浅析PCC 在变电站自动化中的应用

随着国民经济的发展，电网容量和用电负荷的日益增长，电力系统对自动化和可靠性的要求越来越高。近十几年来，由于微处理器技术和通信技术的发展，在电力系统自动化方面形成了许多基于微处理器技术的单项自动化系统，随着这些系统的不断增加，许多本该共享的数据，仍然还是各自采集和分别处理，形成了一个个“自动化孤岛”，它不仅增加了不少软硬设备投入，同时也很难保证各装置数据的一致性。随着网络技术的发展，80 年代末期，国内外就开始注意着手解决“孤岛”间题，就是在站内全面应用计算机技术，充分利用信息资源以达到提高系统可靠性和利用率的目的，即所谓的“系统集成”。集成包括横向的功能集成，也包括纵向的各层面向对象的集成，因而推动了开放式系统平台的出现。　　

开放式系统平台意味着系统各部分设备提供符合国际标准的各种接口，计算机之间的数据共享，以及提供给用户的通用友好界面等。“平台”思想因其良好的标准化和开放比，越来越降遍地为大家所接受。　　

电力系统自动化对可靠性的需求，使人们注意到“PLC ”（可编程逻辑控制器）这种高可靠性和强抗工业干扰的技术。90年代以来，PLC 发展迅猛且应用的局域网技术日趋成熟，产品不断向系列化、标准化发展，在自动化控制领域中，新一代的PLC 改进为PCC （Progammable Computer Controller）已逐渐跃居主导地位，成为实现自动化控制的关键技术，在电力系统也不例外。　　

PCC 是新一代“可编程计算器控制器”，是专为在工业环境下应用而设计的数字运行电子系统，采用“面向用户的指今”， 因此编程方便；它直按应用于工业环境，具有更强的抗干扰能力、更高的可靠性、广泛的适应能力和应用范围；大容量的存储能力、标准通信接口，基于过程总线的系统互联、高级语言开发和运行环境，自诊断能力，都使得PCC 为变电站自动化提供了出色的友好“平台”。

PCC 在变电站自动化中的应用　　

下面介绍应用PCC 实现的智能分布式系统运用于某供电局的一个110KV 变电站的例子。系统按分布式结构设计，采用开放系统、分层控制等先进的计算机设计思想，将计算机技术、通信和网络技术、数据库技术、图形和图像技术、多媒体技术、数据采集和自动控制技术有机地结合在一起，技术成熟，运行经验丰富，能够满足近期的功能要求和远期的发展需要。整个设计遵照国际90年代IEC1000系列标准，满足ISO900l 国际标准。从现场投运以来，运行稳定，技术趋于成熟。　　

系统容量（包括远期规划）　　

AI = 188　　

DI = 256　　

DO = 40

PI = 96

整体系统配置图

监控部分PCC模块示意图

变电站自动化系统结构示意图

首先，上位机和网关单元组成智能分布式系统结构的变电站层。　　

上位机通过PROFIBUS 网络与三个主要PCC 采集控制单元（ST1， ST2 ， ST3 ）相连，上位机相当于PROFIBUS 网上的一个结点。PROFIBUS （ Process Field Bus）网络是一种高速数据链路，是具有标准通讯能力的开放式现场总线，用于PCC 与PCC 之间，或与其它接到本网络上的智能设备（如显示单元PANELWARE ，上位机等）间传送数据和系统状态。网络协议符合德国国家标准D IN19245 ，传送介质为带屏蔽的双绞线（或光缆），通道存取方式为令牌（TOKEN ）方式，在网络上任一结点地位平等。　　

上位机既可以单机运行，也可以采用多机及网络方式运行；软件平台采用32 位多任务、多进程设计，可支持Windows95 / 98 / NT 操作系统软件，配有多种应用软件接口，并支持OEM 开发，为用户提供了二次开发平台；硬件平台可采用小型机、微型机或工作站等设备。　　

网关单元ST1上的IFO5O 通讯模块以及CPU 内部均提供RS485 接口与继保单元相连。网关单元还提供与外界进行通讯的接口，如RS232口通过拨号MODEM 接入市话网，以便于远程诊断；或者经路由器接入TCP / IP 远程网。　　

若用户具备与internet 连接的条件，变电站层还可以提供PVI浏览器方案，实现远方读取数据。　　

其次，PROFIBUS 网上的各采集控制单元组成智能分布式系统结构的采集层。　　

遥测实行交流采样，遥测主单元ST3 通过net2000与两个遥侧子单元相连，利用CP153上的RS485 串行口通信。远传功能通过IF060 提供的RS232 串行口来实现。　　

电度量通过遥测子单元1上的DIXXX 模块采集脉冲计数来实现。　　

遥信／遥控单元实现数字量的采集和输出控制。　　

第三，智能分布式系统结构的外围层为设备层，包括采集层用到的传感器、二次控制回路等。　　

设备层根据现场总线（ CANBUS ，PROFIBUS ）网络传输速率快（》 = 50OkbS ） ，软硬件实现简单等特点，可以CANBUS （上述实例是通过RS485 等）来连接变电站内的其他自动化装置和保护单元、故障录波、馈线子站及无功补偿设备等的主干网，并通过现场总线网络连接到采集层，与上一层进行必要的数据通讯。　　

本实例系统的CPU 、专用的网络模块（NW150）和通讯模块（IFXXX ）提供了多种标准通信接口（ TTY ，RS422 ， RS232 ， RS485 ） ，使得CPU 的局部I / 0 总线扩展、远程扩展I／0 （通过RS485 电缆）以及CPU 间的现场总线组网非常灵活，从而方便地实现系统纵向或横向集成。系统软、硬件方面良好的自诊断功能，可把故障范围减至最小。又由于PCC 的CPU采用68 000＋RISC 的32 位微处理器，具有极强的运算处理能力，可使大量运算、控制功能、保护功能分散在各智能单元，大大提高了站内通信网的利用率，使整个系统效率达到最高。

本系统具有可扩充的模块化结构、电源、CPU 、网络板（NWXXX ）、I／O 板（数字量输入输出板DIXXX / DOXXX 、模拟量输入板AIXXX 等）、串口板等都是独立的模板以总线方式连接在底板（ BASEPLATE）上，它取代了标准的框架装配的局限性，可在标准的DIN 轨道上任意拆装、组合。　　

另外每个单元都有一电源模块PSXXX ，并且总在最左边。系统电源是系统可靠性与完整性的第一保证，PCC 的输入电压有AC 、DC 两种，可实现交／直流切换。

发展前景　　

从上例可以看出，继承了PLC 与微机技术的PCC 技术形成的第一代自动化软件硬件平台结构，具特点包括：　　

高可靠性的元件、适应于工业环境运行的设计。　　

采用32 位CISC 和RISC 的CPU，大容量存储器，实时操作系统、支持计算机网络通讯　　

采用高级语言编程和梯形图逻辑设计的标准软件硬件平台。　　

高效率的标准现场总线PROFIBUS、支持Peer-to-Peer的网络通讯方式和分布式处理，实现当地通讯，标准化软硬件模块设计，减少电缆，降低建设投资和运行维护费用。　　

配置灵活，容易在线扩充修改。　　

易于实现横向纵向功能集成，达到实时信息的全局共享，实现白动化。　　

应用软件开发的支持，不仅适合稳态的数据采集，也适合瞬态信号的采集。　　

本地／远程诊断。　　

总之，开放式系统平台是当前变电站自动化发展的方向。由于综合需要，网络技术、通讯协议的标准、分布式技术和数据共享、新的算法的研究以及随之而来的经济效益的研究等是当前变电站自动化研究的热点问题。PCC 应用为变电站自动化提供了广阔的前景。现代的PCC 与微机的发展相互渗透，已是一种可提供诸多功能的成熟的用户应用控制系统，而不是一种简单的逻辑控制器，它已被开发出更多的接口与具它控制设备进行通信、生成报告，多任务调度，可诊断白身故障及机器故障，这此优势使PCC 可以实现各种变电站运行、分析与控制功能，符合当今的变电站自动化系统及站内自动化设备的高要求。利用PCC 和现场总线局域网络组成变电站自动化系统不仅满足变电站对系统的功能结构要求，而且具有很高的性能价格比，是值得进一步探讨的一种可行性方案。