PCC 在變電站自動化中的應用

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)容量和用電負荷的日益增長，電力系統(tǒng)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(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)自動化方面形成了許多基于微處理器技術(shù)的單項自動化系統(tǒng)，隨著這些系統(tǒng)的不斷增加，許多本該共享的數(shù)據(jù)，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(shè)備投入，同時也很難保證各裝置數(shù)據(jù)的一致性。隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，80 年代末期，國內(nèi)外就開始注意著手解決“孤島”間題，就是在站內(nèi)全面應用計算機技術(shù)，充分利用信息資源以達到提高系統(tǒng)可靠性和利用率的目的，即所謂的“系統(tǒng)集成”。集成包括橫向的功能集成，也包括縱向的各層面向?qū)ο蟮募桑蚨苿恿碎_放式系統(tǒng)平臺的出現(xiàn)。

開放式系統(tǒng)平臺意味著系統(tǒng)各部分設(shè)備提供符合國際標準的各種接口，計算機之間的數(shù)據(jù)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(tǒng)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(yè)干擾的技術(shù)。90年代以來，PLC 發(fā)展迅猛且應用的局域網(wǎng)技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品不斷向系列化、標準化發(fā)展，在自動化控制領(lǐng)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(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵技術(shù)，在電力系統(tǒng)也不例外。

PCC 是新一代“可編程計算器控制器”，是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運行電子系統(tǒng)，采用“面向用戶的指今”, 因此編程方便；它直按應用于工業(yè)環(huán)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(tǒng)互聯(lián)、高級語言開發(fā)和運行環(huán)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(xiàn)的智能分布式系統(tǒng)運用于某供電局的一個110KV 變電站的例子。系統(tǒng)按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用開放系統(tǒng)、分層控制等先進的計算機設(shè)計思想，將計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形和圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和自動控制技術(shù)有機地結(jié)合在一起，技術(shù)成熟，運行經(jīng)驗豐富，能夠滿足近期的功能要求和遠期的發(fā)展需要。整個設(shè)計遵照國際90年代IEC1000系列標準，滿足ISO900l 國際標準。從現(xiàn)場投運以來，運行穩(wěn)定，技術(shù)趨于成熟。

● 系統(tǒng)容量（包括遠期規(guī)劃）

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

首先，上位機和網(wǎng)關(guān)單元組成智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變電站層。
上位機通過PROFIBUS 網(wǎng)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(wǎng)上的一個結(jié)點。PROFIBUS ( Process Field Bus)網(wǎng)絡是一種高速數(shù)據(jù)鏈路，是具有標準通訊能力的開放式現(xiàn)場總線，用于PCC 與PCC 之間，或與其它接到本網(wǎng)絡上的智能設(shè)備（如顯示單元PANELWARE ，上位機等）間傳送數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)。網(wǎng)絡協(xié)議符合德國國家標準D IN19245 ，傳送介質(zhì)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(wǎng)絡上任一結(jié)點地位平等。

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

網(wǎng)關(guān)單元ST1上的IFO5O 通訊模塊以及CPU 內(nèi)部均提供RS485 接口與繼保單元相連。網(wǎng)關(guān)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(wǎng)，以便于遠程診斷；或者經(jīng)路由器接入TCP / IP 遠程網(wǎng)。

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(xiàn)遠方讀取數(shù)據(jù)。

遙測實行交流采樣，遙測主單元ST3 通過net2000與兩個遙側(cè)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(xiàn)。
電度量通過遙測子單元1上的DIXXX 模塊采集脈沖計數(shù)來實現(xiàn)。
遙信／遙控單元實現(xiàn)數(shù)字量的采集和輸出控制。

第三，智能分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的外圍層為設(shè)備層，包括采集層用到的傳感器、二次控制回路等。
設(shè)備層根據(jù)現(xiàn)場總線( CANBUS ，PROFIBUS ）網(wǎng)絡傳輸速率快（> = 50OkbS ) ，軟硬件實現(xiàn)簡單等特點，可以CANBUS （上述實例是通過RS485 等）來連接變電站內(nèi)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(shè)備等的主干網(wǎng)，并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連接到采集層，與上一層進行必要的數(shù)據(jù)通訊。

本實例系統(tǒng)的CPU 、專用的網(wǎng)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(xiàn)場總線組網(wǎng)非常靈活，從而方便地實現(xiàn)系統(tǒng)縱向或橫向集成。系統(tǒng)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(nèi)通信網(wǎng)的利用率，使整個系統(tǒng)效率達到最高。

本系統(tǒng)具有可擴充的模塊化結(jié)構(gòu)、電源、CPU 、網(wǎng)絡板（NWXXX ）、I／O 板（數(shù)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(tǒng)電源是系統(tǒng)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(xiàn)交／直流切換。

從上例可以看出，繼承了PLC 與微機技術(shù)的PCC 技術(shù)形成的第一代自動化軟件硬件平臺結(jié)構(gòu)，具特點包括：

● 高可靠性的元件、適應于工業(yè)環(huán)境運行的設(shè)計。

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

采用高級語言編程和梯形圖邏輯設(shè)計的標準軟件硬件平臺。

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

當?shù)赝ㄓ崳瑯藴驶浻布K設(shè)計，減少電纜，降低建設(shè)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(xiàn)橫向縱向功能集成，達到實時信息的全局共享，實現(xiàn)白動化。

● 應用軟件開發(fā)的支持，不僅適合穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)采集，也適合瞬態(tài)信號的采集。

● 本地／遠程診斷。

總之，開放式系統(tǒng)平臺是當前變電站自動化發(fā)展的方向。由于綜合需要，網(wǎng)絡技術(shù)、通訊協(xié)議的標準、分布式技術(shù)和數(shù)據(jù)共享、新的算法的研究以及隨之而來的經(jīng)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(xiàn)代的PCC 與微機的發(fā)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(tǒng)，而不是一種簡單的邏輯控制器，它已被開發(fā)出更多的接口與具它控制設(shè)備進行通信、生成報告，多任務調(diào)度，可診斷白身故障及機器故障，這此優(yōu)勢使PCC 可以實現(xiàn)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(tǒng)及站內(nèi)自動化設(shè)備的高要求。利用PCC 和現(xiàn)場總線局域網(wǎng)絡組成變電站自動化系統(tǒng)不僅滿足變電站對系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)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。