CSC2000自动化系统与西门子8890远动规约的接口实现

CSC2000 变电站自动化系统是北京哈德威四方保护与控制设备公司开发设计的新一代变电站自动化系统。该系统采用了分层、分布式设计方法和思想，使用了 LONWORKS现场总线技术，使得该系统内部形成了一个总线局域网。该系统已广泛用于35　kV到220　kV不同电压等级的变电站并受到用户好评。作为该系统的重要组成部分的远动主站MASTER，突破了以往传统RTU设计局限，它充分利用站内的LONWORKS网络与保护单元通讯来完成四遥功能。与以往传统RTU相比，MASTER具有许多优点，如远动点数目不受端子排数目等硬件环境的限制，容量可扩充，二次接线大大简化，性能价格比高等。
　　8890规约原是美国EMPROS公司制定的，用于调度系统和RTU之间的通讯。后来该公司被西门子收购成为美国西门子公司，但该公司仍保持原有的产品结构和体系，所以同一类产品美国西门子和德国西门子的体系和做法大相径庭。我国福建、浙江等省调引进了美国西门子调度系统，220　kV以上变电站与省调通讯就使用美国西门子的RTU通过8890规约来完成。黑龙江省引进四套这样的调度系统用于市调。市调需要通讯的变电站很多，远动设备情况也复杂。所以，无论是从经济上还是从技术上，都不可能全部改用美国西门子公司的RTU。这样就出现了国内远动设备如何与国外调度系统接口的问题。8890规约与国内常见的1801、N4F、DNP3等远动规约差别很大，它有许多特殊性。这就增加了国内设备与之接口的难度。由于以前在国内使用不多，国内同行对于 8890规约不大熟悉。本文对该规约作一简单介绍，并与其它问答式规约作对比，给出相应的评述。最后作者根据自己与8890规约成功接口的经验，介绍 CSC2000自动化系统与8890远动规约接口的实现方案供国内同行参考。
1　CSC2000系统的远动主站MASTER
　　1.1　系统结构
　　图1是CSC2000变电站自动化简图，前置单元集保护、测量、远动功能于一体。除了完成保护功能之外，它将AI、DI等与远动有关的信息都采集进来，以报文形式发到LONWORKS网上，MASTER通过LONWORKS网收到这些报文，从中获得调度端需要的信息，以远动报文形式远传调度端。调度端下传的有关命令先到MASTER，MASTER对其拆包之后，再以内部规约的格式向相应的前置单元发令。总之，MASTER与前置单元之间以 LONWORKS网为媒介，以网络报文形式进行通讯。由于前置单元集保护、测量、远动于一体，所以只需接一套二次电缆即可。与传统RTU的接线方式相比，这种方式可以大量节约二次电缆，且接线简单，大大降低了投资。

　　 图1　CSC2000变电站自动化系统简图
　　1.2　MASTER的硬件结构

　　 图2　MASTER的CPU板主体设计图
　　CPU板是MASTER板的核心，其上有两片CPU。Neuron 3150是网络通讯CPU，它通过LONWORKS网络完成与前置单元通讯。M77完成对站内报文处理和响应调度命令。两片CPU以并行方式工作。
　　1.3　MASTER的软件结构
　　MASTER软件采用模块化的设计方法，软件分为两层：
　　（1）底层为变电站内部LONWORKS网络报文的处理模块。
　　（2）上层为远动规约处理模块。
　　上、下层之间功能是相互隔离的，它们之间通过一个实时数据库进行联系。这种结构的优点在于与不同远动规约接口时，设计者只需对上层模块作局部修改即可，使工作量大为减少，加快了开发速度。
　　1.4　MASTER的技术特点
　　（1）它是一种完全的分布式RTU，它的遥测、遥信、遥控、遥脉均为分布式，所以配制很灵活。
　　（2）容量大、扩展容易，能满足自动化站对远动的容量要求
　　若要增加一路遥测、遥信或遥控，只用修改一个MASTER中的地址对应表即可。一个MASTER可用多个RTU地址与调度通讯，其容量是常规RTU的数倍。MASTER在增加容量时无需增加任何费用，且方便易行。
　　（3）与前置单元接口简单、方便
　　MASTER与前置单元的通讯，完全以网络报文形式，所以可以很容易完成许多常规RTU难以完成的操作，如远方整定保护定值、投切保护压板等。
　　（4）安装简单
　　当一个站内的前置单元安装完毕、网络线接好之后，只需把MASTER连到网络上，接上电源就完成了电气安装。
2　美国西门子8890远动规约
　　美国西门子8890远动规约是一个规约系列，它主要包括以下规约类型：
　　（1）《8890 Remote Terminal Unit,Control Data Type Ⅱ,RTU Communications Protocol》
　　（Publication Number:60467950）
　　（2）《8890 Remote Terminal Unit,Control Data Type Ⅰ,RTU Communications Protocol》
　　（Publication Number:60467940）
　　（3）《8890 Remote Terminal Unit,Control Data Synchronous Type Ⅱ,RTU Communications Protocol》
　　（Publication Number:60467990）
　　（4）《8890 Remote Terminal Unit,Control Data Asynchronous Type Ⅱ,RTU Communications Protocol》
　　（Publication Number:60467991）
　　由于国内引进的调度系统均使用规约（1），所以本文只介绍规约（1）。文中如无特殊说明，提到8890规约时就是指规约（1）。
　　2.1　8890规约中的数据种类
　　8890规约与其它规约一样也有遥测、遥信、电度、SOE、遥控等几种基本数据种类。其中遥信又有三个子类，即简单状态遥信、用一位表示的状态变化遥信、用两位表示的状态变化遥信。这样对遥信就可以进行比较全面的监视和考察了，如断路器的分、合、检修等三种状态就可分清楚了。每种数据都有自己的序列号区间，调度端就是根据序列号区分不同种类数据的。遥控点有自己的控制对象号，与其它数据类型不同。
　　2.2　8890规约中的扫描方式
　　8890规约是问答式规约，通讯模式为半双工。当不发遥控、对时等命令时，调度端定时扫描子站端。8890规约有以下四种扫描方式：
　　（1）SCAN 1： 要求子站端返回所有的遥测、遥信。
　　（2）SCAN 2： 要求子站端返回所有的遥信量。
　　（3）SCAN 3： 要求子站端返回所要求的序列号区间的所有数据。
　　（4）SCAN3X： 要求子站端返回相对应的3X组态表中所对应的数据。
　　其中，SCAN3方式最灵活，调度端可以用它扫描任意序列号区间的数据，区间的起始和结束点可以由调度端任意给出。当站内RTU的二次接线顺序不规范时，如老站改造，可以利用8890规约中的3X组态表生成特殊的扫描顺序，调度端就可用SCAN3X方式扫描子站数据了。
　　2.3　8890规约中的几个典型命令
　　8890规约中的遥控命令分为两种，直接遥控和选择遥控。直接遥控是指调度端向子站端发遥控命令，子站端得到命令后直接执行。选择遥控是指调度端首先向子站端发遥控选择命令，子站端得到后向调度端回遥控确认报文，调度端根据所回报文的性质，向子站发遥控执行或遥控撤销命令，子站执行完遥控操作后必须向调度端报告结果。8890规约的遥控点必须有相应的遥信点相对应，否则调度端将无法进行正常的遥控操作。尽管8890规约有两种遥控方式，但国内根据以往习惯，一般只使用选择遥控方式而不用直接遥控方式。国内调度系统对于变压器分接头的调节，一般都按遥控方式完成。而8890规约则用设点命令完成对变压器分接头的调节，所以必须作适当的变通才能适合国内的调度习惯。
　　2.4　8890规约与其它规约的比较
　　8890规约与国内其它的问答式远动规约如N4F、SC1801、DNP3等相比有以下几个特点：
　　（1）命令结构清楚，含义明确，命令总数比较少。
　　8890规约的命令总数要比其它问答式规约的少，只有N4F、SC1801等规约的1/2左右。8890规约的命令含义明确，使用者容易理解和操作。 N4F、SC1801等规约的命令则要复杂得多。当无对时、遥控等操作时，8890的调度端只是简单地向子站发扫描命令，而N4F、SC1801等规约则要复杂得多。
　　（2）数据链路比较复杂。
　　8890规约的数据链路层要比其它规约复杂，加之它又要求半双工通讯模式，所以子站端的远动设备与调度端的前置机的配合比较复杂。在这方面N4F、SC1801等规约则要简单得多。
　　（3）调试比较复杂
　　由于从8890调度端的前置机不能直接观察到子站送来的远动报文，所以必须使用美国西门子配备的专用调试装置来配合子站的调试。由于这种调试装置电路设计上的不完善，因此有时会对子站端的设备造成干扰，这就要求调试人员必须分辨出真伪。子站的数据库与调度端的数据库之间也必须满足一些要求，否则调度端的数据库工作会不正常，甚至会出现调度端整个数据库崩溃的可能。而N4F、SC1801等规约的调试则要简单得多。
3　CSC2000系统与8890规约接口的实现
　　软件系统框图如图3所示。各模块的功能及相互关系如下：

　　图3　软件系统框图
　　（1）系统初始化
　　该模块完成CPU板上两片CPU、串行通讯芯片等硬件的初始化工作。
　　（2）主循环
　　清除片内外的WATCHDOG，并循检各种标志字，一旦某一标志字发生变化，就执行相应模块。
　　（3）监控处理模块
　　根据标志字变化信息，驱动站内告警、事故信号，调用远动处理模块或站内通讯模块，按有关规约格式（8890规约或CSC2000内部规约）发出站内控制命令或远动报文。
　　（4）远动通讯处理模块
　　该模块实现了8890规约与CSC2000内部规约报文之间的转换功能及远动通讯管理功能，在站内外两种规约地址对应表的帮助下，搜索实时数据库。
　　（5）数据库模块
　　该模块主要完成对实时数据库的更新和管理工作。
　　以上各个模块的具体实现由于篇幅所限，本文就不具体介绍了。
4　参考文献
　　1　CDT循环式远动规约.北京：水利电力出版社，1991