本文簡要地介紹了現(xiàn)代工業(yè)技術對低壓配電系統(tǒng)的要求和智能化低壓配電系統(tǒng)的構成。分析了現(xiàn)場總線技術在智能化低壓配電系統(tǒng)中的應用。重點介紹了ABB公司智能化低壓電器系統(tǒng)的解決方案,包括ESD2000 變電站監(jiān)控系統(tǒng)和采用Lonworks現(xiàn)場總線的INSUM系統(tǒng)。

    1、概述

    現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展對低壓配電系統(tǒng)運行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微處理器技術的廣泛應用及計算機系統(tǒng)可靠性的大幅度提高，使智能化低壓電器元件得到快速發(fā)展，智能化低壓電氣管理系統(tǒng)應運而生。相對于6kV及以上中高壓系統(tǒng)的綜合保護及系統(tǒng)監(jiān)控（SCADA系統(tǒng)）的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應用，作為直接面向終端用戶的低壓開關設備，其智能化研究與應用起步較晚。現(xiàn)有不少應用于低壓的智能化監(jiān)控系統(tǒng)基本上是在SCADA系統(tǒng)基礎上進行修改，可以滿足基本的監(jiān)控功能，但不能充分體現(xiàn)低壓電氣系統(tǒng)的特點及要求。因此，開發(fā)并推出符合工業(yè)控制要求及具有高可靠性的智能化低壓電器及其管理系統(tǒng)，成了低壓電器產品制造商們持續(xù)提高其競爭力的迫切任務。

    智能化低壓配電系統(tǒng)由低壓開關設備具有通信功能的智能化元件經數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網絡連接，實現(xiàn)變電站低壓開關設備運行管理的自動化、智能化。系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據的實時采集、數(shù)字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設備維護信息管理等功能。針對低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設備多、分布廣，而且現(xiàn)場條件復雜，系統(tǒng)本身及設備頻繁操作、故障脫扣等產生的強電磁及諧波干擾等特點，智能化監(jiān)控系統(tǒng)應能實現(xiàn)面向對象的操作模式，具有強抗干擾能力，主要控制功能由設備層智能化元件完成，形成網絡集成式全分布控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)運行的實時、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為：電能質量監(jiān)測、開關保護與控制及電動機控制等。由于現(xiàn)場總線技術的應用，系統(tǒng)中智能化元件可不依賴計算機網絡而獨立運行，極大地提高系統(tǒng)運行的實時性和可靠性，滿足低壓電器設備運行管理的需要及工廠生產過程控制的要求。

    2、現(xiàn)場總線技術的應用

    現(xiàn)場總線是應用在生產現(xiàn)場、在微處理器測控設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字式多點通信的底層網絡。20世紀80年代中期，隨著微處理器技術和網絡技術的發(fā)展，DCS系統(tǒng)4～20ｍＡ的模擬量傳輸方式逐漸被數(shù)字網絡傳輸方式所取代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS），迅速發(fā)展并在自動化領域得到廣泛應用。

    FCS既是一個開放式通信網絡，又是一種全分布式控制系統(tǒng)。它作為智能設備的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網絡節(jié)點的智能設備連接為網絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本的控制、計算、參數(shù)設置、報警、顯示、監(jiān)控及系統(tǒng)管理等綜合自動化功能。在FCS中，各種部件用通信網絡連接起來，數(shù)據傳輸采用總線方式，系統(tǒng)信號的傳輸完全數(shù)字化。系統(tǒng)內不存在嚴格意義上的主控部件，資源共享，各智能化部件可以不依賴計算機而獨立運行。

    FCS完全淘汰了4～20ｍＡ的模擬量傳輸方式，減少了大量的現(xiàn)場敷線；FCS的控制調節(jié)過程在現(xiàn)場部件，有效地提高了系統(tǒng)控制的實時性和可靠性，并避免了系統(tǒng)因主機故障而陷入癱瘓。

    ISO國際標準化組織在ISO IEC7498標準中的OSI參考模型定義了網絡互聯(lián)的7層框架，詳細規(guī)定了每一層的功能，以實現(xiàn)開放性系統(tǒng)環(huán)境中的互聯(lián)性、互操作性與應用的可移植性。

    考慮到工業(yè)生產現(xiàn)場大量的智能化裝置零散地分布在一個較大的范圍內，而單個節(jié)點面向控制的信息量不大，但實時性、快速性要求較高，為減少中間環(huán)節(jié)，滿足實時性要求及降低工業(yè)網絡的成本，現(xiàn)場總線采用的通信模型大都在OSI參考模型的基礎上進行了不同程度的簡化。它采用OSI模型中的3個典型層：物理層、數(shù)據鏈路層和應用層，省去了3～6層，具有結構簡單、執(zhí)行協(xié)作簡單、成本低等優(yōu)點，同時滿足工業(yè)現(xiàn)場應用的性能要求（如圖1所示）。通過一致性與互操作性測試，滿足現(xiàn)場總線技術要求的不同制造商的產品即可實現(xiàn)在同一總線上的互聯(lián)，為用戶的系統(tǒng)集成帶來極大的好處。