摘要：現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微處理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的大幅度提高，使智能化低壓電器元件得到快速發(fā)展，智能化低壓電氣管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：智能化,低壓配電系統(tǒng),現(xiàn)場總線,技術(shù)

1.概述

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微處理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的大幅度提高，使智能化低壓電器元件得到快速發(fā)展，智能化低壓電氣管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。相對于6kV及以上中高壓系統(tǒng)的綜合保護(hù)及系統(tǒng)監(jiān)控(SCADA系統(tǒng))的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，作為直接面向終端用戶的低壓開關(guān)設(shè)備，其智能化研究與應(yīng)用起步較晚。現(xiàn)有不少應(yīng)用于低壓的智能化監(jiān)控系統(tǒng)基本上是在SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，可以滿足基本的監(jiān)控功能，但不能充分體現(xiàn)低壓電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)及要求。因此，開發(fā)并推出符合工業(yè)控制要求及具有高可靠性的智能化低壓電器及其管理系統(tǒng)，成了低壓電器產(chǎn)品制造商們持續(xù)提高其競爭力的迫切任務(wù)。

智能化低壓配電系統(tǒng)由低壓開關(guān)設(shè)備具有通信功能的智能化元件經(jīng)數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)變電站低壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理的自動化、智能化。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。針對低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設(shè)備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件復(fù)雜，系統(tǒng)本身及設(shè)備頻繁操作、故障脫扣等產(chǎn)生的強(qiáng)電磁及諧波干擾等特點(diǎn)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮牟僮髂Ｊ剑哂袕?qiáng)抗干擾能力，主要控制功能由設(shè)備層智能化元件完成，形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為：電能質(zhì)量監(jiān)測、開關(guān)保護(hù)與控制及電動機(jī)控制等。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)中智能化元件可不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立運(yùn)行，極大地提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時性和可靠性，滿足低壓電器設(shè)備運(yùn)行管理的需要及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。

2.現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微處理器測控設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字式多點(diǎn)通信的底層網(wǎng)絡(luò)。20世紀(jì)80年代中期，隨著微處理器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)4～20mA的模擬量傳輸方式逐漸被數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸方式所取代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)，迅速發(fā)展并在自動化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

FCS既是一個開放式通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布式控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本的控制、計(jì)算、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警、顯示、監(jiān)控及系統(tǒng)管理等綜合自動化功能。在FCS中，各種部件用通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，數(shù)據(jù)傳輸采用總線方式，系統(tǒng)信號的傳輸完全數(shù)字化。系統(tǒng)內(nèi)不存在嚴(yán)格意義上的主控部件，資源共享，各智能化部件可以不依賴計(jì)算機(jī)而獨(dú)立運(yùn)行。

FCS完全淘汰了4～20mA的模擬量傳輸方式，減少了大量的現(xiàn)場敷線;FCS的控制調(diào)節(jié)過程在現(xiàn)場部件，有效地提高了系統(tǒng)控制的實(shí)時性和可靠性，并避免了系統(tǒng)因主機(jī)故障而陷入癱瘓。

ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在ISOIEC7498標(biāo)準(zhǔn)中的OSI參考模型定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的7層框架，詳細(xì)規(guī)定了每一層的功能，以實(shí)現(xiàn)開放性系統(tǒng)環(huán)境中的互聯(lián)性、互操作性與應(yīng)用的可移植性。

考慮到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場大量的智能化裝置零散地分布在一個較大的范圍內(nèi)，而單個節(jié)點(diǎn)面向控制的信息量不大，但實(shí)時性、快速性要求較高，為減少中間環(huán)節(jié)，滿足實(shí)時性要求及降低工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的成本，現(xiàn)場總線采用的通信模型大都在OSI參考模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同程度的簡化。它采用OSI模型中的3個典型層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，省去了3～6層，具有結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行協(xié)作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的性能要求(如圖1所示)。通過一致性與互操作性測試，滿足現(xiàn)場總線技術(shù)要求的不同制造商的產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)在同一總線上的互聯(lián)，為用戶的系統(tǒng)集成帶來極大的好處。

圖1OSI與典型現(xiàn)場總線模型

幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)包括FF、Profibus、LonWorks、CAN、DeviceNet等。它們的通信模型各不相同，其應(yīng)用具有各自的特點(diǎn)，已形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并在特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢。現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

(1)節(jié)省硬件投資。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的智能設(shè)備分散在現(xiàn)場，能直接執(zhí)行控制和計(jì)算功能，可減少大量的變送器及調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號傳輸處理單元及其大量復(fù)雜的硬線連接，節(jié)省了可觀的硬件投資，并可減少控制室的占地面積。

(2)節(jié)省安裝費(fèi)用。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，一條通信總線上可掛接幾個甚至上百個設(shè)備，節(jié)省安裝附件，安裝工作量大大減少，設(shè)計(jì)及接線校對的工作量也大大減少。資料顯示，與DCS相比，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的安裝費(fèi)用可節(jié)省60%以上。

(3)減少維護(hù)費(fèi)用。