WorldFIP现场总线技术及其在变电站综合自动化系统中的应用.doc

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1、WorldFIP现场总线技术及其在变电站综合自动化系统中的应用摘要：本文在介绍WorldFIP现场总线的基础上，介绍了WorldFIP现场总线在RCS-9700变电站综合自动化系统中典型应用，并对一些技术细节进行了探讨。关键词变电站综合自动化现场总线WorldFIP关键词：变电站综合自动化现场总线WorldFIP0引言随着计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化水平不断提高。大量智能设备的应用，在实现变电站无人值守或少人值守的同时，也对变电站的通信系统提出了更高的要求，寻求一种高速、实时、可靠的通信方式，已

2、成为变电站综合自动化系统发展的核心问题之一。现场总线是指在生产现场的测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的系统[1]，这种系统具有良好的开放性和设备间的互操作性，在变电站综合自动化系统中具有广泛的应用前景。目前IEC国际标准现场总线共有八种，本文介绍其中的WorldFIP现场总线技术及其在变电站综合自动化系统中的应用。1WorldFIP现场总线技术1.1背景WorldFIP现场总线是一种源于法国标准的现场总线，其本身是欧洲现场总线标准EN50178的组成部分之一，同时也是IEC标准现场总

3、线之一（IEC61158），在能源、交通、运输、自动化等工业领域中得到了广泛的应用，我国的广东岭澳核电站、上海地铁、军粮城电厂等大型引进项目中使用了这种现场总线，欧洲核子研究中心耗资数十亿美元的世界上能量最高的大型强子对撞机也选定WorldFIP作为工程标准总线之一。1.2WorldFIP现场总线的特点1.2.1通信速率高，通信距离长5WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式,以工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质，由于其中双绞线方式具有31.25kbps、1Mbps及2.5Mbps三种标准速率，在三种标准速率

4、下的最大通信距离分别为5km、1km和500m,通过网络中继器,总线可分别扩展到20km、5km和2km。1.2.2通信效率高现场总线的传输效率与传输报文的长度有很大关系，一般来说单帧报文长度越长，现场总线的传输效率越高。WorldFIP现场总线最长支持128字节变量报文或256字节消息报文，根据计算，其最大通信效率能达到88.99%,相比某些短报文的现场总线如CAN,其最大通信效率最多只能达到57.658%[2]。1.2.3通信实时性强WorldFIP现场总线对传输介质的调度使用方式类似于令牌网，各通信站的数

5、据可以在预先确定的时间内在网络上传输。由于这种方式不存在介质使用碰撞问题,因而非常适合于对于传输时间具有严格要求的场合，如各种分散式控制系统、分散式数据采集系统等。1.2.4误码率低WorldFIP现场总线报文自带CRC校验功能，数据校验功能由通信控制器完成，报文不可检错概率小，据统计采用1Mbps速率，其误码在20年中不会超过一帧。1.2.5介质冗余介质冗余功能是WorldFIP现场总线的特色之一。通信控制器连接两路独立的传输介质，在双介质运行时，两路介质相互热备用。当某一介质发生断线、短路等故障而造成通信中

6、断时，通信控制器会自动将通信数据无缝切换到另一条无故障介质上，并能保证数据的完整性及正确性，不需要应用程序的干预，极大地增强了通信可靠性。1.2.6抗电磁干扰性强WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式并利用磁性变压器隔离，具有良好的抗电磁干扰能力,根据测试,在EMCIII级干扰条件下，能保证正常通信。1.3WorldFIP现场总线的传输机制WorldFIP现场总线定义了物理层、数据链路层和应用层三层通信协议，结构相对简单。在数据链路层WorldFIP协议提供了变量及消息两种传输机制。5变量是指周期性地在网

7、络上传输的数据包，每一个变量有一个唯一的16位数据标识，这种周期性报文根据预先设定的时间周期性地在网络上传输。在实际应用中通常被用于传输实时状态及控制信息，如控制现场I/O实时状态、各种现场遥测值等。消息主要用于传输一些诸如配置信息、诊断信息及事件信息等非周期性数据，消息只有在应用程序提出传输申请后一次性地在网络上传输。WorldFIP的传输模式称为“生产者-消费者”（PRODUCER-CONSUMER）模式，简单地说生产者指的是变量或消息报文的发送者，消费者指的是报文的接收者。一个变量或消息只能有一个生产者，

8、但可以有一个或多个消费者。在WorldFIP现场总线中，对传输介质的访问控制类似于“令牌”网，“令牌”是对介质的访问权，“令牌”按照预先确定的时间在多个通信子站之间传递。“令牌”的传递过程由通信控制器自动完成，不需要应用程序的干预。变量的生产者可以按照固定的时间间隔将变量在网络上广播，变量的消费者则同时接收变量内容。在变量中有一个字节的控制信息，其中一位为消息发送请求，当该通信站有消息