厂站自动化系统中串口设备上网方案的设计

】　　摘要：本文研究了厂站自动化系统中常规RS-232/422/485串行接口的间隔级测控保护单元和智能电子设备（IED）通过转换上TCP/IP以太网的必要性和可行性，并就此提出了不同应用情况下的集中上网方案。上网后对通讯媒介选择，通讯规约改变，原有通讯接口软件兼容性等方面及转换模块安装于开关柜上对温度、抗震性、抗干扰性等进行了进一步分析，并结合本公司的NSC厂站自动化系统，介绍了此方案在220KV变电站的应用情况。
　　关键词：以太网、TCP/IP、UDP、串口通讯、厂站自动化
　　
　　引言
　　以太网作为IT产业的主要通讯骨干，已是众所周知的事实，并已大量的应用在人类生活息息相关的信息产业上，形成一股强大的网络化的潮流。以太网通讯技术在厂站自动化系统中的应用也早已开始，且有一定的运行经验，系统内各智能设备间广泛采用TCP/IP以太网技术，有助于提高数据传输的效率，从而解决串口通讯时信息堵塞或时效性差（如发生大量事件），信息容量限制（如故障录波信息的上传）提供了可能，从而提高整个系统自动化的能力，达到降低成本，提高产品竞争力的目标。
　　
　　另一方面，目前广泛应用于厂站自动化的大量国内外保护设备及其他智能设备（IED）都只具有传统的RS-232/422/485通讯接口，有的具有Profibus,Lonworks,CAN等现场总线接口，新的具有以太网的间隔级单元正处在开发和试用阶段，大规模的应用还有一段时间，而且老站改造时通过外部转换使其具备上网能力可能更符合实际要求，这就给本文探讨的问题提供了现实性与应用的可能性。
　　
　　1、实现网络化的必要性
　　目前国内外的厂站自动化系统，其智能电子设备间的通讯连接多以串口连接为主，在站控层有的采用以太网通讯连接，在间隔层有的采用现场总线如Profibus,Lonworks,CAN等连接，当然也有的采用全部设备挂在单、双以太网上的模式。对于采用串口通讯为主的厂站自动化系统，由于串行通讯本身的限制，具有以下几点局限性：
　　l 通讯速率较低，实际应用最多为19200bps。
　　l 站控主单元为系统的核心，起着信息上传和命令下达的核心作用，对其软、硬件的要求很高，一旦出现问题。除间隔单元还能够正常运行外，其站控极的运转将处于不正常状态。
　　l 采用RS-485方式时，通讯效率相对较低，通讯方式只能采用循环问答式，间隔级单元发生谣信变位，保护动作时信息无法主动上传。
　　l 采用RS-232方式时，通讯距离太短，不能大于15米
　　l 采用电缆连接时，各串口线不支持带电插拔。
　　l 各间隔级单元间无法实现直接数据交换
　　串口设备实现上网后，为以上问题的解决提供了硬件可能，当然还需一定的软件配套改进，这些会在下面进一步分析。应该指出的是，实现间隔间设备自身具备以太网接口能力才是最终的解决方案，但这一点对既有产品来说，是不太现实的。另一方面，串口设备上网需增大系统的成本，且在一定程度上增加通讯的故障点和环节，对某些不必要的应用场合不推荐使用。
　　2、实现网络化的可行性
　　以太网是采用冲突检测载波仪监听多点访问（CSMA/CD-Carrier Sense Multiple Access With COLLISION detection）机制解决通信介质层竞争问题的，这造成了以太网通信响应的不确定性，也是长期以来它应用到工业现场设备中的主要障碍。
　　随着以太网技术的快速发展，目前通信速率一般达到10Mb/s，100Mb/s的快速以太网也已开始广泛应用，使以太网通信实时性得到了增强。使用交换式集线器代替共享式集线器，将网络冲突域细化，各端口发送来的数据报文不会在所有端口上广播发送，减小了冲突的可能性，使以太网通信确定性加强。
　　所以，在工程实施过程中采用通信速率高的快速以太网组网，并且使用交换式集线器，使串口设备上网是完全可行的。