| 1 變電站綜合自動(dòng)化的應(yīng)用需求 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從整體結(jié)構(gòu)上分為3層：變電站層、通信層和間隔層。間隔層主要由保護(hù)單元和測(cè)控單元等組成，通信采用RS485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)；通信層包括通信控制器、保護(hù)管理機(jī)以及規(guī)約轉(zhuǎn)換器等；變電站層由本地后臺(tái)服務(wù)器、保護(hù)工程師站和五防系統(tǒng)等構(gòu)成，通信采用100M工業(yè)以太網(wǎng)。 一般來(lái)說(shuō)，間隔層測(cè)控裝置將實(shí)時(shí)采集的各種測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到通信層，并由通信層向變電站層轉(zhuǎn)發(fā)；同時(shí)，通信層接收來(lái)自變電站層的各種操作數(shù)據(jù)，對(duì)間隔層進(jìn)行一定的控制?？梢?jiàn)，通信層在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上發(fā)揮著承上啟下的關(guān)鍵作用，通信層設(shè)備是否穩(wěn)定、高效會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)可靠性的高低。通信層的核心部件是通信控制器，通信控制器通過(guò)RS485網(wǎng)與各測(cè)控單元互聯(lián)，經(jīng)以太網(wǎng)與主站層沒(méi)備連接；保護(hù)管理機(jī)和智能裝置(小電流接地選線(xiàn)、直流屏)與通信控制器采用RS422接口通信，各保護(hù)裝置、保護(hù)管理機(jī)和35kV間隔層測(cè)控裝置采用RS485／422／232接口與通信控制器通信。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖l所示)使通信控制器有更多時(shí)間對(duì)信息作綜合處理，同時(shí)使系統(tǒng)的靈活性得以提高。
2 嵌入式技術(shù)在電力綜合自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用 相對(duì)于工業(yè)PC，基于嵌入式技術(shù)的產(chǎn)品從內(nèi)部結(jié)構(gòu)到外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都進(jìn)行了革命性的變革，克服了工業(yè)PC現(xiàn)有的這些缺點(diǎn)。固態(tài)電子盤(pán)(SSE)或CF)取代了PC的硬盤(pán)，低功耗、RISC架構(gòu)的CPU取消了風(fēng)扇設(shè)計(jì)。所以，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上看，嵌入式控制器已經(jīng)取消了PC的諸多不穩(wěn)定因素；從系統(tǒng)擴(kuò)展方式上看，嵌入式控制器也與傳統(tǒng)的IPC有很大差別。傳統(tǒng)的IPC擴(kuò)展是“插卡式”，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的抗強(qiáng)震動(dòng)和沖擊能力要求；而嵌入式計(jì)算機(jī)則是采用集成化的電路設(shè)計(jì)，直接將串口、網(wǎng)口、DI／DO等接口集成在嵌入式計(jì)算機(jī)上，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，Win CE、Linux等嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅滿(mǎn)足了工業(yè)控制的實(shí)時(shí)性，而且有力地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成奉。 正是考慮到嵌入式技術(shù)在電力特別是綜合自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用前景和必然趨勢(shì)，越來(lái)越多的公司開(kāi)始研發(fā)嵌入式的產(chǎn)品。MOXA作為一個(gè)在串口領(lǐng)域耕耘近20余年的公司，在串口通信方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。MOXA的串口卡、串口服務(wù)器在電力、交通、能源等基礎(chǔ)行業(yè)得到客戶(hù)的。MOXA通過(guò)其產(chǎn)品在各行各業(yè)的應(yīng)用也對(duì)各行業(yè)的需求有了更深入的了解，特別是在電力的變電站綜合自動(dòng)化領(lǐng)域，MOXA發(fā)現(xiàn)客戶(hù)在進(jìn)行通信層的設(shè)計(jì)時(shí)需要一款既能夠?qū)崿F(xiàn)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，同時(shí)又具備前置機(jī)功能的產(chǎn)品。MOXA利用在串口通信方面和底層軟件上的研發(fā)優(yōu)勢(shì)，迅速地推出了集成了多個(gè)串口、網(wǎng)口等各種接口的嵌入式計(jì)算機(jī)EC。通過(guò)嵌入不同的應(yīng)用程序，EC在電力應(yīng)用上可以實(shí)現(xiàn)通信控制器、規(guī)約轉(zhuǎn)換器、保護(hù)管理機(jī)和電能量采集終端等功能。
3 MOXA嵌入式計(jì)算機(jī)UC7400系列的應(yīng)用實(shí)例 下面就以MOXA的一款嵌入式計(jì)算機(jī)UC-7420為例，詳細(xì)說(shuō)明嵌入式計(jì)算機(jī)在變電站綜合自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用?；赗ISC的UC-7420／74l嵌入式計(jì)算機(jī)是嵌入式應(yīng)用的理想選擇。該產(chǎn)品具備8個(gè)RS232／422／485串口、2個(gè)lO／100 Mbps以太網(wǎng)口、1個(gè)用于無(wú)線(xiàn)通信的PC-MCIA接口，以及用于擴(kuò)展閃存空間的CF卡插槽和USB接口。UC-7420／7410采用Intel XScale IXP-422 266MHz RISC CPU。與采用CISC設(shè)計(jì)的x86 CPU不同的是，IXP-422的RISC架構(gòu)設(shè)計(jì)和的半導(dǎo)體技術(shù)賦予了UC-7420*的計(jì)算和通信能力，且發(fā)熱量很小。內(nèi)建32 MB NOR F1ash ROM和128 MB SDRAM，為直接將應(yīng)用軟件放在UC-7420／7410上提供了足夠的存儲(chǔ)空間。同時(shí)，建置在IXP-422 CPU的雙網(wǎng)口是安全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案的理想通信平臺(tái)。如果所設(shè)計(jì)的方案需要將UC-7420安裝在無(wú)以太網(wǎng)連接的地方，那么可以通過(guò)使用UC-7420的PCMCIA接口安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。 預(yù)裝的Linux操作系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)程序提供了一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)。通過(guò)使用GNU交叉編譯器，可以將用于桌面型電腦的軟件輕松導(dǎo)入U(xiǎn)C-7-420，無(wú)須修改程序源代碼。UC-7420自帶了一些設(shè)備驅(qū)動(dòng)，如PCMCIA無(wú)線(xiàn)模塊、鍵盤(pán)、LCM和蜂鳴器控制器等。操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和自己升發(fā)的應(yīng)用程序均可以存放在UC-7420的Flash中。 UC-7420所具備的上述特性在電力行業(yè)獲得了很大的認(rèn)可，因此在電力行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。由于該產(chǎn)品不僅提供了一個(gè)穩(wěn)定、高教的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，而且已經(jīng)在其中嵌入了經(jīng)過(guò)裁剪的操作系統(tǒng)和包括串口驅(qū)動(dòng)在內(nèi)的底層軟件平臺(tái)，使得電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工程師再也不需要從底層硬件做起。MOXA UC-7420的出現(xiàn)使得致力于電力行業(yè)各種應(yīng)用的工程師只需要集中精力完成有關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用的程序，大大節(jié)省了原來(lái)自己做硬件、自己裁剪操作系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間和精力，極大地提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率。 2005年MOXA在開(kāi)展了產(chǎn)業(yè)內(nèi)的軟件合作伙伴計(jì)劃，在中國(guó)大陸地區(qū)主要針對(duì)電力市場(chǎng)與電力的軟件公司建立了緊密的合作關(guān)系。例如深圳先鋒電力，一家專(zhuān)門(mén)從事電力自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化的公司，利用自己在電力軟件系統(tǒng)上的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，基于MOXA的嵌入式計(jì)算機(jī)平臺(tái)，推出了針對(duì)變電站綜合自動(dòng)化、電廠綜合自動(dòng)化、綜合調(diào)度、規(guī)約轉(zhuǎn)換等多個(gè)系統(tǒng)。變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。
該系統(tǒng)非常易于擴(kuò)展，規(guī)?？梢詮膯螜C(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多機(jī)系統(tǒng)，以便地和用資源和提供重要應(yīng)用功能的硬件備份。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用合適的冗余配置和診斷至模件級(jí)的自診斷功能，具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障，均不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。嵌入式計(jì)算機(jī)UC-7400內(nèi)置GE、SEL，SIEMENS、ABB、SEPAM、ALS-TOM、AEC等國(guó)外品牌保護(hù)協(xié)議庫(kù)，還支持南瑞保護(hù)、許繼保護(hù)、五防系統(tǒng)、電度表、直流屏、智能儀表、PLC二等協(xié)議庫(kù)。為了保證系統(tǒng)的安全性，事件報(bào)警、預(yù)告信號(hào)全部采用消息處理機(jī)制，大大提高了告警的速度。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)易于組態(tài)和使用，可裁剪，可移植。發(fā)電廠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3所示。
在專(zhuān)門(mén)針對(duì)電力的規(guī)約轉(zhuǎn)換方面，基于MOXA嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的UC-7400可以嵌入IEC102、IECl03，IEC1107、IEC61850、DLT645、SEL、LMD、MODBUS(主／從)、TCP MODBUS、非標(biāo)MODBUS、IEC10l(主／從)、IEC104(主／從)、新部頒CDT(主／從)、XT9702、DISA、SC1801、DNP3．0(主／從)、N4F、MB88、ABBR571、OPCSetver／Client、電話(huà)撥號(hào)、GSM發(fā)送短信及工程定制的串口／USB／TCP／UDP協(xié)議等。
結(jié)語(yǔ) MOXA嵌入式計(jì)算機(jī)系列產(chǎn)品在RISC架構(gòu)平臺(tái)上集成了多串口、多網(wǎng)口、開(kāi)關(guān)量輸入／輸出等數(shù)據(jù)通信和工業(yè)控制接口，使用戶(hù)節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)各功能板卡的二次投資；同時(shí)通過(guò)多項(xiàng)特殊的設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)工控機(jī)存在的缺陷，使產(chǎn)品具有高性能、無(wú)風(fēng)扇、免維護(hù)、高度靈活性、良好擴(kuò)展性等特點(diǎn)，滿(mǎn)足各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)特別是電力現(xiàn)場(chǎng)的使用需求。 |
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