LAN、 CAN、 TDM、 PROFIBUS总线在直流控制保护系统中的应用

LAN、 CAN、 TDM、 PROFIBUS总线在直流控制保护系统中的应用

李文泉、李洪

国网四川省电力公司检修公司 四川省成都市 610041

摘要：双重化冗余配置的直流控制保护系统通过CAN、TDM总线获取I/O设备采集的现场模拟量和开关量信号，快速动作以清除故障，通过以太网、PROFIBUS总线向保护故障录波信息管理子站和运行人员控制工作站发送报警、跳闸和系统自检监测信号等。其网络构架决定了直流控保系统运行的安全性和稳定性，在此笔者重点介绍分析上述四种网络结构的基本作用和现场连接形式。

关键词：CAN总线；TDM总线；PROFIBUS总线；直流控制保护

1 CAN总线概述

CAN总线（Controller Area Network）是由BOSCH公司开发的一种工业控制总线，它是一无主方式总线，网络中任一节点可主动地向其它任意节点发送信息，而不依赖某个节点来维系网络正常通讯，可以点对点、一对多及广播集中方式传送和接受数据，其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层。CAN总线的硬件平台主要包括：CAN控制器、CAN总线传输介质(包括光纤和电缆两种)、CAN连接板卡、带CAN控制电路的I/O板卡及CAN终端板卡。在直流控制保护系统中，机架背板上有两路CAN总线（CAN1和CAN2），用于连接每个槽位上的I/O板卡，用于传递系统状态与控制命令。其基本构架如图1所示。

图1 CAN总线连接示意图

在控保屏柜中，PS801和PS820及PS83x板卡均具有两个CAN控制器，CAN连接板卡有PS831(光电转换连接）和PS873(电气连接）二种，带有C167处理器的I/O板卡具有单个CAN控制电路，PS873A板卡可用作CAN终端板卡，CAN网的终端都需要加装CAN终端板卡。主计算机的CAN接口是PS801板，它有两个连到486DX处理器的CAN控制器。柜内I/O机箱的CAN1和CAN2由PS873B经10芯线与接口板PS930相连，PS930再经100芯线连到PS801板的CAN1和CAN2。

当屏柜之间进行CAN总线连接时，因屏柜之间距离较远，此时我们为了避免长距离传输带来的干扰，使用光纤和PS831板，PS831上有两个HDLC控制器（HDLC1和HDLC2），可用软件设置每个HDLC链路连到CAN1或CAN2，长距离传输的CAN1或CAN2总线通过CAN／HDLC桥（PS831）实现。各层机箱背板上的CAN1和CAN2由PS873B经10芯线相连。直流控制保护系统典型接线如图2和图3所示。

图2极控与极保护CAN连接示意图

图3 极控与接口屏柜CAN连接

2 TDM总线概述

TDM总线 (Time pision Multiplex)即时分多路复用总线，即在一个传输介质上传输多路数字化信号的技术，具有可靠、快速等特点。TDM总线是点对点通讯，一个发送源，接收源可以是一个或多个，传输方向是单向的。TDM总线的硬件平台主要包括：TDM控制器、TDM总线传输介质(包括光纤和电缆两种)、TDM连接板卡。在直流控保系统中，机架背板上有四路TDM总线（TDM0-TDM3），主要用于传输电压、电流等模拟信号。模拟量采集是通过PS845（电流）、PS841（电压）板，这些板卡将CT、PT转换过来的电流量和电压量转换成控制系统使用的小信号。PS860板将这些小模拟量信号完成A/D转换并传输给PS876板，PS876板卡用 FPGA实现多模光纤接口和背板间TDM 转换，用于接收模拟量采样数据并发送给 RS801以提高抗干扰能力。PS860和PS876板卡同CAN总线中的PS831板一样，用于屏柜之间的TDM总线扩展。

PS873板用于将机箱上的TDM总线和PS930板连接，将TDM数据发送给PCI板的DSP芯片进行处理，再通过PCI总线将DSP里的数据送给DPM（双端口存储器），如图4所示。

图4 TDM总线连接示意图

3以太网概述

直流控制保护主机具有顺序事件记录功能，这些告警报文通过站LAN网向保护故障录波信息管理子站和运行人员控制工作站发送报警、跳闸和系统自检监测信号等，同时运行人员在监控后台的操作指令通过LAN下发到主机。

图5 极控保LAN结构

4 PROFIBUS总线

PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus）的缩写，是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）共同组成PROFIBUS标准。DP用于设备级控制系统与分散式I/O的高速通信，可取代24V DC或4~20mA信号传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS即为现场信息规范，适用于车间级监控网络：纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，是一个令牌结构的多主网络。PA则用于过程自动化的总线类型，可使传感器与执行机构连在一根总线上。在换流站内，水冷系统和VBE使用PROFIBUS-DP与监控后台通讯。

图6 PROFIBUS总线

参考文献

[1]国家电网公司运维检修部组编．直流控制保护．北京:中国电力出版社，2012.10．

作者简介：

李文泉（1986.12--），男，工程师，本科，从事特高压交直流检修工作。

李洪（1984.12-），男，工程师，本科，从事高压直流运维和安全管理工作。