3.1 牵引变电站自动化系统构成

　　图2是本方案的系统构成图,它基于无人值守的牵引变电站,所以系统图中并未出现人机对话工作站。

　　图2中的通信控制器是整个系统的核心和所有数据(本站的全部数据及邻站的有关数据)的流入点,如果该设备单机的可靠性不够高,则可考虑采用冗余配置。冗余不是必需的,所以在图中显示的是单机配置。通信控制器完成程控及程控联锁的功能、完成转发站内数据至调度的功能,它通常还带有一个人机接口,用于简单的在线运行监视。维护计算机用于离线的系统配置、故障诊断的功能。通信控制器和调试计算机都属于变电站层的设备。

　　图2中的各种保护测控单元和其他监控单元是间隔层设备,主要完成保护、测量、控制、单控联锁的功

　　能。介于间隔层设备与变电站层设备之间的是通信网络。以下将重点描述遥控、网络通信功能的实现方案。

　　3.2 单控及程控实现方案

　　在地铁供电领域,有些间隔层设备是用可编程逻辑控制器(PC)来实现的,甚至早期的变电站层设备也是用PC来实现的,相应的控制、联锁功能也要通过对PC编程来实现,PC的编程语言绝大多数支持IEC1131-3:1993[4]的标准。而同一个站内,非PC类的通信控制器也要实现程控及联锁功能。为统一起见,通常要求通信控制器也要用符合IEC1131-3标准的编程语言来实现程控。这种方案实际上是最理想的方案,它主要有几大优势:

　　(1)符合IEC1131-3标准的编程语言如IL、ST、LD、FBD等均直观易读,尤其是LD和FBD,为多数维护人员所熟悉。运用熟悉的编程语言可减少出错的可能。

　　(2)保证全站甚至全地铁所有变电站的所有设备使用统一的编程语言,减小了运行管理的难度。

　　(3)使用IEC1131-3标准,降低了自动化系统制造商在组态软件上的开发风险,自行制定的标准往往存在考虑不周的情况。该方案的实现手段如下:

　　首先,开发符合IEC1131-3的组态软件,该软件在维护计算机中运行,将易于维护人员掌握的编程语言转换为目标机(如通信控制器)所能识别的机器执行代码,然后将该代码在线下载到目标机中去。

　　3.3 通信网络实现方案

　　本方案中,间隔层设备通过网关将各种不同的通信网络统一至光纤以太网中来,以太网采用星型连接,即所有设备通过光纤交换机相连(交换机在图中未显示)。以太网作为变电站自动化系统通信网络未来数年的发展方向是不可动摇的,光纤介质虽然成本较高,但其卓越的电磁兼容性能和长距离通信能力是双绞线无法比拟的。

　　本方案中,网关的作用也是不可或缺的。网关主要发挥了以下几个作用:

　　(1)大大降低了通信控制器的复杂程度和CPU(中央处理器)负载。

　　(2)将不同的通信网络转换为统一的通信接口,管理更为简单。

　　(3)网关将不同间隔层设备之间的相互影响降到了最低。

　　(4)网关将间隔层设备自身的通信网络故障隔离在网关以外,不会影响到通信控制器的正常工作。

　　本方案以太网的通信协议的确定也是至关重要的问题,协议必须分层、高效、开放、可靠、简单。现在,物理层和链路层已经确定为光纤以太网-10baseFL。网络层和传输层协议则毫无疑义地应当在开放的标准传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)协议集中选取,在此选择了用户数据报协议/因特网协议(UDP/IP),因为UDP传输效率要高于TCP,至于其传输可靠性低的缺点可由更上层的应用层协议来弥补。提及应用层协议,由于在IEC61850正式出台以前,尚无任何基于以太网的全站智能电子设备(IED)的通信协议,所以应用层协议必须自行确定。

　　考虑到IEC60870-5-103是基于串行口的全站IED通信协议,而IEC60870-5-104则是基于以太网的远动通信协议。如果将二者有机地结合,将会得到一个开放、高效、可靠的应用层协议。众所周知,应用层协议由应用规约控制信息(APCI)和应用服务数据单元SDU)2部分组成,如果将适合于网络传输的IEC60870-5-104协议的CI和适用于IED通信的IEC60870

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