切換。

從上例可以看出，繼承了PLC 與微機技術的PCC 技術形成的第一代自動化軟件硬件平臺結構，具特點包括：

● 高可靠性的元件、適應于工業環境運行的設計。

● 采用32 位CISC 和RISC 的CPU，大容量存儲器，實時操作系統、支持計算機網絡通訊、

采用高級語言編程和梯形圖邏輯設計的標準軟件硬件平臺。

● 高效率的標準現場總線PROFIBUS、支持Peer-to-Peer的網絡通訊方式和分布式處理，實現

當地通訊，標準化軟硬件模塊設計，減少電纜，降低建設投資和運行維護費用。

● 配置靈活，容易在線擴充修改。

● 易于實現橫向縱向功能集成，達到實時信息的全局共享，實現白動化。

● 應用軟件開發的支持，不僅適合穩態的數據采集，也適合瞬態信號的采集。

● 本地／遠程診斷。

總之，開放式系統平臺是當前變電站自動化發展的方向。由于綜合需要，網絡技術、通訊協議的標準、分布式技術和數據共享、新的算法的研究以及隨之而來的經濟效益的研究等是當前變電站自動化研究的熱點問題。PCC 應用為變電站自動化提供了廣闊的前景。現代的PCC 與微機的發展相互滲透，已是一種可提供諸多功能的成熟的用戶應用控制系統，而不是一種簡單的邏輯控制器，它已被開發出更多的接口與具它控制設備進行通信、生成報告，多任務調度，可診斷白身故障及機器故障，這此優勢使PCC 可以實現各種變電站運行、分析與控制功能，符合當今的變電站自動化系統及站內自動化設備的高要求。利用PCC 和現場總線局域網絡組成變電站自動化系統不僅滿足變電站對系統的功能結構要求，而且具有很高的性能價格比，是值得進一步探討的一種可行性方案。