1針對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)這幾年一直按摩爾(Moore)定律發(fā)展：處理器運(yùn)算速度平均每1.48年翻一翻。現(xiàn)在高端服務(wù)器的運(yùn)算速度已達(dá)每秒十億條指令，內(nèi)存已達(dá)若干吉字節(jié)(GB)，是10年前的上千倍。原來(lái)用于巨型機(jī)、大型機(jī)的技術(shù)已下移至服務(wù)器甚至個(gè)人計(jì)算機(jī)。精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)(RISC)繼續(xù)飛速發(fā)展，超流水線結(jié)構(gòu)的MIPSR4000，超標(biāo)量結(jié)構(gòu)的SUNSuperSparc，超標(biāo)量、超流水線結(jié)構(gòu)的DECAlpha，雙流水線超標(biāo)量結(jié)構(gòu)的IntelPentium，等等，技術(shù)上各具特色，市場(chǎng)上各領(lǐng)風(fēng)騷。64位CPU和多處理器體系結(jié)構(gòu)已在服務(wù)器領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)計(jì)算產(chǎn)生深刻的影響，原來(lái)需要巨型機(jī)或大型機(jī)的電力系統(tǒng)計(jì)算，現(xiàn)在用臺(tái)式機(jī)就可完成;原來(lái)用于離線計(jì)算的方法，現(xiàn)可移植于在線計(jì)算，甚至實(shí)時(shí)計(jì)算。

2針對(duì)于操作系統(tǒng)

第三代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的開放性主要依賴于UNIX操作系統(tǒng)的開放性。10年來(lái)，UNIX操作系統(tǒng)在微內(nèi)核、實(shí)時(shí)處理、對(duì)稱多道處理(SMP)、多線程支持、POSIX支持、系統(tǒng)管理的圖形化、容錯(cuò)處理、安全可靠性等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。盡管WindowsNT僅運(yùn)行在Intel和Alpha芯片平臺(tái)上，然而NT的發(fā)展與成熟的確對(duì)UNIX世界構(gòu)成了威脅，但目前NT版本還不支持多用戶及POSIX接口，且易受病毒的侵襲，后續(xù)版本會(huì)逐步改善。NT的技術(shù)性能正在漸漸趕上UNIX，但NT的獨(dú)家壟斷特性卻與UNIX的開放性相距越來(lái)越遠(yuǎn)，尤其是Linux流行以來(lái)。Linux是現(xiàn)年28歲的芬蘭赫爾辛基大學(xué)的LinusTorvalds于1991年在讀大學(xué)時(shí)自己編寫的一種可以自由使用的UNIX操作系統(tǒng)，其源碼放在Internet上，吸引了大批有興趣的高手共同開發(fā)，不斷完善，將NT的易用性和UNIX的可靠性結(jié)合起來(lái)，將X—Window/MOTIF接口與UNIX功能結(jié)合在一起，被認(rèn)為是當(dāng)今UNIX的最好實(shí)現(xiàn)。Linux以其徹底開放的開發(fā)方式著稱于世，并因免費(fèi)使用而迅速普及，許多軟件廠家已宣布支持Linux，這匹黑馬的出現(xiàn)對(duì)NT無(wú)疑是沉重的打擊。Linux對(duì)于把基于UNIX的成熟的SCADA/EMS/DMS系統(tǒng)移植到地、縣調(diào)系統(tǒng)有重要意義。

3針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

局域網(wǎng)(LAN)是第三代EMS的“脊椎骨”。10年來(lái)，基于CDMA/CD以太網(wǎng)的傳輸速率已由10Mbit/s發(fā)展到100Mbit/s，甚至達(dá)到1000Mbit/s;傳輸介質(zhì)從細(xì)纜(10BASE2)、粗纜(10BASE5)、雙絞線(10BASE—T)，發(fā)展到高速雙絞線(100BASE—T)等;傳輸方式由共享總線式、集線器式，發(fā)展到交換式集線器、LAN交換、ATM交換等。交換式局域網(wǎng)改變了新型EMS的體系結(jié)構(gòu)，由總線型發(fā)展為以LAN交換為核心的多總線結(jié)構(gòu)，按功能分組，采用更多的網(wǎng)段，網(wǎng)段內(nèi)共享，網(wǎng)段間交換。

4大型電力自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究

針對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)底層通信數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)，進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)。在軟件結(jié)構(gòu)上，提出了將數(shù)據(jù)通信軟件與監(jiān)控軟件分離的方法;在硬件上，使用多路雙口RAM智能通信卡擴(kuò)展通信端口，提高底層通信的速度。這些措施有效地減輕了監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，確保了現(xiàn)場(chǎng)儀表與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間準(zhǔn)確快速的數(shù)據(jù)通信，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。

電力系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不但包括功率、電壓、電流等測(cè)量數(shù)據(jù)，還包括分合閘、過(guò)流、速斷等操作及事故所產(chǎn)生的事件數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生事故而導(dǎo)致跳閘時(shí)，還要記錄現(xiàn)場(chǎng)的故障錄波數(shù)據(jù)，可見，需要通信的數(shù)據(jù)量是一般工業(yè)控制中所無(wú)法比擬的。由于電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化非常快，一次過(guò)流可能只維持十幾毫秒，數(shù)據(jù)稍縱即逝，所以對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、通信速度的要求是非常高的。

監(jiān)控系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)可靠、高效的通信是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件的重點(diǎn)。一些現(xiàn)有的軟件，將數(shù)據(jù)通信、處理和監(jiān)控都做在一個(gè)軟件中，雖然顯得直觀緊湊，但系統(tǒng)的升級(jí)改進(jìn)卻十分不便，一個(gè)微小的改動(dòng)都要對(duì)全部系統(tǒng)進(jìn)行重新整理，因此，采取模塊化結(jié)構(gòu)是比較好的一種選擇。

筆者在一個(gè)大型電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件上采用通信站和監(jiān)控站分開的獨(dú)立方式，軟件上將底層通信軟件從監(jiān)控軟件中分離出去，在通信站中獨(dú)立工作，通信站專門負(fù)責(zé)底層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并和上層監(jiān)控站進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。由于通信站的獨(dú)立，使上層監(jiān)控站的任務(wù)大大減輕，不但提高了底層的通信速率，還加快了監(jiān)控界面的數(shù)據(jù)刷新速度。如果下層儀表數(shù)量很多，可以在通信站上采用多路雙口RAM智能通信卡，并擴(kuò)充為多個(gè)串口，進(jìn)一步提高底層通信速度。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

給出了一種典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)綜合了以上討論的特點(diǎn)。其中，兩個(gè)通信站組成雙機(jī)冗余熱備，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485/422串口傳送給通信站，通信程序讀取串口的數(shù)據(jù)，解析后一方面將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為歷史數(shù)據(jù)加以保存，另一方面通過(guò)TCP/IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)打包后傳遞給上位機(jī)，在監(jiān)控軟件中進(jìn)行運(yùn)接送上以太網(wǎng)，也利于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷。

由于通信站和監(jiān)控站是分離的，只要都支持TCP/IP通信協(xié)議，編寫監(jiān)控系統(tǒng)的工具語(yǔ)言不需要與通信站相同，這樣就給用戶提供了靈活的平臺(tái)選擇，可以利用一些圖像功能強(qiáng)大而硬件功能相對(duì)弱的組態(tài)軟件編寫監(jiān)控軟件，以提供直觀漂亮的操作畫面。

對(duì)于一些特殊的下層儀表，如果通信協(xié)議不同，只需在通信軟件中改變相應(yīng)的協(xié)議即可，不需要對(duì)監(jiān)控軟件作出任何修改。用這種方法，可以非常靈活的兼容各種不同通信協(xié)議的儀表。這樣，系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展就會(huì)相當(dāng)方便。

6提高通信速度的措施

6.1硬件措施

通信站與上層監(jiān)控站間的通信是通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)模ㄐ潘俣瓤欤瑢?shí)時(shí)性很好。而現(xiàn)場(chǎng)儀表與通信站之間是通過(guò)串口讀寫數(shù)據(jù)的，在儀表傳輸速率與傳輸數(shù)據(jù)量一定的條件下，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)量多到一定程度，由于總數(shù)據(jù)量過(guò)大而造成通信時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)成為限制實(shí)時(shí)性的瓶頸，為了解決這個(gè)問題，硬件上可以采取以下的改進(jìn)。

6.1.1多串口數(shù)據(jù)通信

串行通信具有連接簡(jiǎn)單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

一般情況下，多臺(tái)下層儀表連在一條通信總線上，通信站通過(guò)其一個(gè)串口連接一條通信總線，從而實(shí)現(xiàn)通信站與儀表的串行通信。這時(shí)，通信站對(duì)全部下層儀表作一次數(shù)據(jù)通信的時(shí)間等于通信站與每個(gè)儀表的通信時(shí)間之和。7現(xiàn)場(chǎng)總線——DCS發(fā)展趨勢(shì)

分散控制系統(tǒng)(DCS)今天已步入第三代。它的發(fā)展一方面受計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及CRT技術(shù)的影響，另一方面又受到生產(chǎn)過(guò)程控制和管理要求的驅(qū)動(dòng)。

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器在控制裝置、變送器上的廣泛使用，現(xiàn)場(chǎng)儀表(傳感器、變送器、執(zhí)行器等)得以智能化。“現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)”就是設(shè)計(jì)用來(lái)替代4～20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的新工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定將對(duì)DCS的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，由于現(xiàn)場(chǎng)總線與傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)傳遞相比有很多優(yōu)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有望成為未來(lái)的分散控制系統(tǒng)。

8DCS系統(tǒng)的發(fā)展

DCS將向信息管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過(guò)程控制和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)(CIPS)。CIPS除了要完成傳統(tǒng)DCS過(guò)程控制的功能外，還要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行支持和決策支持的功能，包括質(zhì)量控制、過(guò)程管理、在線優(yōu)化、經(jīng)營(yíng)管理、決策分析等。

網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今工廠自動(dòng)化的核心，是計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而工廠自動(dòng)化的每一層都有適用于自己的網(wǎng)絡(luò)。分散控制系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工廠級(jí)(上層、管理層)包括工廠信息管理和生產(chǎn)管理，負(fù)責(zé)與工廠管理計(jì)算機(jī)的連接，計(jì)算機(jī)間的管理數(shù)據(jù)交換通過(guò)工廠主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。主干網(wǎng)采用ISO/OSI-MAP/TOP或TCP/IP-Ethernet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。隨著工廠自動(dòng)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這一級(jí)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，它是DCS向CIPS發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。

車間級(jí)(中層、監(jiān)控層)包括過(guò)程控制和過(guò)程管理，用于控制室、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和各現(xiàn)場(chǎng)控制裝置間的連接。通信網(wǎng)采用中速、載帶工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)公路的形式(ProwayC或IEEE802.4)。這是DCS的實(shí)時(shí)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)具有高可靠性、高使用性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有自診斷功能、有自組態(tài)功能、容易接入新站等。

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)(低層)用于連接過(guò)程控制中的傳感器、執(zhí)行器、智能儀表等。現(xiàn)場(chǎng)以標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線為發(fā)展目標(biāo)，現(xiàn)已有了兩個(gè)國(guó)際組織的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線將是DCS發(fā)展的一個(gè)重要方向。

9現(xiàn)場(chǎng)總線

9.1現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的第一部分被命名為H1，定義了一個(gè)低速、帶電鏈路的數(shù)字信號(hào)取代4～20mA模擬量傳輸信號(hào)。當(dāng)H1被采用后，智能傳感器將能夠與數(shù)字控制系統(tǒng)直接通信。第二部分H2，定義了一個(gè)高速、不帶電的鏈路，使協(xié)議可應(yīng)用于高級(jí)邏輯和控制。H2協(xié)議的通信速率為1Mb，而H1通信速率為31.25Kb。

由于是作為低級(jí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，F(xiàn)ieldbus與OSI模型的第一、二和七層有關(guān)。OSI網(wǎng)絡(luò)模型與三層Fieldbus體系結(jié)構(gòu)的對(duì)照見圖2。

Fieldbus中物理層確定通過(guò)物理媒介傳送的數(shù)字信號(hào)的形式，包括電纜種類、硬件、傳輸方式、傳輸速率、電氣及機(jī)械性能等。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)與控制空間的信號(hào)雙向傳送，包括數(shù)位如何組織和確認(rèn)，采用怎樣的協(xié)議，故障診斷和修正以及類似的功能。應(yīng)用層提供格式化的數(shù)據(jù)，集中在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備定址、設(shè)備存取、信息和其它功能的方法上。僅利用OSI網(wǎng)絡(luò)界面模型的三層，可在保證與更高級(jí)網(wǎng)絡(luò)兼容的同時(shí)，減少與現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)部分的成本和費(fèi)用，將使每連接一臺(tái)裝置的費(fèi)用較低。相對(duì)于使用在工廠級(jí)的較高級(jí)網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)ieldbus標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用較小信息量和較低數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)31.25kHz傳輸信號(hào)，它適用于現(xiàn)行生產(chǎn)裝置上采用的4～20mA信號(hào)線路，將來(lái)則采用1MHz和25MHz、可用于更高頻率的導(dǎo)線。

物理性能低速/DC(H1)高速/DC(H2)傳送距離1900m750m拓?fù)淇偩€或任意總線結(jié)構(gòu)點(diǎn)—點(diǎn)通信點(diǎn)—點(diǎn)通信響應(yīng)時(shí)間100ms1ms數(shù)據(jù)傳輸速率31.25Kb1Mb報(bào)文傳送速度81～122報(bào)文/s2604～3906報(bào)文/s標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文長(zhǎng)度32～48B32～48B數(shù)據(jù)類型浮點(diǎn)(32位)，文本，時(shí)鐘浮點(diǎn)(32位)，文本，時(shí)鐘設(shè)備數(shù)量3232傳輸媒介儀表級(jí)雙絞線通信級(jí)雙絞線電源DCDC冗余支持支持本質(zhì)安全性有無(wú)(對(duì)于網(wǎng)絡(luò)供電裝置)連接方式直接直接

現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)中的物理層協(xié)議已于1993年獲得通過(guò)。它規(guī)定了傳輸媒介的情況，包括工作電壓和電流。現(xiàn)正在開發(fā)應(yīng)用層和用戶層協(xié)議。Fieldbus的最后目標(biāo)是以一片硅集成電路為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線，這片集成電路將覆蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的需要，目前Honeywell、Rosemount正在開發(fā)Fieldchips。

9.2兩大現(xiàn)場(chǎng)總線機(jī)構(gòu)

80年代末，一些儀表公司著手開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。目前主要有兩大機(jī)構(gòu)：ISP(相互可操作性系統(tǒng)工程)和WorldFIP。ISP機(jī)構(gòu)成員有西門子、羅斯蒙特、費(fèi)希爾、福克斯波羅、橫河、ABB等64個(gè)公司;WorldFIP機(jī)構(gòu)成員有霍尼韋爾、山武—霍尼韋爾、貝利等150個(gè)公司。兩大機(jī)構(gòu)都在開發(fā)各自現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。ISP以德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Profibus為基礎(chǔ)，它采用由主機(jī)向各臺(tái)設(shè)備發(fā)布令牌，使其進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。WorldFIP以法國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FIP為基礎(chǔ)，采用按時(shí)序進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)總線。但是兩種現(xiàn)場(chǎng)總線都包括ICE和SP50的聯(lián)合在1989年完成實(shí)驗(yàn)。下面分別敘述。

ISP根據(jù)IEC-ISASP50的思想，提供了兩種現(xiàn)場(chǎng)總線H1和H2(同國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))，它有一個(gè)設(shè)備描述語(yǔ)言DDL，是由Rosemount公司開發(fā)的，可將任何最新進(jìn)入系統(tǒng)的儀表所具有的功能和性能自動(dòng)地通知主機(jī)。Siemens的過(guò)程裝置開發(fā)工程師認(rèn)為，此功能是WorldFIP所不具備的，這種功能使擴(kuò)充現(xiàn)有系統(tǒng)非常容易。ISP的另一優(yōu)點(diǎn)是它為用戶而定義的功能塊。在開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的第一階段中，ISP已定義了10種功能塊，它可覆蓋現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用要求中的80%，其中包括開關(guān)和模擬量的輸入、輸出、PID控制以及它們的組合，ISP成員橫河公司開發(fā)生產(chǎn)出一種新型硅片可實(shí)現(xiàn)ISASP50協(xié)議所規(guī)定的物理層及部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層的工作，其余的數(shù)據(jù)鏈路工作與應(yīng)用層和功能塊一起由置于現(xiàn)場(chǎng)儀表的一臺(tái)微處理器來(lái)完成。

WorldFIP采用了時(shí)間同步信息系統(tǒng)，連接在總線上的各儀表設(shè)備可按時(shí)序進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)總線。根據(jù)Honeywell公司介紹，只有FIP總線能控制時(shí)間周期在1ms以內(nèi)。WorldFIP在1994年投入了它自己的設(shè)備描述工具，稱DeviceBuilder。它收入了SP50已批準(zhǔn)的所有功能塊，能自動(dòng)地告訴控制系統(tǒng)一臺(tái)新儀表具有的功能以及必須整定的參數(shù)。WorldFIP也計(jì)劃推出一種更便宜的硅片。

雖然目前兩大組織的總線產(chǎn)品還不兼容，但WorldFIP和ISP都表示，當(dāng)IEC-ISA最后完成其現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，他們將使其產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)兼容，現(xiàn)有系統(tǒng)更新到能夠滿足最后的IEC-ISA標(biāo)準(zhǔn)可能僅僅只是更換控制硅片而已，費(fèi)用大約5美元。

1994年9月，ISP和WorldFIP合并成立了FieldbusFoundation(FF,即現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)會(huì))。FF是一非盈利性的國(guó)際組織，這將有助于發(fā)展一個(gè)單一的、國(guó)際間的、可互操作的現(xiàn)場(chǎng)總線。其技術(shù)將是現(xiàn)存幾個(gè)組織的某些規(guī)約的融合，即FF的技術(shù)將基于已有IEC/ISA的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，ISTRev3.0版本的應(yīng)用層和用戶層，結(jié)合ISP和WorldFIP的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)管理層來(lái)組成。可互操作則由設(shè)備描述語(yǔ)言來(lái)支持。其現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

9.3現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線不單單是一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，而是試圖包含全部領(lǐng)域，作為一個(gè)過(guò)程控制的開放的、集成的測(cè)量控制系統(tǒng)。采用現(xiàn)場(chǎng)總線，具有許多優(yōu)點(diǎn)：

a)大大縮減了鋪線費(fèi)用;

b)簡(jiǎn)化了線路的安裝與維護(hù);

c)能傳送多個(gè)過(guò)程變量，可以實(shí)現(xiàn)在線故障診斷及線路故障檢測(cè);

d)用數(shù)字信號(hào)取代4～20mA模擬信號(hào)，可提高系統(tǒng)精度，而且可把一些功能(如線性化、補(bǔ)償校正、工程量轉(zhuǎn)換、報(bào)警處理等)賦于現(xiàn)場(chǎng)儀表，提高了現(xiàn)場(chǎng)儀表的自主性和可靠性;

e)因現(xiàn)場(chǎng)總線是雙向的，故可從控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整;

f)現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后，用戶可以優(yōu)選各儀表廠商的產(chǎn)品組成系統(tǒng)，而不必考慮總線接口是否匹配問題。9.4目前商用的兩種產(chǎn)品

a)1985年，Rosemount研制了HART數(shù)字通信協(xié)議，用于智能現(xiàn)場(chǎng)儀表。HART協(xié)議是在4～20mA基礎(chǔ)上加上數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信的，盡管將來(lái)的儀表世界是全數(shù)字的，但在當(dāng)前，很少人能知道多少年以后才能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，并且HART延長(zhǎng)了4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的壽命。HART占領(lǐng)了市場(chǎng)，已超過(guò)1000000臺(tái)儀表用了HART，從此角度上說(shuō)HART先行了一步。

HART工作方式有點(diǎn)—點(diǎn)式或全數(shù)字式的。點(diǎn)—點(diǎn)式是在4～20mA疊加一組數(shù)字信號(hào)，不影響4～20mA模擬信號(hào);全數(shù)字式的優(yōu)點(diǎn)是可連15臺(tái)儀表，減少投入。HART具有相互可操作性，HART解決DDL，DDL概念對(duì)ISP等組織有所啟發(fā)。

b)1987年，德國(guó)工業(yè)技術(shù)開發(fā)部提供了一種Profibus作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以便實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：靈活、雙向交換數(shù)據(jù)信息、自診斷參數(shù)等，使得數(shù)字化更加準(zhǔn)確，減少I/O和A/D以降低成本，方便操作。截止目前，已高達(dá)600000臺(tái)儀表用上了該標(biāo)準(zhǔn)。

Profibus不同于HART，它以常用的RS-485通信原理作為物理層，用便宜的雙絞電纜即可實(shí)現(xiàn)令牌式的通信，Profibus作為ISP的雛形，ISP引用了其物理層、應(yīng)用層的原理。

計(jì)算機(jī)集成技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，將對(duì)DCS的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。目前DCS的結(jié)構(gòu)將受到上下肢解，上層工作站將與CIPS緊密結(jié)合，DCS將演變成CIPS的低層部分;在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用將使傳統(tǒng)的DCSI/O結(jié)構(gòu)徹底改變。現(xiàn)場(chǎng)總線將對(duì)自控領(lǐng)域帶來(lái)深刻影響，工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)將以統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)(FCS)將是21世紀(jì)的開放控制系統(tǒng)。

10零序電流保護(hù)與重合閘方式的配合應(yīng)考慮哪些因素?

答:采用單相重合閘方式,并實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)延時(shí)段動(dòng)作后三相跳閘不重合,則零序電流保護(hù)與單相重合閘配合按下列原則整定:

(1)能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出;而躲不過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)一段,應(yīng)接重合閘M端子跳閘,在重合閘啟動(dòng)后退出工作。

(2)零序電流保護(hù)二段的整定值應(yīng)躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流,在單相重合閘過(guò)程中不動(dòng)作,經(jīng)重合閘R端子跳閘。

(3)零序電流保護(hù)三、四段均經(jīng)重合閘R端子跳閘,三相跳閘不重合。

11采用單相重合閘方式,且后備保護(hù)延時(shí)段啟動(dòng)單相重合閘,則零序電流保護(hù)與單相重合閘按如下原則進(jìn)行配合整定:

(1)能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出工作;而不能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘M端子跳閘,重合閘啟動(dòng)后退出工作。

(2)能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)二段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出工作;不能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)二段,經(jīng)重合閘M或P端子跳閘,亦可將零序電流保護(hù)二段的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)至1.5秒及以上,或躲過(guò)非全相運(yùn)行周期,經(jīng)重合閘N端子跳閘。

(3)不能躲過(guò)非全相運(yùn)行最大零序電流的零序電流保護(hù)三段,經(jīng)重合閘M端子或P端子跳閘,亦可依靠較長(zhǎng)的動(dòng)作時(shí)間躲過(guò)非全相運(yùn)行周期,經(jīng)重合閘N或R端子跳閘。

(4)零序電流保護(hù)四段經(jīng)重合閘R端子跳閘。

三相重合閘后加速和單相重合閘的分相后加速,應(yīng)加速對(duì)線路末端故障有足夠靈敏度的保護(hù)段。如果躲不開在一側(cè)斷路器合閘時(shí)三相不同步產(chǎn)生的零序電流,則兩側(cè)的后加速保護(hù)在整個(gè)重合閘周期中均應(yīng)帶0.1秒的延時(shí)

12為什么采用檢定同期重合閘時(shí)不用后加速?

答:當(dāng)線路發(fā)生故障后,保護(hù)有選擇性的動(dòng)作切除故障,重合閘進(jìn)行一次重合以恢復(fù)供電。若重合于永久性故障時(shí),保護(hù)裝置即不帶時(shí)限無(wú)選擇性的動(dòng)作斷開斷路器,這種方式稱為重合閘后加速。

檢定同期重合閘是當(dāng)線路一側(cè)無(wú)壓重合后,另一側(cè)在兩端的頻率不超過(guò)一定允許值的情況下才進(jìn)行重合的。若線路屬于永久性故障,無(wú)壓側(cè)重合后再次斷開,此時(shí)檢定同期重合閘不會(huì)再重合,因此采用檢定同期重合閘再裝后加速也就沒有意義了。若屬于瞬時(shí)性故障,無(wú)壓重合后,即線路已重合成功,故障已不存在,故亦無(wú)裝設(shè)后加速的必要。同時(shí)檢定同期重合閘時(shí)不采用后加速,可以避免合閘沖擊電流引起誤動(dòng)。

13發(fā)電廠按使用能源劃分有幾種基本類型?

答:發(fā)電廠按使用能源劃分有下述基本類型:

(1)、火力發(fā)電廠:火力發(fā)電是利用燃燒燃料(煤、石油及其制品、天然氣等)所得到的熱能發(fā)電。火力發(fā)電的發(fā)電機(jī)組有兩種主要形式:利用鍋爐產(chǎn)生高溫高壓蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,稱為汽輪發(fā)電機(jī)組;燃料進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)將熱能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,稱為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。火力發(fā)電廠通常是指以汽輪發(fā)電機(jī)組為主的發(fā)電廠。

(2)、水力發(fā)電廠:水力發(fā)電是將高處的河水(或湖水、江水)通過(guò)導(dǎo)流引到下游形成落差推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。以水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的發(fā)電廠稱為水力發(fā)電廠。

水力發(fā)電廠按水庫(kù)調(diào)節(jié)性能又可分為:

①、徑流式水電廠:無(wú)水庫(kù),基本上來(lái)多少水發(fā)多少電的水電廠;

②、日調(diào)節(jié)式水電廠:水庫(kù)很小,水庫(kù)的調(diào)節(jié)周期為一晝夜,將一晝夜天然徑流通過(guò)水庫(kù)調(diào)節(jié)發(fā)電的水電廠;

③、年調(diào)節(jié)式水電廠:對(duì)一年內(nèi)各月的天然徑流進(jìn)行優(yōu)化分配、調(diào)節(jié),將豐水期多余的水量存入水庫(kù),保證枯水期放水發(fā)電的水電廠;

④、多年調(diào)節(jié)式水電廠:將不均勻的多年天然來(lái)水量進(jìn)行優(yōu)化分配、調(diào)節(jié),多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)容量較大,將豐水年的多余水量存入水庫(kù),補(bǔ)充枯水年份的水量不足,以保證電廠的可調(diào)出力。

(3)、核能發(fā)電廠:核能發(fā)電是利用原子反應(yīng)堆中核燃料(例如鈾)慢慢裂變所放出的熱能產(chǎn)生蒸汽(代替了火力發(fā)電廠中的鍋爐)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。以核能發(fā)電為主的發(fā)電廠稱為核能發(fā)電廠,簡(jiǎn)稱核電站。根據(jù)核反應(yīng)堆的類型,核電站可分為壓水堆式、沸水堆式、氣冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。

(4)、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng):利用風(fēng)力吹動(dòng)建造在塔頂上的大型槳葉旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電稱為風(fēng)力發(fā)電,由數(shù)座、十?dāng)?shù)座甚至數(shù)十座風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電場(chǎng)地稱為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。

(5)、其他還有地?zé)岚l(fā)電廠、潮汐發(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠等。

14鍋爐的循環(huán)方式有幾種,簡(jiǎn)述其含義?

答:火力發(fā)電廠中的鍋爐按水循環(huán)方式可分為自然循環(huán),強(qiáng)制循環(huán),直流鍋爐三種類型。依靠工質(zhì)的重度差而產(chǎn)生的循環(huán)流動(dòng)稱為自然循環(huán)。借助水泵壓頭使工質(zhì)產(chǎn)生的循環(huán)流動(dòng)稱為強(qiáng)制循環(huán)。自然循環(huán)形成:汽包、下降管、下聯(lián)箱和上升管(即水泠壁)組成一個(gè)循環(huán)回路。由于上升管中的水在爐內(nèi)受熱產(chǎn)生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在爐外不受熱,管中是水,其重度大,兩者重度差就產(chǎn)生推動(dòng)力,水沿下降管向下流動(dòng),而汽水混合物則沿上升管向上流動(dòng),這樣就形成水的自然循環(huán)流動(dòng)。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循環(huán)泵,作為增強(qiáng)汽水循環(huán)的動(dòng)力。直流爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)鍋爐結(jié)構(gòu)不同,它沒有汽包,是依靠給水泵壓力使工質(zhì)鍋爐受熱面管子中依次經(jīng)過(guò)省煤器,蒸發(fā)受熱面和過(guò)熱器一次將水全部加熱成為過(guò)熱蒸汽。現(xiàn)在一般只宜用于亞臨界,超臨界壓力鍋爐。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐與自然循環(huán)鍋爐比較:優(yōu)點(diǎn):可適用于亞臨界、超臨界壓力;由于工質(zhì)在受熱面中是強(qiáng)制流動(dòng),因而受熱面的布置較靈活,受熱均勻水循環(huán)好;起停爐快;水冷壁可使小管徑、薄管壁(壓力準(zhǔn)許),相對(duì)汽包容積減小,節(jié)省鋼材。缺點(diǎn):加裝循環(huán)泵,系統(tǒng)復(fù)雜,投資高,檢修困難。