【正文】 線的監(jiān)控系統(tǒng)必將廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變電站中中。通過以單片機(jī)為微控制器進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，使得整個(gè)變電站系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)可靠的通信成為可能，為最終實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值班的模式提供了條件。功能較強(qiáng)的小型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由杭州的瓶窯500kv變電所、天津北郊SOOKv變電所、蕪湖繁昌50OKv變電所，分別采用從美國(guó)oEC公司引進(jìn)的PDP一11/2PDP一11/7PDP一11/84型計(jì)算機(jī)和PI數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)鄭州、常德、株洲等50OKv變電所，采用日本三菱公司引進(jìn)的小型機(jī)。當(dāng)前變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)發(fā)展迅速，各種措施、技術(shù)趨于完善，但結(jié)構(gòu)龐大、價(jià)格昂貴、各模塊功能相對(duì)單一，對(duì)于新建或偏遠(yuǎn)地區(qū)的變電站、配電所，存在主接線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、出J線少的情況，要求測(cè)控單元一次性投資少、技術(shù)上更具綜合性、靈活性。目前，期待采用嵌入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，兼顧有人值班與無(wú)人值班以及有、無(wú)變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備也可獨(dú)立工作的測(cè)控單元。目前現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)尤其是在電力行業(yè)的應(yīng)用還不夠廣泛原因之一是目前Dcs在電力生產(chǎn)部門還是占有絕大多數(shù)，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)與Fcs的切換。 有鑒于此，本文將圍繞基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究展開論述，期望在上述方面能做點(diǎn)有益的探索。如南京電力自動(dòng)比設(shè)備廠制造的 DJK型集中控制裝置，長(zhǎng)沙湘南電氣設(shè)備廠制造的 WJBX型“四合一”集控臺(tái)。70年代末 80年代初南京電力自動(dòng)比研究院事先研制成功以 Motorola芯片為核心的微機(jī) RTU用于韶山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng)，促進(jìn)了微機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。之后．隨著1988年由華北電力學(xué)院研制的第1代微機(jī)保護(hù)(O1型)投入運(yùn)行，第2代微機(jī)保護(hù)(WXB—11)1990年4月投入運(yùn)行并于同年12月通過部級(jí)鑒定。至此，隨著微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)故障錄波、微機(jī)監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用，人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術(shù)上保待相對(duì)獨(dú)立造成了各行其是，重復(fù)硬件投資，互連復(fù)雜，甚至影響運(yùn)行的可靠性。1992年5月．電力部組織召開的“全國(guó)微機(jī)繼電保護(hù)可靠性研討會(huì)”指出：微機(jī)保護(hù)與 RTU，微機(jī)就地監(jiān)控．微機(jī)錄波器的信息傳送，時(shí)鐘、抗干擾接地等問題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，微機(jī)保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)勢(shì)在必行。1994年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化專委會(huì)在珠海召開了“變電站綜合自動(dòng)化分專業(yè)委員會(huì)”的成立大會(huì)，這標(biāo)志著對(duì)變電站綜合自動(dòng)化的深入研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。第1種類型為基于 RTU、變送器及繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置等設(shè)備的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，一般稱為增強(qiáng)型 RTU方式，也稱集中式，或第 l代綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)上僅是站級(jí)概念，有關(guān)重要信息(如保護(hù)動(dòng)作信息等)通過硬接點(diǎn)送給 RTU裝置，變電所的監(jiān)測(cè)量一般經(jīng)變送器變換后送給 RTU。該類系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)功能不強(qiáng)，硬件設(shè)備重復(fù)、整體性能指標(biāo)低，系統(tǒng)聯(lián)接復(fù)雜，可靠性低，但其成本低，特別適合于老站改造。 第2種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對(duì)裝置進(jìn)行了劃分，摒棄了集中式單 CPU結(jié)構(gòu)而走向分散，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元(模擬量、開關(guān)堡、脈沖量)，主機(jī)單元(總控單元)、遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元組成。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護(hù)屏、控制屏、中央信號(hào)屏、遠(yuǎn)動(dòng)屏、測(cè)量?jī)x表等。各種功能比較完善，且人機(jī)界面較好。這類系統(tǒng)雖然做到了一定程度上的分散(功能分散)，但沒有從整體上來(lái)考慮變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、一般僅是監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單的相加。故我國(guó)目前的大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均屬此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 第3種類型系統(tǒng)是采用國(guó)際上成熟的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，引入了站控級(jí)和間隔級(jí)概念，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。間隔層設(shè)備原則上按一次設(shè)備組織，例如 l條線路、 l臺(tái)主變壓器。設(shè)計(jì)的原則是：凡是可以在本間隔層設(shè)備完成的功能，盡量由間隔層設(shè)備就地獨(dú)立處理，不依賴于通信網(wǎng)和變電站層設(shè)備。由于間隔層設(shè)備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設(shè)備附近，從而可大大縮小主控制室面積，節(jié)省控制電纜、減少 CT負(fù)擔(dān)。該類系統(tǒng)一般稱為分層分布式系統(tǒng)，也稱為第3比變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。第 l仲技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要考慮“四遙量”的采集，以點(diǎn)為對(duì)象，面向”功能設(shè)計(jì)”，故變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)以傳統(tǒng) RTU裝置或在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)采集裝置、主控單元、遙控執(zhí)行等裝置組成的監(jiān)控為基礎(chǔ)組成，它與微機(jī)保護(hù)的聯(lián)系只要通過裝置上的串行口收集信息即可，并且特別強(qiáng)調(diào)保護(hù)的獨(dú)立性，即兩者不能有任何硬件上的融合。第2仲技術(shù)觀點(diǎn)是在微機(jī)保護(hù)技術(shù)成熟并向網(wǎng)絡(luò)化多功能方向發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的。因此，第2種技術(shù)觀點(diǎn)正逐步成為大家的共識(shí)，它也成為了目前綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括三部分內(nèi)容：（1） 下位機(jī)數(shù)據(jù)采集 在下位機(jī)的微處理器的控制下，通過各種電力傳感器對(duì)變電站各種反映運(yùn)行狀況的電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行相應(yīng)處理。這一部分的主要工作包括：電力參數(shù)的選擇、傳感器的選型、信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與調(diào)試、ADC電路設(shè)計(jì)與調(diào)試及單片機(jī)圍電路設(shè)計(jì)與調(diào)試等。在CAN總線的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、兼容的硬件、軟件處理進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，一方面在下位機(jī)中利用單片機(jī)、總線控制器和驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)CAN智能節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)及其預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的打包、發(fā)送；對(duì)上位機(jī)的配置命令進(jìn)行接收，處理。 （3）上位機(jī)通訊與管理系統(tǒng)開發(fā) 監(jiān)控中心的上位機(jī)通過CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)變電站CAN智能節(jié)點(diǎn)發(fā)送的變電站運(yùn)行信息，并對(duì)各種信息進(jìn)行可視化處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警、信息管理、記錄等操作。 第二章 CAN總線簡(jiǎn)介 CAN總線的技術(shù)特點(diǎn) （1）CAN總線接口芯片支持8位16位CPU可做成IsA與PCI總線的插卡，任意插在PX，XT，AT兼容機(jī)上，也可置于溫度、壓力、流量等物理量的變送器中，構(gòu)成智能化儀表。 （3）CAN可以多主方式工作，使網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻，主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，利用這一特點(diǎn)，也可方便地構(gòu)成(容錯(cuò))多機(jī)備份系統(tǒng)。 (5)CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。 (6)CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù)。 (8)CAN總線上可掛接節(jié)點(diǎn)數(shù)理論值為2000個(gè)，實(shí)際為110個(gè)。這樣短的傳輸時(shí)間受干擾的概率低，重新發(fā)送時(shí)間短。 (11)用戶接口簡(jiǎn)單，編程方便，很容易構(gòu)成用戶系統(tǒng)。 (13)CAN每幀信息都有CRC檢驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低。Intel，PHILIPS等芯片廠商均生產(chǎn)帶有CAN接口的80C51系統(tǒng)芯片。理論上，單元數(shù)目是無(wú)限的，實(shí)際的單元總數(shù)受限于延遲時(shí)間和/或總線的電氣負(fù)載?？偩€上的數(shù)據(jù)可具有兩種互補(bǔ)的邏輯值之一:主控(dominant)和隱性(recessive)。在總線采用線與操作方式時(shí)，主控電平用邏輯0表示，而隱性電平為邏輯1。它的每位時(shí)間由同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2組成。而兩個(gè)相位緩沖段長(zhǎng)度可自由控制，以保證采樣的可靠性。 CAN報(bào)文傳輸在CAN總線的報(bào)文傳輸中有四種不同類型的幀：帶有應(yīng)用數(shù)據(jù)且進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀、向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求發(fā)送同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀的遠(yuǎn)程幀、能夠報(bào)告每個(gè)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的出錯(cuò)幀、如果節(jié)點(diǎn)的接收器電路尚未準(zhǔn)備好就會(huì)附加延遲傳送的過載幀。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀及擴(kuò)展幀兩種格式，但是出錯(cuò)幀和超幀沒有這個(gè)區(qū)別。數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度可以為0。遠(yuǎn)程幀也分為標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，它們都是由6個(gè)不同的位域組成：幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域和幀結(jié)尾。 CAN控制器CAN通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。應(yīng)用層功能由微控制器完成，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)既可以是基于微控制器的智能節(jié)點(diǎn)，也可以是具有CAN接口的1/