谷玉敏

(鞍鋼股份公司能源管控中心，遼寧鞍山，114003)

自動(dòng)化

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊故障的分析與處理

谷玉敏

(鞍鋼股份公司能源管控中心，遼寧鞍山，114003)

電網(wǎng)綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，每個(gè)階段的各有其特點(diǎn)，尤其在通訊方面。根據(jù)作者近年來在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn)，敘述了綜合自動(dòng)化中的各種通訊故障的處理方法。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；通訊故障；處理

1 概述

變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。其實(shí)現(xiàn)的方式經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過程。從微機(jī)保護(hù)裝置加RTU上傳信號(hào)，到集保護(hù)和測(cè)控一體的微機(jī)保護(hù)，再到分層、分布式控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了新型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。使變電所綜合自動(dòng)化水平越來越高。而在不同的發(fā)展階段，由于自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)方式即通訊方式的不同，使得系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性以及使用維護(hù)上各有區(qū)別。對(duì)于鞍鋼電網(wǎng)來說，實(shí)行電網(wǎng)的綜合自動(dòng)化改造較早，不同廠家、不同時(shí)期的產(chǎn)品應(yīng)用的較多，總結(jié)起來主要有以下幾種方式。

2 幾種通訊方式的比較

2.1 總線方式的自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1.1 RS422/RS485方式

串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有多種。但都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。在通信速率低于20 kbit/s時(shí)，理論上RS-232直接連接的最大物理距離為15 m。但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600 bps，普通雙絞屏蔽線時(shí)，距離可達(dá)30～35 m。RS-232接口在總線上只允許連接1個(gè)設(shè)備。

為了改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，制定了RS-422標(biāo)準(zhǔn)，將傳輸速率提高到10 Mbit/s，傳輸距離延長(zhǎng)到1219 m（速率低于100 kbit/s時(shí)），并允許在一條總線上連接最多10個(gè)設(shè)備。

為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，在RS-422基礎(chǔ)上又制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，允許32個(gè)設(shè)備連接到同一條總線上。由RS-485接口組成的網(wǎng)絡(luò)，只需兩根連線，所以采用屏蔽雙絞線傳輸。

這種通訊方式的特點(diǎn)是通訊設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但傳輸速率較低。RS232方式速率在9600 bps以下，RS485方式速率可達(dá)幾萬bps。在早期的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，都采用此種通訊方式，它的連接方式見圖1。

通過將底層所有裝置分成幾個(gè)485通訊環(huán)，接于串口轉(zhuǎn)換裝置或通訊管理機(jī)的不同端口，實(shí)現(xiàn)裝置與后臺(tái)的通訊。這種通訊方式要求每個(gè)通訊環(huán)所帶的裝置數(shù)量要合理分配，過多則影響通訊質(zhì)量和數(shù)據(jù)刷新周期。

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線方式

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，為分布分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了很好的技術(shù)支持，它包括從物理層到應(yīng)用層以至網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部?jī)?nèi)容?，F(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單，傳輸速率比傳統(tǒng)的高，傳輸可靠性高，如CAN總線、LonWorks總線等。在具體實(shí)現(xiàn)上，可以通過在計(jì)算機(jī)中安裝Lon網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)和裝置的通訊，如河南許繼的XWJK-3100變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；有的則用專門的通訊裝置實(shí)現(xiàn)與底層的通訊，如國電南自PDS-7000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。以河南許繼的XWJK-3100變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為例，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2。

圖1 連接方式圖

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

LonWorks總線式網(wǎng)絡(luò)不加中繼器傳輸距離達(dá)2700 m，可接64個(gè)節(jié)點(diǎn)。支持多介質(zhì)在同一網(wǎng)絡(luò)中工作，如：雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖等。雙絞線的傳輸速率為78 kbps～1.25 Mbps，長(zhǎng)距離傳輸LonWorks具有明顯的速度優(yōu)勢(shì)。這種通訊方式比較可靠，抗干擾性好，通訊故障率較低，很少出現(xiàn)單點(diǎn)故障。采用這種通訊方式的變電所投入以來幾乎沒有出現(xiàn)通訊故障現(xiàn)象。

2.2 網(wǎng)絡(luò)和總線相結(jié)合的自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使得采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來替代傳統(tǒng)串口通訊成為一種趨向，同時(shí)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有的廠家生產(chǎn)了能滿足兩種通訊方式的裝置，此種裝置除有傳統(tǒng)的RS485/RS232串口外，還配備了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)接口通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)上傳到當(dāng)?shù)仄渲幸慌_(tái)后臺(tái)系統(tǒng)中，另一臺(tái)后臺(tái)則通過串口方式接受數(shù)據(jù)。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)系統(tǒng)互不影響，如交換機(jī)故障時(shí)，不會(huì)影響另外一臺(tái)后臺(tái)的正常監(jiān)控。

2.3 以太網(wǎng)通訊方式的自動(dòng)化系統(tǒng)

RS-422/485總線這種通信方式設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但傳輸速率低，抗干擾性差，LonWorks總線這種通信方式是較成功的，穩(wěn)定、可靠，但通信設(shè)備成本高，LonWorks技術(shù)只被少數(shù)的廠家掌握，所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的少。隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展逐漸滲透到變電站自動(dòng)化領(lǐng)域，以太網(wǎng)是在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)。其特點(diǎn)是：硬件支持標(biāo)準(zhǔn)，硬件成本低，支持軟件較多，速率高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可復(fù)雜可簡(jiǎn)單，傳輸介質(zhì)一般以雙絞線居多，這種通訊方式是現(xiàn)在普遍采用的通訊方式。組網(wǎng)方式分為單網(wǎng)和雙網(wǎng)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，從可靠性上雙網(wǎng)較單網(wǎng)并無較大優(yōu)勢(shì)，加之網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資成本成倍增加，故在選擇時(shí)，如無特殊要求，選擇單網(wǎng)即可。

2.4 全數(shù)字化光纖通訊網(wǎng)

由于光纖和光電器件的自身故障率低，并且不受電磁干擾影響，光纖通訊的可靠性很高，光纖通訊的帶寬很寬，可以傳送很高速率的數(shù)據(jù)，誤碼率低，故近幾年來，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)了數(shù)字化趨勢(shì)。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般為：一次設(shè)備-過程層-間隔層-站控層。數(shù)字化站的電子式互感器通過光通訊的方式上送電流、電壓量到過程層的合并單元，斷路器等開關(guān)量通過傳統(tǒng)接口上傳到過程層的智能操作箱；即過程層的合并單元是全站模擬量的數(shù)據(jù)源；間隔層則為保護(hù)裝置或測(cè)控裝置，它與過程層設(shè)備采用光通訊方式，與站控層為以太網(wǎng)。與常規(guī)變電站相比，由于數(shù)字化變電站采用了光纖作為通訊介質(zhì)，速率高且抗電磁干擾，通訊可靠性提高，而且由于是數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸，控制電纜大大減少。所以數(shù)字化變電站是未來的發(fā)展方向。

3 常見通訊故障的分析

3.1 單個(gè)裝置通訊中斷

這是一種較常見的通訊故障現(xiàn)象。通過后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面或告警窗口，可顯示某個(gè)裝置通訊中斷。排除故障應(yīng)先從簡(jiǎn)單部位開始入手，如先檢查該裝置所接通訊線有無松動(dòng)，斷開等，若排除通訊線故障，再查找通訊接口、通訊板是否存在問題。通過這種方式逐一排除，最后確定故障點(diǎn)。

3.2 幾個(gè)裝置通訊中斷

這種故障一般發(fā)生在485串口通訊的綜自系統(tǒng)中，由上分析可知，485通訊方式是把所有裝置分成幾個(gè)通訊環(huán)，發(fā)生通訊故障的裝置一般是在一個(gè)通訊環(huán)里，故障的原因可能是中間層即串口轉(zhuǎn)換裝置通訊管理機(jī)的某個(gè)口故障引起下面連接的裝置通訊中斷；另外，還有一個(gè)原因也會(huì)出現(xiàn)這種故障，那就是其中的某一臺(tái)裝置有故障了，它干擾了環(huán)內(nèi)其他裝置的正常通訊。此時(shí)可用排除法，逐個(gè)把該串口上連接的裝置通訊線拆除，拆除故障裝置的通訊線后，該串口其它裝置通訊即可恢復(fù)，將故障裝置更換后，故障現(xiàn)象消失。

3.3 單臺(tái)后臺(tái)機(jī)數(shù)據(jù)不刷新

一臺(tái)后臺(tái)機(jī)數(shù)據(jù)不刷新的故障，排除計(jì)算機(jī)本身的軟、硬件故障，可能的原因?yàn)橥ㄓ嶆溌烦霈F(xiàn)問題，包括通訊線、接口和通訊設(shè)備如交換機(jī)等，所以查找故障應(yīng)分段查找，逐一排除。先從簡(jiǎn)單易出故障的設(shè)備和環(huán)節(jié)入手，最終找到故障設(shè)備或故障原因。

3.4 后臺(tái)系統(tǒng)全部通訊中斷

485通訊方式中，這種故障的原因可能是由串口轉(zhuǎn)換器或通訊管理機(jī)引起的，因?yàn)橥ㄓ嵐芾頇C(jī)在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，所以它的穩(wěn)定性是保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。

在網(wǎng)絡(luò)通訊方式中，這種故障的原因則可能是網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)或多臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)了問題。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)通訊方式可靠性較高，除了交換機(jī)硬件質(zhì)量問題外，此故障在網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)中發(fā)生較少。

4 結(jié)束語

對(duì)于冶金企業(yè)來說，配電系統(tǒng)通訊方式的選擇，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件，因地制宜，綜合考慮，以提高通信的可靠性，并不是選擇越先進(jìn)的產(chǎn)品越好，反而是越簡(jiǎn)單可靠越好，所以，在設(shè)計(jì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際選擇適合產(chǎn)品。產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性是首要考慮的因素。

作為像鞍鋼這樣的大型冶金企業(yè)，其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，變電站、配電站及主電室達(dá)上百個(gè)，在經(jīng)過陸續(xù)的改造和不斷新建后，形成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品多種多樣，水平參差不齊的特點(diǎn)，同一時(shí)期不同廠家的產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)方式有區(qū)別，不同時(shí)期同一廠家的也不同，使得通訊方式上五花八門，給使用和維護(hù)帶來不便，這就要求要有一支專門的維護(hù)隊(duì)伍，針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種通訊故障，能夠及時(shí)地做出判斷和處理，尤其是在當(dāng)前的形式下，企業(yè)減員增效，無人值班變電所逐漸增多，確保采樣信息穩(wěn)定上傳，迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，對(duì)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。

[1]于書文.變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社，2010.

[2]王顯平.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2012.

[3]陳堂等編著.配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)[M].北京:中國電力出版設(shè)，2002.

Analysis and Treatment of Communication Failures in Integrated Autom ation System s

Gu Yumin
（TheEnergySourcesControlCenterofAnsteelCo.,Ltd.,Anshan,Liaoning114003,China）

The development of automation technology has gone through several stages, each of which,especially in the aspect of communication,has its characteristics.Based on the experience of the authors in the operation of automation system in recent years,the treatment methods for various communication failures in integrated automation are discussed.

integrated automation system;communication failure;treatment

TP27

B

1006-6764（2014）12-0070-03

2014-07-21

谷玉敏（1976-）女，1999年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院，本科學(xué)歷，現(xiàn)從事電力自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)管理工作。