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LonWorks在电力系统中的应用

2006-11-09 13:39:00.0  来源：liqian

1 LonWorks技术概述 　　1.1 LonWorks技术的特点 　　 LonWorks技术的基本部件是同时具有通讯与控制功能的Neuron芯片。芯片内部有三个中央处理器和RAM、ROM、EEPROM、软硬件计时器/计数器、操作系统、动作时间数据库及36种常见I/O控制对象，11路I/O输入/输出通道和通讯协议都固化在该芯片内。LonWorks技术所使用的通讯协议称为LonTalk协议。LonTalk协议遵循由国际标准化组织（ISO）定义的开放系统互联模型（OSI）。LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。 　　 LonWorks控制网络技术不受通讯介质的限制，可以使用任何通讯介质。如：双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线、红外等。并且各种通讯介质能够在同一网络中混合使用。可以使用所有已有的网络体系结构，如：主从式、对等式以及客户服务式结构。网络可以自由组合。用户可以选择任意形式的网络拓扑结构，网络系统和性能可大可小。LonWorks技术在自动化应用中组建测控网络时还需要收发器，路由器，网络接口，网关，网络服务等相应的硬件和软件。 　　 LonWorks网络系统由智能节点组成，每一个智能节点可具有多种形式的功能，节点之间遵守ISO/OSI的7层模型。LonWorks技术改善了CSMA（Carry Sense Multiple Access），采用一种新的称为Predictive P-Persistent的CSMA，可以在负载较轻时使介质访问延迟最小、而在负载较重时使冲突的可能性最小。网络通信采用面向对象的设计方法，LonWorks技术将其称之为“网络变量”，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。 　　1.2 LonWorks技术与局域网LAN的区别 　　 LonWorks与局域网LAN比较有如下几个特点：可靠、安全地通信，信息短小，高度分散化、体积小、成本底的节点不会出现单点的错误、保障互操作性等。具体说，两者区别体现在： 　　 1）LAN主要用于局域区域内计算机系统间相互通信，而Lon主要用于小范围内各种仪表、仪器、设备间相互通信。 　　 2）LAN需要一套中央处理器来控制和管理整个网络，Lon无需中央处理器、服务器即可实现个个节点间相互通信。 　　 3）LAN传输速率高，适宜于大数据量的传输（如文件、图形等数据信息），Lon传输速率低，适宜于数据较小的检测信息、状态信息和控制信息的传输。 　　 4）LAN结构复杂，需要专用的网络电缆，成本高，Lon构成简单，可利用电力线或廉价电缆（如双绞线）传输信息，故成本低。 　　1.3 LonWorks技术不足之处 　　 LonWorks现场总线不足之处有：1）其固化了ISO/OSI全部七层协议，在有些应用场合增加了网络的负担，影响了通信速度。2）开发成本较高。这在某种程度上影响了其推广和普及。 　　2 LonWorks技术在电力系统自动化中的应用 　　 LonWorks技术广泛应用于工业控制、楼宇自动化领域。LonWorks技术由于其特点独特，在电力自动化中也得到了广泛应用。 　　2.1 在变电站自动化中的应用 　　 变电站自动化系统是90年代发展起来的多专业综合技术，它以计算机为基础，改变了传统变电站控制室、保护室的主体结构和值班维护方式，充分体现了现代生产的特点，是当代电网发展的必然趋势。LonWorks现场总线网是一种使用较广泛的全分布式智能控制网络，是变电站自动化系统网络层的成熟产品。如图1，变电站有两个主站相互独立，提高了系统冗余度。主站1管理系统监控它有一个监控总线网站与LonWorks1和LonWorks2监控总线相连，还通过RS-232接口接入人机界面（MNI）的PC机，用作后台监控。主站2也没有一个监控网卡主管远动传送、接收信息，通过Modem将监控信息传送给调度中心。工程师站具有两个总线网卡分别接管监控总线（传送各种控制信息和状态信息）和录波总线（传送故障录波信息）。接监控总线的PC机具有监视功能，但不能作控制操作；接录波总线的网卡将各间隔保护的录波数据，通过Modem和电话通信网传向电话远方另一端。变电站自动化的目的就是为了实现各间隔之间的信息共享，因而变电站系统结构可以分四层：设备层包括各种一次设备，如开关、TA/TV等；变电站层负责管理实时计算机局域网（网络技术、国际标准化协议不断完善将各类微机型二次设备连接成实时计算机网络，即构成了变电站综合自动化模式）；网络层用于实现各个间隔的信息集成，即通过光纤等链路将各间隔层组成一个计算机局域网，间隔层设备以间隔为单位构成网络上的节点，网络均采用通用网络协议标准，如TCP/IP、IPX/SPX等；间隔层即各种智能化单元（间隔），包括I/O接口、CPU和存储器、网络驱动器等，主要完成数据采集和输出、就地保护功能以及与网络上其他间隔交换信息；设备层包括各种一次设备，如开关、TA/TV等。此外，按全分布式系统的构成原则，各间隔一般应能独立完成测试、控制、保护等功能，因而，当其中一个间隔出现故障时，不致影响到其他间隔。 　　 　　综上所述，基于LonWorks的变电站综合自动化有着明显优点：实现了真正的分布式控制；组网灵活，维护方便；节点之间的互操作性好；实现了开放式网络互连。 　　2.2 在电力生产管理中的应用 　　 以前，由于现场总线监控系统的实时性及现场测控网络的数据传送很难满足电厂的需要，许多电厂的生产管理系统和控制系统相互分离。Lon现场总线彻底改变了传统系统的结构，用FCS取代了DCS，实现了真正意义上的分布式控制。 　　 如图2，Ethernet/LonWorks集成系统有三层网络结构。低层是基于Lon网络的通信结构，包括它的控制管理层；中层是由高速以太网组成的企业管理网；顶层是信息网，实现远程信息交互，如Internet等。这种Lon控制管理网可以做到上层控制指令和参数下载，下层运行状态的信息上传。因而，它实现了管理和控制的无缝连接。 　　 　　3 结束语 　　 LonWorks技术和其它现场总线是现代高科技快速发展的产物，它是诸多现场总线中唯一一种涵盖Sensor Bus、Device Bus和Fieldbus三种应用层次的总线技术。它提高了自动控制及监控的实时性和可靠性。近几年来，LonWorks在控制系统中应用广泛。LonWorks技术用于电力综合自动化是一种很现实的先进技术，是今后变电站综合自动化等领域的发展方向。