WorldFI现场总线在智能模块化变电所的应用

WorldFIP现场总线在智能模块化变电所的应用摘要：本文结合智能模块化变电所自动化系统通讯方案的设计，讨论了WorldFIP现场总线的性能及其在变电所自动化系统中的应用。关键字：WorldFIP现场总线1引言微机化分分散式变电所所自动化系统统所具有的自自动化程度高高、组态灵活活、运行可靠靠、占地少、投投资省、设计计维护简单等等诸多优点已已成为业内的的共识。在变变电所自动化化技术的发展中中，除了单片片机技术的发发展，保护技技术的成熟等等因素外，现现场总线技术术的兴起和普普及起到了极极为重要的作作用。可以说说以现场总线线为基础的全全数字测量控控制系统是21世纪自动化化控制系统的的主流，其中中当然也包括括电力系统的的变电所自动动化系统。正正是由于传输输高效、通讯讯可靠、接口口灵活的现场场总线对传统统串行通讯方方式(如RS2332/RS4485)的改进，为为信息繁杂、组组态灵活、运运行高速的分分散式变电所所自动化系统统提供了通讯讯上的保证。同同时，选择不不同的通讯方方式、选择不不同的现场总线也相相应决定了整整个变电所自自动化系统的的不同特点。2通讯方式比比较目前，现场场总线种类繁繁多，国际上各大集集团出于对现现有市场利益益的追逐，统统一的现场总总线国际标准准迟迟不能出出台。2000年IEC11158国际标准中中将FF的H1，FRHSE、Profiibus,IInterbbus,P--net,WWordfiip,ConntrolNNet,Smmift-Net等8种总线均列列入国际标准准，形成多种种总线共同竞竞争的局面。国内不同的的自动化厂家家出于不同的的设计侧重点点，总线的选选用也不一致致，虽然这些些总线均以国国际标准化组组织(ISO)的开放系统统互联(OSI)的模型为考考虑基础，支支持多种通信信介质，但由由于总线类型型、具体协议议各不相同，总总线的选择也也无统一标准准。通过对目前前国内使用较较多的通讯方方式的比较，参参见表1，并针对智智能模块化变变电所自动化化系统的实际际通讯需要，笔笔者认为WorlddFIP现场总线是是一种较为理理想的现场总总线。3WorlddFIP现场总线的的应用WorlldFIP现场总线组组织于1987年成立，其其前期产品是是法国的FIP(FFactorryInsstrumeentatiionProotocoll)，后采纳现现场总线国际际标准IECTT158-22成为WorlddFIP。1994年，WorlddFIP的北美部分分与ISP合并成立FF(FiieldBBusFooundattion)，欧洲部分WorlddFIP仍保持独立立，但可与FF通讯连接。目目前WorlddFIP组织有包括括一些世界著著名大公司在在内的100多个成员，如阿阿尔斯通、施施耐德、霍尼尼韦尔等。1999年6月，中国WorlddFIP技术推广中中心在北京成成立，因此WorlddFIP在我国应有有较好的应用用前景。WorlddFIP选择OSI中的应用层层、数据链路路层和物理层层，具有高速速性、实时性性、同步性、可可靠性、安全全性等特点，能能较好的满足足智能模块之之间的通讯要要求。表1常见通讯讯方式的比较较特性以太网CANWorldFIIP485数据编码曼彻斯特不归零曼彻斯特不归零通信方式全双式/半双工工半双工半双工半双工拓扑关系网络形总线形总线形总线形传输介质同轴电缆/光纤纤/网缆双绞线同轴电缆缆、光纤屏蔽双绞线光纤纤双绞线光纤介质访问CSMA/CDDCSMA/CDD令牌主从检错码CRCCRCCRC无体系结构OSI全部7层层OSI1,2层层OSI1，2，7层-容量

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错误检测故障点点切错多级冗余

WorlldFIP的传输速率率可达到31.255kbit//s、1Mbitt/s、2.5Mbbit/s，通讯介质质为工业级屏屏蔽双绞线，利利用光纤通讯讯速率可达到到5Mbiit。每个网段段可包含64个节点末端端距离可达1km，通过中继继器，可连接接多至4个网段。这这样的物理层层设计完全可可以满足变电电所自动化系系统内智能模模块间通讯的要求求。WorlddFIP的链路层与Etherrnet网类似，使使用曼彻斯特特码传输。但但WorlddFIP在介质访问问控制方式上上没有使用Etherrnet网及CAN网等通讯方方式所采用的的CSMA//CD(载波监听多多路访问/冲突检测)技术，而是是采用令牌访访问方式。WorlddFIP网络由仲裁器和若干干用户站组成成。以WorlddFIP特有的"信息生产者"/"信息使用?quott;模式为核心心实现通讯调调度和数据交交换，这种方方式较好地满满足了智能模模块化设计的的通讯要求。智能模块化化变电所自动动化系统中的的"模块"是指一组具具备一定基本本功能(如交流量测测量、开关量量测量、开关关控制等)、具有统一通讯讯接口的智能能模块，它是是"组装"上一级功能能单元或子系系统的"基石"，因此它们们之间的通讯讯可按其功能能、时效分为为几类标准通通讯方式。有有些信息要求求周期性同步扫描描，以供各模模块实时，可可靠的共享；；有些信息属属突发事件但但要求及时上上送。WorlddFIP总线较好地地满足这样的的要求。WorlldFIP在网段内为为每个模块设设定一个IP，并在适当当的时间内指指定某个模块块成为"信息生产者"，此时其它它的模块都可可以成为一个个"信息消费者"。通过总线仲裁器器按一定时序序为每个生产产者分配一个个时段，逐个个呼叫每个"信息生产者"向网上传送送相应数据信信息，从而使使功能单元或或小系统内的的信息得以同同步可靠的共共享。当然WorrldFIPP采用令牌式式介质访问控控制方式不具具备CAN网等CSMA//CD方式的总线线在多主通讯讯、报文主动动上传等方面面的优势，但同时时它也避免了了通讯冲突，避避免了冲突所所带来的重发发及等待延时时，保证了数数据的实时、同同步共享，这这对于需要模模块组态，协协同工作的模模块化设计是是非常需要的，同时WorlddFIP也为非周期期突发的信息息提供了较好好的通信方案案。实际上WoorldFIIP将信息分为为周期性同步步数据，周期期性异步数据据和非周期性性信息包。同同步数据严格格按照临界时时间变量传输输，临界时间间的控制不受受其他报文传传输的影响。接接下来传输对对同步性要求求不太高的周周期性数据，数数据将按事件件变量的方式式传输。最后后呼叫那些非非周期性的信信息包。下面以由由多个测控模模块组态成的的主变测控单单元为例简单单介绍WorlddFIP的通讯过程程。断路器的的状态、有载载档位由入模模块测量，电电压、电流等等信息则由模模拟量模块测量，测测量结果在完完成诸如负荷荷控制、有载载调压、备自自投等功能时时有较高的实实时性要求，信信息格式固定定。这类信息息应按临界时时间变量进行行传输，它们们严格按设定定的临界时间间进行传递。遥遥信事件只在在状态变化时时进行传输，可可作为周期性性异步事件进进行传输，而而对于设置类类报文、自诊诊断类报文，操操作类报文、记记录类报文等等则归入非周期的信信息包发送。在典型的""令牌传递"总线中，总总线全部用于于传递报文，临临界时间数据据不能保证准准确的临界时时间，而WorlddFIP允许周期性性报文和非周周期报文，同同步信息和异异步信息，互互不干扰也在在一体总线上上同时传递，就就好像不同类类型的信息有有各自的信道道一样。同时由于不不同模块的各各种测量结果果严格按时序序出现在总线线上，可近似似地认为总线线上有一个以以时序为索引引，临界时间间变量的同步步实时数据库库，从而方便便地实现在功功能单元或子子系统内的信信息共享，进进而实现诸如如负荷控制、有有载调压、备备自投、防误误操作等综合合功能。WorlddFIP总线除了在在性能上满足足智能模块化化变电所自动动化装置的通通讯要求，针针对安全可靠靠性方面也有有着充分的考考虑，WorlddFIP总线包含多多种冗余措施施，最大限度度地提高总线线通讯可靠性性。(1)介质质冗余，WorlddFIP支持双电缆缆冗余，由网网管控制总线线的投退。(2)误码码自检，当误误码退出设定定值后，物理理层中断链路路层并通告网网管。(3)链路路层自动帧同同步，由链路路层自行屏蔽蔽非法应答报报文。(4)CRRC帧校验可确确保，低于10-12的帧错率。(5)仲裁裁器冗余。仲仲裁器自动转转移使一个总总线上允许有有多个仲裁器器互为备用。此外WorrldFIPP厂家还提供供网管装置和和软件及内嵌嵌WEB服务器，可可实时监控总总线报文，无无缝连接Interrnet，同时又不不影响实时数数据的传送。WorlddFIP总线的应用用：FULLFFIP2芯片可作为为仲裁器或用用户站通讯控控制芯片。MICROOFIP芯片只能作作为用户站通通讯控制芯片片。两者均可可完成WorlddFIP总线全部链链路层及网管管功能。FIELDDRIVE和FIELDDTR则完成接口口芯片到屏蔽蔽电缆之间的的联接。具体应用用中，系统设设计十分简单单。通讯模块块上设计有FULLFFI