低压配电开关柜监控单元设计.doc

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1、目录低压配电开关柜监控单元设计2摘 要2Abstract3第1章 引 言4第1章 引 言51.2.2 国内研究现状5a）传统的非智能型开关柜。在工厂的生产线上(如轧机等)所需的开关柜(主6b）智能型开关柜。是在传统的非智能型开关柜中加装状态、电量数据采集6第1章 引 言61.3.3性能参数7第1章 论述了低压配电开关柜智能监控单元设计必要性，概述了国内外配8第1章 引 言8第2章 详细介绍了低压智能配电监控系统设计框架，并对PROFIBUS-DP8第3章 详细介绍了低压智能配电监控系统设计框架，并对分布式从站通信8第4章 详细介绍了低压智能配电监控终端硬件电路的设计，详细终端硬件8第5章 详细

2、分析了系统软件主要包括监控终端测量单元软件设计和监控8第2章 系统总体设计8第2章 系统总体设计92.1.3 监控终端系统通信网络9第2章 系统总体设计10第2章 系统总体设计11第2章 系统总体设计12第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计13第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计14第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计153.1.2 MCS-96系列与87C196KC芯片15第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计16第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计17第3章 PROFIBUS-DP从站接口硬件设计173.3.2 RS485通信接口模块18第4

3、章 监控终端的硬件设计18第4章 监控终端的硬件设计18第4章 监控终端的硬件设计19第4章 监控终端的硬件设计22第4章 监控终端的硬件设计234.3.3 低通滤波电路244.3.4 A/D转换通道24第4章 监控终端的硬件设计25第4章 监控终端的硬件设计264.5.1 液晶显示模块设计264.5.2 按键输入电路26第4章 监控终端的硬件设计27第5章 监控终端软件设计28第5章 监控终端软件设计28第5章 监控终端软件设计295.2.3 液晶显示29第5章 监控终端软件设计30第5章 监控终端软件设计315.3.2 从站数据接收程序315.3.3 从站数据发送程序325.3.4 SPC

4、3中断处理程序32第5章 监控终端软件设计32最后，要感谢我的家人和朋友对我学习的理解和支持及生活上无微不至的关33（22）：10-13.34低压配电开关柜监控单元设计摘 要近年来，经济的快速发展对我国电力工业的发展提出了更高的要求，提供更多的电能，具备更高的供电可靠性，更小的线路损耗，更长的使用寿命，更少的维护工作等等。针对上述要求，国家对电厂实行“西电东送”和“关停并转”等措施，解决供需矛盾，对电网进行“城网农网改造”，进一步优化电网结构，减少线损，在变配电所实行配网综合自动化，提高可靠性，进而达到无人值守。其中一个很重要的方面就是对开关及开关柜运行状态进行监控，传统的开关柜与现代电子技术

5、相结合的智能化开关柜应运而生，它一方面满足传统开关柜的基本功能要求，另一方面将微电子技术引进柜内，使其有自检、自控和自我诊断的新功能，以满足配电网综合自动化的需要。一些高新技术如传感器技术、微电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展及其在各工业领域的成功应用，使智能化开关柜的开发和应用成为可能。本文配变监测终端的主要设计目标是：实时采集配电系统运行的模拟量和状态量，要求高精度、高准确性；接收中心站查询命令，将最新测量结果上报主站；能自动检测与识别配变故障，若有异常，立即向中心站发送告警消息和测量数据，同时，根据中心站命令控制外部开关设备；监测设备自身具有故障自检及自恢复功能；保证终端工作可靠性

6、，满足电磁兼容性要求。本文的主要内容包括：首先，对目前国内传统开关柜与国外先进的智能开关柜进行了系统的分析和比较，指出了两种存在的不同及优缺点，并对目前国内传统开关柜提出了智能化改造设想，提出了系统设计思想。其次，分析了终端配电状态监控系统的硬件设计。系统硬件采用了芯片模块化并协同工作设计思想，单片机控制数据采集，这样设计的目的是为了提高数据采集的速度和精度，现场总线通讯芯片负责数据的上传和下载，两部分属独立设计，两者组成了本次设计的硬件电路。此外还详细介绍了硬件系统中的滤波电路设计、信号采集电路设计、显示按键单元设计、开关量输入及输出单元设计等。最后，介绍了系统固件程序设计和应用程序功能模块

7、。系统固件程序包括单片机主程序、中断程序和SPC3的初始化程序等； 应用程序包括：数据采集应II用模块图、显示应用模块图、从站上传数据应用模块图，从站下载数据应用模块图等。关键词：智能配电 状态监测 信号采集 数据通讯AbstractIIILow voltage Distribution Switchgeat Control Unit Design Introduction of the author: Liyong, male, was born in January,1982 whose tutor was rofessor Wujianping. He graduated from Ch

8、engdu University of Technology in Testing&Measure Technology and Apparatus major and was granted the Master Engineering Degree in June, 2010. Abstract In recent years, rapid economic development on the development of Chinas power industry has put forward higher requirements: to provide more power, w

9、ith higher reliability, smaller line loss, longer life, less maintenance and so on. in response to these requests, the state of the power plant implementation of “West to East”and”Guantingbingzhuan”and other measure to resolve the contradiction between supply and demand on the grid for “City Network

10、 Rural reform”, and further optimize network structure, reduce line loss, in the implementation of substation distribution network automation system, improve reliability, and thus achieve unattended. one very important aspect of the switch cabinet to monitor the status of traditional switchgear with

11、 modern electronic technologycombined with the intelligent switch cabinet came into being, which on the hand traditional switchgear to meet the basic functional requirements, and the other regardto the introduction of microelectronic technology cabinet, so there is self, self-control and self-diagno

12、stic features to meet the needs of distribution managements system. Some high-tech.such as sensor technology,microelectronics,computer technology and the rapid development of information technology and its success in various industrial applications, intelligent switchgear to the development and appl

13、ication possible. Distribution Transformer Terminal article the main design goals are: real-time acquisition of the analog distribution system operation and status volume, quires high precision, high accuracy; reception center station inquire command, the geophysicists have reported the main points;

14、 can automatically detect and the distribution transformer fault indentification,if unusual, immediately to the center stations in Alert messages and measurements at the same time, according to central station command and control of external switch device; monitoring device itself has a fault self-t

15、est and self-recovery functions; to ensure the reliability of the terminal work to meet IVelectromagnetic compatibility requirements. The main content of this paper includes: First, the traditional domestic and foreign advanced intelligent switchgear for a systematic analysis and comparison, that th

16、e existence of two different advantages and disadvantages, and the traditional switchboard domestic reform ideas proposed intelligent system is presented design. Secondly, the analysis of the distribution terminal condition monitoring system hardware designs. Using modular hardwareand chip design to

17、 work, MCU control data collection, this design aims to improvethe speed and accuracy of data collection, field bus communication chips for data uploads and downloads the two parts of an independent design, the two formed the design of this hardware. In addition, details of the hardware system filte

18、r circuit design, signal acquisition circuit design, display design of Key modules, digital input and output cell design. Finally, the introduction of the system design and application firmware modules, System firmware, including single chip main program, interrupt procedures and SPC3 initialization

19、 procedures; applications include: data acquisition application modules, showing application module map, upload the data from the station application module map, from the station to download data application block diagram and so on. Keywords:Intelligent Power Distribution、Condition Monitoring、Signal

20、 Acquisition、Data Communication 第1章 引 言1.1 课题背景及研究的现实意义随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的迅速发展，特别是网络通讯技术的发展使得配电自动化技术得到了空前发展1。针对10kV 及其以上的配电系统自动化的研究在我国已有近十年时间，且已应用于实践，其技术日趋成熟和完善，为我国配电自动化的发展奠定了基础。而低压配电系统的智能化还处于探索阶段。在10kV以下0.4kV电压等级的低压配电网中，开关柜是开关设备的主要工作形态之一，它是以开关为主的成套电路。对于0.4kV低压配电系统，传统的电气控制，主要通过断路器、接触器、热继

21、电器、熔断器、控制继电器、主令开关、互感器、各种电工仪表(电流表、电压表、功率表等)组合成低压开关控制柜来实现配电、控制、监视等功能。这种传统的开关柜不仅配有数十个或更多的电工仪表等盘装元器件，给生产、储存、维修带来极大不便，并且以人工直接操作为主，无法实现计算机智能管理，对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。但随着广大企业对用电质量要求的提高，传统的采用电磁式机械结构的一二次控制保护元件已无法适应现代电网发展的需要，而引进计算机技术并将其作为监控、计量、控制、保护的核心，并与断路器配合构成的智能化低压开关柜将受到用户的欢迎与应用，其计量、保护、控制、通信、记录等功能均可通过智能技术、数字显

22、示技术等可靠的运用起来2。这里所提到的智能型开关柜，也就是采用了智能型元器件的开关柜，其主要特点是在传统开关柜和元器件基础上充分应用了微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术以及网络通讯等新技术，具有较高的性能和可靠性。此外，智能化低压开关设备应具有传统电器难以实现的特点:低压断路器等一次元件在线监控。微处理机控制测量技术，数字化监控控制技术，功能一体化、控制、保护智能化、网络化。若干智能型开关柜通讯网络组成的智能低压配电监控系统，对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电参量进行监控以及对断路器的分/合状态、故障信息进行监视，对断路器的分/合状态进行控制，并且提供完善的远程监控软件

23、，从而实现卓越的“三遥”功能3。智能开关柜应用到变电所组网集中控制与传统开关柜组网集中控制的结构的主要区别在于数据处理与信息取样、控制的通讯方式上。传统开关柜组网集中控制是将系统电压、各柜电流、开关状态量以控制电缆传送到集中控制室，由电磁保护继电器屏实现一次设备保护控制功能。智能开关柜采用智能控制单元直接进行电流、电压及开关状态信息的采集，智能控制单元成都理工大学硕士学位论文2能够独立进行数据处理，实现保护、控制、测量、显示等功能，并可将采集的信息进行处理后通过标准计算机接口上传，实现微机保护、三遥、数据采集与监控、电能计费、事故报警、事故追忆、数据报表打印等功能。这主要是后台软件开发的应用。

24、目前，在我国低压配电系统中大多实行“盲目”的无人值守方式，即设备投入运行后现场没有人员值守，采用定期巡检或故障用户主动反映的方式对运行中的设备进行集中监视和维护。这不仅造成工作效率低下，而且给生产生活也造成了极大的安全隐患4。但随着配电网综合自动化技术的日益成熟以及城市轨道交通对供电质量的要求日趋严格，目前越来越多的技术人员开始将智能低压微机监控装置引入到低压配电监控中，以希望实现对远方集中运行的设备进行实时监控。也正由于这样的高要求用电质量的背景下，笔者经过以上分析提出了基于现有智能开关柜而设计出的低压配电监控系统的思路，此设计思路具备当前智能配电系统的典型结构，减轻巡检人员的劳动强度，提高

25、低压供电系统的安全性。1.2 智能低压开关柜的国内外研究现状61.2.1 国外发展历程国外低压成套设备的发展可分为三个时期。在70年代末、80年代初，随着电子技术的发展，低压成套设备步人控制电子化、保护综合化时代，出现了电子式各种运行电量控制器、电动机综合保护器、无功功率补偿控制器等产品，其结构多为小装置型和继电器型。例如:电动机综合保护器的功能有过电流、断相、过载等保护，其起动时间可调整，过载时间可整定，功功率补偿控制器则可根据无功电流、功率因数等不同参量，自动进行补偿电容的均衡控制。80 年代中期，此类装置已初步进人智能型时代。在低压配电领域，采用了PLC技术，应用I/O点方式，通过可编程

26、控制器实现配电装置的控制与操作;后期出现了微机集中检测与控制，可对馈电主保护断路器进行远距离操作，对各回路电压、电流、有功电量和无功电量、功率因数、频率、变压器温度等进行检测，但仍停留在遥测、遥控水平上，缺少遥讯和遥调功能，更缺少智能型的思维、分析、判断与选择。从80年代末和90年代初开始，随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的飞速进步，特别是网络通讯技术的进步，自动化技术得到了空前发展。在这个时期，各类全数字交、直流控制产品和PLC(可编程逻辑控制器)扩展迅速，每3-4年就换代一次，功能越来越强大，可靠性也越来越高口微处理器从8位机发展到16位机和32位机与多机运行，

27、主要控制线路和控制结构由硬件组成发展到由可自由组合的软件块组成。如西门子公司的直流全数第1章 引 言3字产品，由6RA22系列发展到6RA23,6RA24系列又发展到SIMADYN-n系列时间还不足十年。在联网方面，功能也越来越强，由两机之间的通讯到单机与多机通讯，发展成网络通讯，在通讯协议方面由各公司的内部协议发展到开放的、标准的协议。西门子公司的产品由原先的USS协议发展到现在开放的PROFIBUS协议和工业以太网协议。随着全数字控制和自动化技术的发展，各大公司也把这些技术应用于配电系统，也就是把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通讯技术相结合，形成了第三代产品，出现了智能型断路器、智

28、能型开关柜及其它智能元器件，如ABB公司的SACEF2系列断路器、西门子公司的3WN系列断路器和SIVACON系列开关柜、GEC-ALSTHOM公司的GEMSTART3系列、西屋公司的Advantage系列及ABB公司的MSG系列智能马达控制器。这些智能元器件都是以微处理器为核心，具有测量、变换、保护、控制等功能，实际就是一个现场控制计算机。同时都具有通讯接口，可连接通讯网络，与上位计算机通讯5。在发展智能型元器件及开关柜的同时，功能越来越强大的监控系统也得到了大力发展，如西屋公司的IMPACC系统、ABB公司的INSUM系统以及西门子公司的SIMOCODM系统、MOELLER公司的配电系统2

29、000等。通过这些系统与低压配电装置等现场设备的配合，使成套供、配、用电系统能够在本机、上位机、环境、负载等对象中交换各种信息，通过网络实现状态观测、信息回馈、综合判断、发出指令及操作等，提高了整个配电系统的可靠性6。1.2.2 国内研究现状国内低压成套自1985-1987年自耦减压起动柜JJ1全国联合设计时起，首先采用半导体集成电路式时间电流转换器代替原来的充气式时间继电器和电流继电器。1989-1990年，国内又出现了电子式电机多功能综合保护器。1991-1992年，又出现了半导体式热继电器。在成套方面，智能型配电系统也已起步，厦门电控厂已有能进行数据采集的马达控制中心问世;天津夏利汽车工

30、程的所有低压配电柜、动力柜全部实现了上位计算机控制，做到了运行、故障集中监视，集中判断、处理，大大提高了设备运行安全性、可靠性。但从技术上看，目前我国虽已完全掌握了微处理器在电控产品上的应用技术，也已有一些带接口的全数字产品问世，但反映国际目前水平的智能型低压配电装置和智能控制器，目前还没有见到，有待进一步努力。目前国内对低压开关柜的智能控制基本有两种形式: a）传统的非智能型开关柜。在工厂的生产线上(如轧机等)所需的开关柜(主要是马达控制，为风机、水泵、油泵等)供电量比较大。由于生产线是采用自动控制的，通常把开关柜也纳人生产线自动化控制系统。处理方法是采用PLC 的I/O点(或在开关柜附近设

31、若干PLC的远程终端站)把各个马达控制回路、配电回成都理工大学硕士学位论文4路的状态和电量参数直接采集到PLC控制机上来处理，PLC的控制信号也是由I/O点来实现7。b）智能型开关柜。是在传统的非智能型开关柜中加装状态、电量数据采集模块而成的。采集模块单元通过通讯网络把数据送往上位计算机处理，并接受上位计算机的控制命令。这基本上是将a)形式的集中采集监控系统的集散处理变成为集散控制系统，提高了开关柜和配电系统的性能和可靠性。近几年来，国内智能型开关柜发展比较快，特别是b)类形式的开关柜越来越完善，有些厂家也在研制智能型监控器。随着三峡等国民经济重点工程的上马和电站的发展，随着智能大厦、智能超市

32、的兴起，随着工业化水平和工业自动化水平的提高，智能型低压配电系统和智能型低压开关柜的需求量日益增加。下个世纪将是智能化的时代，其需求量必将大增。但目前智能型产品主要是国外各大电气公司的产品，价值普遍较高(平均每台达十几万元)，而国内目前的智能型产品还没有达到国际当代水平。要想在大的需求量下有较大的实际应用量，就需要研制具有国际当代水平的智能型开关柜产品。现在国内许多厂家正在做这方面的努力，预计在两、三年内就会有新一代的智能型开关柜问世8。1.3 配电监控终端设计目标及要求1.3.1 设计目标根据配电监测终端在配电自动化系统运行中所担负的任务，以及现场环境、使用操作的具体要求，本文配变监测终端的

33、主要设计目标是：实时采集配电系统运行的模拟量和状态量，要求高精度、高准确性；接收中心站查询命令，将最新测量结果上报主站；能自动检测与识别配变故障，若有异常，立即向中心站发送告警消息和测量数据，同时，根据中心站命令控制外部开关设备；监测设备自身具有故障自检及自恢复功能；保证终端工作可靠性，满足电磁兼容性要求。1.3.2 设计要求分析了国内外产品的特点以及国内市场需求，吸取和综合它们的优点，克服其不足的一面，课题研究开发了一种适用于工业低压配电网的智能开关柜监控系统，完成的主要工作是: 智能配电柜监控终端的硬件设计该监控单元的微处理器采用INTEL公司的87C196KC芯片，具有强大的数据和信息处

34、理能力，能对大量的数字信号进行快速的运算。主要的设计工作包括监控单元原理图的设计，硬件线路板(PCB)的绘制。监控单元硬件设计采用了标第1章 引 言5准化模块设计方法，整个硬件结构由主要以下几个模块组成:MCU模块、模拟信号变换模块，开关量输入/输出模块，按键和液晶显示模块，I/O扩展模块，实时时钟模块、通信模块等。这些模块在功能上和电路结构上都相互独立，以便针对不同的具体要求，进行灵活的配置。通信模块设计就87C196KC微处理器本身的性能，提出了当前工业现场普遍采用的开放式PROFIBUS-DP现场总线的通信模块设计方案，通过通讯芯片SPC3与微处理器87C196KC的建立的从站节点，实现

35、了监控单元与PC机的双向通信功能，通过总线系统达到三遥功能。监控单元的软件设计软件部分设计的主要任务是用汇编语言和C语言编写程序以实现预期的功能，主要包括软件结构设计和软件程序设计。本设计的软件程序部分采用模块化的设计方法，根据监控单元预期要实现的功能，所设计的系统软件主要由初始化程序，数据采集程序，通信程序，各种情况记录程序和主程序等部分组成。另外，还优化了保护算法，以提高故障的判断速度，同时也要兼顾供电系统对控制器可靠性的要求。1.3.3性能参数终端工作电源电源电压：220V(150V420V)AC；电源标称频率：50Hz20%(4060Hz)；电源波形：正弦波，谐波含量小于30%；后备电

36、池电压：9V。终端计量条件标称电压：3380V(三相四线制); 测量范围：0.5V1.9V；标称电流：5A；标称频率：50Hz。测量精度电压：0.2级；电流：0.2级；有功功率：0.2级；有功电能：0.2级；无功功率：0.5级；无功电能:0.5级；频率：0.01Hz；温度：3%；时钟走时误差：0.1S/Hour。消耗功率整机静态功耗小于5VA。工作条件环境温度：4075；环境湿度：5%100%； 成都理工大学硕士学位论文6大气压力：66kPa108kPa。输入回路参数电压输入：100V300 电流输入：50MA5A外接普通电流互感器)，回路功耗小于0.1VA；工频：50Hz(10%)；开关状态

37、输入：2路有源接点，1路无源接点，电压范围512V DC。输出回路缺相保护接点：无源常开/常闭接点各一组(5A 220V AC或5A 30V DC)；告警输出：l路常开。1.4 设计过程中须考虑的若干关键问题低压智能化开关柜目前处于发展阶段，尚无统一的模式可以遵循。目前，许多厂家或研究部门都在研究开发，但至今单一性能的居多，而综合多功能的偏少。因此，发展智能化开关柜的工作尚需不断地完善和积累经验。总体来说，研制中必需考虑的以下关键问题。传感技术传感技术是智能化部分的关键部件，可供使用的有电量传感器、气体传感器、温度传感器、漏电传感器等。在选用传感器时，应注意其精度、可靠性、及安全性。特别是开关

38、触头磨损、电量测量用传感器更应注意其线性。信息处理及微机技术对于智能化开关柜来说，获得监控量的信息，数据采集只是第一步，还需进行进一步的处理、判断及决策。a)前置处理单元：由数据采集系统的模拟量转换为数字量，然后进行算术和逻辑运算，并与给定的报警、跳闸、操作等条件进行比较，当满足动作条件时执行动作任务。b)后置管理单元：后置管理单元要完成对数据的打印管理、事故记录等。微机处理装置必需预留通信接口，使软件系统与己在线运行的其他软件环境能方便地连接。抗干扰技术智能化装置在低压开关柜内使用，其连接线均在高电磁环境条件下运行，因此必须加强屏蔽和隔离，以保证整个装置系统具有优良的抗共/串模干扰的能力。章

39、节安排：第1章 论述了低压配电开关柜智能监控单元设计必要性，概述了国内外配电开关柜智能监测技术的研究和发展，提出了本文研究的目的和意义。 第1章 引 言7第2章 详细介绍了低压智能配电监控系统设计框架，并对PROFIBUS-DP现场总线进行了简要的概述，同时对分布式从站通信单元也进行了理论上的分析与设计。第3章 详细介绍了低压智能配电监控系统设计框架，并对分布式从站通信单元进行了理论上的分析。第4章 详细介绍了低压智能配电监控终端硬件电路的设计，详细终端硬件器件的选择和硬件模块的设计。第5章 详细分析了系统软件主要包括监控终端测量单元软件设计和监控终端通讯单元软件设计。最后对全文进行了总结和展

40、望。 成都理工大学硕士学位论文8第2章 系统总体设计2.1 智能低压开关柜监控系统的主要特点2.1.1 监控系统的结构组成通讯网络把众多的带有通讯接口的低压配电和控制设备与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，来实现低压配电系统的集中数据处理、集中监控、集中分析并集中调度。目前，此类产品国外较先进的有英国GEC-AL-STHOM公司的ICIS系统、美国西屋公司的IM-PACC系统以及德国ABB公司的INSUM系统等。智能型低压配电系统比较常见的为三级结构，主要由三部分组成: 1.主计算机主计算机用来实现对配电和控制设备以及智能型元器件的监控、保护和控制通讯，可以是PC机、已存在的工控机系统

41、、PLC或离散控制系统。2.通讯网络主要含主机接口、网络从站监控器及网卡。主计算机通过主机接口对整个通讯网络实施控制。网络从站监控器是二级网的控制器。在较大的配电系统中，采用网络从站监控器，可以大大提高主计算机对整个配电系统的访问速度，提高实际监控的能力。3.智能型低压配电和控制设备也就是采用了带有通讯接口的智能型控制器或低压电器元件的低压配电和控制设备9。2.1.2 低压智能化开关配电柜监控终端功能根据项目的需要和工作环境，该装置应具有如下功能：在线测量母线电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率、功率因数、电能；在线测量检测断路器工作状态；控制低压开关柜，使真空断路器既能进行合闸及分闸操作

42、。越限报警和故障诊断电压越限报警、电流越限报警、漏电监控报警、断路器跳闸报警等，并进行常见的一些故障诊断。故障记忆功能过载、短路，漏电、断相、欠电压等故障发生时。本装置监控主机可记忆故第2章 系统总体设计9障时刻和类型。数据通信功能。将在线测量的各项数据及报警、故障信息实时上传至工控DCS系统，可使中央操作人员可随时直观方便的了解工业现场配电系统的运行情况10。2.1.3 监控终端系统通信网络智能型低压配电监控系统的关键部分是通讯网络。它就像是整个监控系统的神经网一样，把各现场的配电和控制设备与主计算机连接起来。从目前国内外智能化配电系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS-DP，MO

43、DBUS，LONWORKS等，而FF，NART，CAN等现场总线在智能化配电系统中应用则较少11。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个智能化配电系统中只采用一种现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线(FF)HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE总线等。现场总线控制系统的特

44、点。开放性和可互操作性开放性意味FCS将打破DCS大型厂家的垄断，给中小企业发展带来了平等竞争的机遇。可互操作性实现控制产品的“即插即用”功能，从而使用户对不同厂家工控产品有更多的选择余地。彻底的分散性彻底的分散性意味着系统具有较高的可靠性和灵活性，系统很容易进行重组和扩建，且易于维护。低成本衡量一套控制系统的总体成本，不仅考虑其造价，而且应该考察系统从安装调试到运行维护整个生命周期内总投入。相对DCS而言，FCS开放的体系结构和OEM技术将大大缩短开发周期，降低开发成本，彻底分散的分布式结构将1对1模拟信号传输方式变为1对N的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的A/D，D/A转换

45、装置、布线安装成本和维护费用。因此从总体上来看，FCS的成本大大低于DCS的成本。可以说，开放性、分散化和低成本是现场总线最显著的三大特征，它的出现将使传统的自动控制系统产生划时代的变革，这场变革的深度和广度将超过历史上任何一次变革，必将开创自动控制的新成都理工大学硕士学位论文10纪元12。2.2 系统设计思路如图2-1所示，此系统主要由以下三部分组成：第一部分：监控主机（工控上位机）监控主机的任务是对整个工业现场的信息进行存储和处理，并通过先进友好的人机界面实现所有变电所的监控及管理。监控主机与智能通讯接口之间采用高可靠性的PROFIBUS-DP现场总线通讯方式。第二部分：面向现场设备的间隔

46、层测控、保护“一体化”智能装置(又称智能测控保护单元) 将保护和测量、控制、信号、通讯等功能集成为一个封闭的测控保护单元，直接安装在智能低压开关柜内原安装继电保护间隔内，实现彻底的分布式配置。第三部分：监控智能通讯接口智能通讯接口通过网络信息通道收集各前置智能测控单元的上传信息，并下达控制、调整命令。它负责把所有与它相连的测控单元的工作状态上传到监控主机，监控智能接口放置于工业现场内13。监控智能通讯接口装置与智能测控单元之间采用RS-485的通讯方式。图2-1 智能配电监控系统框图由于智能从站节点是PROFIBUS-DP网络的一部分，因此，总线系统软件分为主站软件、智能从站软件和监控软件三个部分。PROFIBUS-DP网络是引进SIEMENS公司的成套设备，一类主站S7-300和S7-400使用SIEMENS公司提供的创建可编程逻辑控制程序的标准软件STEP7软件，使用梯形逻辑图进行软件第2章 系统总体设计11编制。监控软件使用SIEMENS公司的支持分布式系统结构的监控软件SIMATIC WinCC。智能从站节点