变电站综合自动化系统的研究-副本.docx

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1、山东科技大学继续教育学院2013级电气自动化专业毕业论文毕业论文论文题目： 专业函 授 站： 班级 撰 写 人： 山东科技大学继续教育学院 年 月 日山东科技大学继续教育学院2013级电气自动化专业毕业论文姓名程风荣专业电气自动化技术班级2013毕业设计（论文）题目变电站综合自动化系统的研究毕业设计（论文）工作起止时间7月-9月地点聊城阳谷毕业设计（论文）的内容：1、 变电站自动化系统2、 通信技术3、 抗干扰毕业设计（论文）的要求： 设计成果要求：理论正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点，字数原则上载6000字左右。山东科技大学继续教育学院2013级2013届

2、毕业设计（论文）任务书教研室主任签名： 指导老师签名： 学 生 签 名 ： 指导教师对毕业论文的评语论 文 成 绩 ： 指导教师（签章）： 年 月 日特邀评阅人姓 名; 职 称: 年 月 日答辩鉴定委员会鉴定主 任： 年 月 日目 录目 录1前 言2第1章 变电站综合自动化系统的内容、功能和特点31.1 变电站综合自动化系统的研究内容及基本功能31.2 变电站综合自动化系统的特点41.3 变电站综合自动化的发展前景4第2章 变电站综合自动化系统的结构形式52.1 变电站综合自动化系统的设计原则和要求52.2 变电站综合自动化系统的硬件结构51.集中式系统结构52.分布式系统结构63.分散（层）

3、分布式结构7第3章 变电站综合自动化信息的测量和采集83.1 变电站综合自动化信息81.模拟量信息92.开关量信息93.设备异常和故障预告信息93.2 变压器油温的测量和采集91.热电阻测温电路102.信号传送11第4章 变电站综合自动化系统的通信技术114.1 数据通信基础114.1.1 数据通信的基本概念114.1.2 数据通信系统的结构114.1.3 传输介质134.2 数据交换技术134.2.1 电路交换134.2.2 报文交换131.报文交换原理142.报文交换的特点144.2.3 分组交换144.3 计算机网络基础知识154.3.1 计算机网络的定义15计算机网络是指将地理位置不同

4、、功能独立的多个计算机系统，利用通信设备和线路互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统。计算机网络有以下三个部分组成：具有独立功能的多台计算机；通信设备和线路；功能完善的网络软件。其中网络软件是计算机网络组成的重要部分，主要包括网络协议和网络操作系统，具备了这些软件，节点之间、计算机之间才能通信，也才能实现资源共享。154.3.2 网络拓扑结构154.3.3 网络的分类154.4 计算机局域网络161.局域网的技术特点162.局域网的传输方式164.5 现场总线技术164.5.1 现场总线概述164.5.2 现场总线通信协议模型17第5章 变电站综合自动化系统的运行、维

5、护及调试195.1 变电站综合自动化系统的人机联系与操作195.1.1 测控和保护装置的人机界面191.键盘192.液晶屏幕193.人机界面操作195.1.2 后台机的人机界面201.后台机人机界面布局202.后台机操作界面215.2 变电站综合自动化系统运行与维护225.2.1 日常运行维护221.建立完善的运行巡检制度222.缺陷管理235.2.2 远程维护235.2.3 技术管理235.2.4 综合自动化系统的注意事项245.2.5 维护要领241.正常分析判断异常问题242.做好运行维护基础工作253.做好技术培训工作255.3 变电站综合自动化系统的调试251.调试目的、内容252.

6、调试前准备工作263.综合自动化装置的功能调试264.综合自动化系统的现场调试26第6章 提高综合自动化系统可靠性的措施276.1 综合自动化可靠性概述276.2 干扰来源和干扰的影响276.2.1 干扰源286.2.2 干扰信号的模式28干扰信号按其出现的方式，可分为两种模式-差模干扰和共模干扰。差模干扰对微机装置的正常运行影响不大，而共模干扰则危害较大。281.差模干扰282.共模干扰296.2.3 干扰的耦合方式291.静电耦合方式292.互感耦合方式293.公共阻抗耦合296.2.4 干扰对变电站综合自动化系统的影响291.电源回路干扰的后果292.模拟量输入通道受干扰的后果303.开

7、关量输入、输出通道受干扰的后果304.CPU和数字电路受干扰的后果306.3 抗干扰措施306.3.1 硬件方面316.3.2 软件方面326.3.3 硬件自恢复电路33结束语34参考文献352013级 电气自动化技术专业 程风荣摘要： 变电站综合自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和数字信号处理（DSP）等技术，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。主要内容有变电站综合自动化系统的功能、要求、结构形式、信息的测量与采集、变电站自动化通信技术、自控技术与调节、变电站自动化系统的运行维护及调试、提高系统可靠性措施等等。通

8、过对变电站自动化系统的研究和对发展前景的分析，就会发现它在当今社会中的重要性。关键词 变电站自动化系统 通信技术 抗干扰Abstract：Integrated substation automation is refers to the use of advanced computer technology, modern electronic technology ,communication technique and digital signal processing(DSP) and other technology to Make automation in automatic mo

9、nitoring,measurement, control, protection and scheduling communication of substation main equipment and transmission and distribution line.The main content includes the function of substation integrated automation system, requirements, structure, information collection and measurement,substation aut

10、omation communications technology, control technology and adjustment,substation automation system operation maintenance and debugging, improve the system reliability measures, etc.Based on the analysis of substation automation system and the prospects of development, you will find it in todays socie

11、ty of importance.Keywords substation automation system communication technology anti-interference前 言 变电站是电力网络的线路连接点，是用以变化电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。变电站中有不同的电压的配电装置、电力变压器、控制、保护、测量、信号和通信设施以及二次回路电源等。有些变电站中还由于存在无功平衡、系统稳定和限制过电压等因素，需要装设同步调相机、并联电容器、并联电抗器、静止补偿装置等。另外，随着用电负荷的不断增长和负荷密度的增大，变电站电压等级和容量不断提高，对供电可靠性的要求也越来越高

12、，为此需要提高变电站的自动化水平。 近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业部门的注意和重视，并成为当前我国电力行业推行技术进步的重点技术之一。之所以如此，是因为：随着我国电力工业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求越来越高，实现变电站综合自动化，可提高电网的安全，经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站无人值班提供了手段；随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况；为提高变电站的可靠性，要求采用更多的远方集中控制、集中操作和反事故措施等；利用现代计算机技术、通信技术等提供先进的技术设备，可改变传统的二次设备模式，实现信息

13、共享，简化系统，减少电缆，减少用地面积；对变电站进行全面的技术改造。变电站综合自动化技术是应用计算机技术、通信技术、检测技术和控制技术等，将变电站中传统的继电保护系统、测量系统、控制系统、调节系统、信号系统和远动系统等多个独立的功能系统，经优化、组合为一套智能化的综合系统。变电站综合自动化技术研究始于20世纪70年代末，由于计算机的广泛应用，直到90年代，变电站综合自动化技术得到了迅速的发展。目前该技术已经被电力系统广泛的采纳，已投入运营的变电站正逐步进行综合自动化的改造，新建的变电站几乎普遍采用综合自动化系统。随着国民经济的持续发展，近几年来，电网装机容量迅速增长，目前电力供应紧张情况暂时得

14、到了缓解。主要的问题是城市居民反映进户线路截面小，电表容量不足，供电质量还难以满足生活用电需求。农村电气化事业的发展，对促进农业发展、高产，改善农民劳动和生活条件，加速农村商品经济的发展，有重要作用。但目前农网也有结构薄弱、线损过大、可靠性不高、收费不合理等情况，因此，加强城网和农网的建设和改造也是拉动国民经济的一项重要举措，发展变电站综合自动化也是目前城网和农网改造的基础环节之一。第1章 变电站综合自动化系统的内容、功能和特点1.1 变电站综合自动化系统的研究内容及基本功能 常规变电站的二次设备主要有以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏和中央信号屏以及远动装置。80年代以

15、来，很多研究者考虑如何打破原来的二次设备框框，从变电站全局出发，着手研究全微机化的变电站二次部分的优化设计问题，这就是“变电站综合自动化系统”的由来。 10多年来，我国开展变电站综合自动化的研究与开发工作，主要包括如下两方面内容：（1）对220kV及以下中、低压变电站，采用自动化系统，利用现代计算机和通信技术，对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平，以逐步实行无人值班或减人增效。（2）对220kV以上的变电站，主要采用计算机监控系统以提高运行管理水平，同时采用新的保护技术和控制方式，促进各专业在技术上的协调，达到提高

16、自动化水平和运行、管理水平的目的。 实现变电站综合自动化的目标是提高变电站全面的技术水平与管理水平，提高安全、可靠、稳定运行水平，降低维护运行成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。实现变电站综合自动化是实现以上目标的一项重要技术举措。 变电站综合自动化是多专业的综合技术，国际大电网会议WG34.03工作组在研究变电站的数据流时，分析了变电站自动化需要完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几个功能组：控制。监视功能；自动控制功能；测量表计功能；继电保护功能；与继电保护相关功能；接口功能；系统功能。结合我国的情况，具体来说变电站综合自动化系统主要体现在下述5个子系统功能中：监控

17、子系统；微机保护子系统；电压、无功综合控制子系统；电力系统的低频减负荷控制；备用电源自投控制。1.2 变电站综合自动化系统的特点 从变电站综合自动化系统的基本功能的介绍中，可以看出变电站综合自动化系统有以下几个突出特点：（1）功能综合化。变电站综合自动化系统是个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合的系统，它包括了除一次设备和交直流源外的全部二次设备。（2）分级分布式、微机化的系统结构。变电站综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或者微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等子系统连接起来，构成一个分级分布式系统。一个变电站综合自动化系统可以有

18、十几个甚至几十个微处理器同时并行工作，实现各种功能。（3）测量显示数字化。采用微机监控系统后，彻底改变了原来的测量手段，常规指针式仪表全被CRT显示器上的数字显示屏代替，直观明了。这不仅减轻了值班员的劳动，而且提高了测量精度和管理的科学性。（4）操作监视屏幕化。变电站实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站或者调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视和操作。（5）运行管理智能化。变电站综合自动化的另一个最大特点就是运行管理智能化，智能化不仅仅是能实现许多自动化的功能，更重要的是能实现故障分析和故障恢复操作智能化。总之，变电

19、站实现综合自动化可以全面的提高变电站的技术水平和运行管理水平，使其能适应现代化大电力系统运营的需要。1.3 变电站综合自动化的发展前景 在变电站综合自动化的探索和实践中，人们逐渐认识到一些共识性问题尚未解决。以下几个方向将会成为发展的主要考虑因素：变电站综合自动化由功能分散向单位分散发展；变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展；从少功能向多功能发展；向测量数据完全共享发展；变电站综合自动化向规范化方向发展。第2章 变电站综合自动化系统的结构形式2.1 变电站综合自动化系统的设计原则和要求为了达到变电站综合自动化的总目标，自动化系统应满足以下要求：（1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的

20、二次设备。（2）变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相互独立，又要相互协调。（3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，想计算机监控系统或者RTU提供保护动作信息或者保护定值等信息。（4）变电站综合自动化系统的功能与配置，应满足无人值班的总体要求。（5）要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。（6）必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能了。（7）系统的可延展性和适应性要好。（8）系统的标准化程度和开放性能要好。（9）必须充分利用数字通信的优势，现实数据共享。（10）变电站综合自动化系统的研究与开发工作，必须统一规划，统一指挥。以上几条原则和要求也可作为设计综合自动化系统

21、时参考。2.2 变电站综合自动化系统的硬件结构1.集中式系统结构 集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足： 前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能； 软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐；组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展

22、一些自动化需求的功能较难。图2.1 集中式系统结构图2.分布式系统结构 分布串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。其结构方便系统扩展和维护，局部故障不式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术

23、或影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。图2.2 分布式系统结构图3.分散（层）分布式结构 分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：现在的IED设备大多是按面向对象

24、设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布；其二，对于110kV及以上

25、的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。图2.3 分散（层）分布式结构图第3章 变电站综合自动化信息的测量和采集3.1 变电站综合自动化信息变电站综合自动化系统要采集的信息类型多，数量大，既有变电运行方式的信息，也有电气设备运行方面的信息，还包括累积量和控制系统本身运行状态信息。这些信息大致可分为两类：第一类是与电网调度控制有关的信息，它包括常规的远动信息和上级监控或调度中心对变电站实现综合自动化提出的附加监控信息。这些信息在变电站测量采集后，由综合自动化系统向上级监控或者调度中

26、心传送。第二类信息是为实现变电站综合自动化站内监控所使用的信息，由监控单元或自动装置测得的这些信息，用于变电站当地监视和控制。 这些信息包括有模拟量，开关量，脉冲量以及设备状态等。1.模拟量信息（1）联络线的有功功率、无功功率和有功电能。（2）线路和旁路的有功功率、无功功率和电流.（3）不同电压等级母线各段的线电压和相电压。（4）三绕组变压器三侧或高压、中压侧的有功功率、无功功率及电流；两绕组变压器两侧或高压侧的有功功率、无功功率及电流。（5）直流母线的电压。（6）所用变低压侧电压。（7）母线电流、分段电流、分支断路器电流。（8）出线的有功功率或电流。（9）并联补偿装置电流。（10）变压器上层

27、油温等。2.开关量信息（1）变电站事故总信号。（2）线路母线旁路和分段断路器位置信号（3）变压器中性点接地隔离开关位置信号。（4）线路和旁联重合闸动作信号。（5）变压器的断路器位置信号。（6） 线路和旁联保护动作信号。（7）枢纽母线保护动作信号。（8）重要隔离开关位置信号。（9）变压器内部故障综合信号。（10）断路器失灵保护动作信号。（11）有关过压、过负荷越限信号。 （12） 有载调压变压器分接头位置信号。（13）变压器保护动作总信号。（14）断路器事故跳闸总信号。（15）直流系统接地信号。（16）直流方式由遥控转为当地控制信号。（17）断路器闭锁信号等。3.设备异常和故障预告信息（1）有关

28、控制回路断线总信号。（2）有关操作机构故障总信号。（3）变压器油温过高、绕组温度过高总信号。（4）轻瓦斯动作信号。（5）变压器或变压器调压装置油温过低总信号。（6）继电保护系统故障总信号。（7）距离保护闭锁信号。（8）高频保护闭锁信号。（9）消防报警信号。（10）大门打开信号。（11）站内UPS交流电源消失信号。（12）通信线路故障信号等。 变电站综合自动化系统采集的数字量主要指系统频率信号和电能脉冲信号，前者主要出现在保护和低周频负荷装置中，电能脉冲则用于远方对系统电能的计量。3.2 变压器油温的测量和采集 为适应变电站无人值班管理运行模式要求，需要将变压器油温、变电站控制室温度等信号加以监

29、视。因此，必须将这些温度进行测量并传送到监控中心。 测量温度常用的一次元件有热电阻、热电偶、热敏电阻等，他们都是将被测温度转化为以便测量的电气信号或者器件参数的大小。热电偶测温原理是热电效应，测温范围可达-501600，但通常用来测量300以上的高温。热电阻利用导体的电阻随温度变化的特征来测量温度，被广泛应用测量-200500中、低温区的温度、热敏电阻利用半导体的电阻值随温度变化而显著变化的原理来测量温度，它的测温范围是-50300之间。 作为温度测量的一次元件，热电阻仅将温度高低转化为电阻值的大小，只有测量出电阻值的大小才能推知温度的高低。在变电站综合自动化系统中，用热电阻测量的温度信号要传

30、到变电站控制室或远方控制中心。所以应采用温度变送器，将温度变化引起的电阻值变化，变化为适用于各级转化的统一电信号。1.热电阻测温电路 最常用的热电阻测温电路是电桥电路，如图3.1所示。R1、R2、R3是固定电阻，R4是不同零电位器，r1、r2、r3是导线电阻。 Rt通过r1、r2、r3与电桥相连接，r1、r2阻值相等，当温度变化时，r1、r2的变化量相同，由于r1、r2分别在不同的桥臂，不会产生测量误差，r3在电源回路，对测量的影响很小。当调整至满足电桥平衡时，则能直接由电桥检流计测的温度t的变化所导致的Rt的变化。 图 3.1 热电阻测温常用电路2.信号传送当温度信号要进行传送时，需要采用与

31、温度变送器相配合的测量方式，如图3.2所示。 图 3.2 变压器油温的变送原理 温度变送器的恒流电源输出一恒定电流，在热电阻上形成电压信号，大小与热电阻阻值成正比，测得该电压信号即可获得温度值。在温度变送器内，测量这个电压信号并变送为对应的直流电压输出。温度信号的测量远传，即将温度变送器的输出信号接到系统测控单元部分而实现。第4章 变电站综合自动化系统的通信技术4.1 数据通信基础4.1.1 数据通信的基本概念 在自动化变电站系统中数据通信主要任务有两个：一是完成自动化综合系统内部个子系统或者各种功能模块间的信息交换和实现信息共享；二是完成变电站与控制中心的的通信任务。通过信息交换，能够互相通

32、信，实现信息共享从整体上提高自动化系统的安全性和经济性，从而提高整个网络的自动化水平。4.1.2 数据通信系统的结构 数据通信系统的任务就是把信息以数据的形式从一处传送到另一处或多处。在数据通信系统中，终端设备和计算机之间需要通信媒介连接起来，这称为物理信道。连接方式有：点对点连接：如图4.1所示:图4.1 点对点连接终端与计算机间通过直接连接或者通过调制解调器用线路连接，可以是拨号线路，也可以是专线。在数据通信量比较大时该采用这种方式。多点式连接：为了提高物理信道的利用率，终端和计算机间的通信量不大时，可采用多点连接方式，即几个终端通过一条公用线路与计算机相连，该方式下，计算机作为主站，终端

33、作为从站，有计算机来控制信息的接受和发送，终端不能随意发送信息。如图4.2所示：图4.2 多点式连接集中式连接：当终端要求与计算机进行通信时，为了节约信道，可以先将终端连接到多路复用器或集中器上，集中器与计算机相连。如图4.3所示：图4.3 集中式连接4.1.3 传输介质同轴电缆：中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。双绞线：由两条导线按照一定的扭矩相互绞合在一起的、类似于电话线的的传输媒体。光线：由许多细如发丝的橡胶或者玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，适用于高速网络和骨干网。无线媒体：不使用电子或光学媒体大多数情况下是利用地球的大气作为数据的物理性通路。主要有

34、无线电、微波、红外线三种。4.2 数据交换技术 按照数据传送的实现手段划分，交换可分为电路交换、报文交换和分组交换三种基本技术。4.2.1 电路交换 数据交换是指在传送数据时，先在网络中建立一个从源节点到目标节点的专用通道，像打电话一样分为三个过程：电路的建立。数据在传送以前，要先经过呼叫过程建立一条端对端的电路。数据传输。电路建立以后数据就可以直接传输，可以看成有一条专用的电路。电路拆除。数据传输结束以后，由一方发出拆除请求，然后将连接到对方的节点逐一拆除。4.2.2 报文交换 采用电路交换方法时，如果终端间交换的数据具有随机性和突发性，则浪费信息容道和有效时间，而采用报文交换则不存在这个问

35、题。1.报文交换原理 报文交换的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要传送的数据块，其长度不限而且可以改变。报文交换的本质就是储存转发。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发到下一个节点，每个节点在受到整个报文并检查无误后，就对这个报文进行暂存，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再继续把整个报文完整的传送给它。2.报文交换的特点相比较电路交换而言，报文交换有以下优点：电路利用率高。在报文交换的网络上，通信量大的时候仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。报文交换系统可以吧一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。报文交换

36、网络可以进行速度和代码的转换。4.2.3 分组交换分组交换是对报文交换的一种改进，它他将报文分成若干个分组，每个分组的长度有个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储容量降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。以上三种数据交换技术，各有特点，其适用范围也各有不同：电路交换比较适用于一次传送的信息量大并且通信过程中实时性要求高的业务，报文交换在实际网络中没有被采用，分组交换适用于交互式通信，是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。4.3 计算机网络基础知识4.3.1 计算机网络的定义计算机网络是指将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统，利用通信设备和线路互联起来，以功能完善的网络软件实

37、现网络中资源共享和信息交换的系统。计算机网络有以下三个部分组成：具有独立功能的多台计算机；通信设备和线路；功能完善的网络软件。其中网络软件是计算机网络组成的重要部分，主要包括网络协议和网络操作系统，具备了这些软件，节点之间、计算机之间才能通信，也才能实现资源共享。4.3.2 网络拓扑结构 网络拓扑是指网络的几何形状，或者是它在物理上的连通性。网络拓扑结构主要有点对点、星形、总线、环形结构等。（1）点对点结构：两台计算机通过专用传输线路直接连接，可以采用任何介质传输。（2）星形结构：星形结构特点是集中式控制。网络中各节点都是以中央节点为交换中心。（3）总线结构：总线结构中所有节点都经接口连到同一

38、条总线上，不设中央控制装置，是一种分散式结构。（4）环形结构：环形结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中，是点-点式结构。（5）树形结构、网络结构及混合型结构：树形结构是总线型的延伸，它是一个分层分支的结构，优点是网络易于扩充，隔离故障较容易，但缺点是线路利用率不如总线型结构高，节点对根的依赖性大，若根发生故障，则全网不能正常工作。4.3.3 网络的分类根据网络的分布范围，可以将网络分为局域网、城域网和广域网。（1）局域网：局域网的范围较小，比如在一个建筑物或者几个相邻的建筑物内，范围一般在几米到几千米。局域网往往使用专门铺设的通信介质，配置简便，速度高，误码率低。（2）城域

39、网：其分布范围介于局域网和广域网之间，一般在十公里到几十公里范围。（3）广域网：广域网也成为远程网，其范围通常在几十公里到几千公里。广域网发展较早，一般采用租用专线将分布在不同区域的各个局域网连接，构成网络结构。4.4 计算机局域网络 局域网LAN是计算机技术急剧发展的新领域，他是把多台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互联起来，并按照网络通信协议实现通信的系统。计算机局域网的组成：1.局域网的技术特点随着网络体系结构、协议标准研究的发展，局域网技术应用的范围越来越广泛，主要有以下特点：安全性方面，局域网技术无论在理论上还是在软件和硬件上，都已经十分成熟可靠。技术方面，局域网具有较高的传输

40、速度、低误码率的高质量数据传输环境。由于局域网的标准化设计，系统配置组合相对灵活，允许人们方便的改变或者修改系统，而且系统设备具有十分丰富的软件支持。开放性方面，局域网一般采用公用通信介质，都是按照国际规标准划组织的开放系统互联模型来设计，可以方便的将不同厂家的设备便连接起来，具有较好的兼容性。2.局域网的传输方式 局域网中使用的传输方式有基带和宽带两种。基带常用于数字信号传输，常用的传输媒体有双绞线和同轴电缆。宽带常用于无线电频率范围内的模拟信号的传输，常用同轴电缆。4.5 现场总线技术4.5.1 现场总线概述 在计算机数据传输领域内，长期以来使用RS-232和CC1TTV.24通信标准，它

41、们是低数据速率和点对点的数据传输标准，不能支持设备之间更高层的功能操作。随着经济与技术的发展，用户需要对生产系统实施更好的控制，就必须对生产过程中的信息更多、更好、更实时的进行采集。现场总线技术就是在这样的背景下产生的。现场总线控制系统具有以下特点：开放性与可互操作性。开放性意味着将打破大型厂家的垄断，给中小企业带来了公平竞争的机会。可互操作性实现控制产品的“即插即用”功能。彻底的分散性。彻底的分散性意味着系统具有较高的可靠性和灵活性，系统很容易进行重组和扩建，且易于维护。成本低。衡量一套控制系统的总体成本，不仅要考虑其造价，而且应该考虑系统从安装调试到运行维护整个生命周期内的总投入。 现场总

42、线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 现场总线可采用多种途径传输数字信号，如普通电缆、双绞线、光导纤维、红外线、电力传输线等。现场总线既是通信网络也是自控系统，现场总线所传送的是连通、关断电源，开关阀门的指令与数据，直接关系到处于运行操作过程之中的设备、人身和安全，因此要求信号在粉尘、噪声、电磁干扰等较为恶劣的环境下能够准确、及时到位。现场总线通过网络信号的传送联络，可由单个节点、也可由多个网络节点共同完成所要求的自动化功能，是一种由网络集成的自动化系统。 现场总线技术的分类按照传送的数据宽度分为：数据宽度为位的称为传感器总线。数据

43、宽度为字节的称为设备总线。数据宽度为块的称为现场总线。 按照应用的领域划分为：数字控制用现场总线。机器人用现场总线。物料经营控制用现场总线。批量过程控制用现场总线。4.5.2 现场总线通信协议模型（1）现场总线模型。2000年国际电工委员会宣布的IEC61158现场总线标准中包括的八种现场总线，采用了完全不同的通信协议，为了满足实时性和低造价性的要求，针对现场总线承担的任务，现场总线通信模型一般都在OSI参考模型的基础上进行了不同程度的简化。IEC TC65和ISA SP50都是负责制定现场总线的国际标准。参考模型如图4.4所示：（2）现场总线应用层为用户提供保存现场总线通信环境的手段，定义允

44、许进程间相互通信的协议。（3）现场总线应用层通用模型可用图4.5示意表示。现场总线通信装置由数据终端设备（DTE）数据端连接设备（DCE）组成。现场总线的物理层包含了媒体相关子层与媒体无关子层两部分。从图中看出DTE包含了物理层的一部分，而DCE还包含了物理层的另一部分，既媒体相关子层。物理层不包含传输介质本身，但关系到不同传输介质的支持。 图4.4 IEC/ISA 图4.5 物理层应用模型（4）现场总线数据链路层（DLL）。现场总线数据链路层位于物理层和应用层之间，DLL一般可分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）两部分。LLC从其上层取得数据后，构造成帧，完成通信链路的建立、拆除及差错、流量控制等。而MAC完成网络存取控制。现场总线的总线拓扑是所有节点共享一条传输线路，环形拓扑也是多个节点共享环路，这就存在同一时间几个设备同时争用传输线路的问题。为了避免发生通信的碰撞的冲突，DLL采用了介质存取控制方式来管理通信，这是MAC子层的功能。现场总线中采用的介质存取控制方式主要有CSMA/CD方式和令牌方式两类。第5章 变电站综合自动化系统的运行、维护及调试5.1 变电站综合自动化系统的人机联系与操作 变电站综合自动化系统具有良好的人机界面，运行人员可通过屏幕了解各种运行情况，并进行必要的控制操