一、 變電站綜合自動化的應用需求 　　隨著計算機技術和通信技術的發展，變電站綜合自動化水平不斷提高。大量智能設備的應用，在實現變電站無人值守或少人值守的同時，也對變電站的通信系統提出了更高的要求，尋求一種高速、實時、可靠的通信方式，已成為變電站綜合自動化系統發展的核心問題之一。 　　變電站綜合自動化系統從整體結構上分為三層：變電站層、通信層、間隔層。間隔層主要由保護單元、測控單元等組成，通信方式采用RS-485現場總線；通信層包括通信控制器、保護管理機以及規約轉換器等組成；變電站層包括本地后臺服務器，保護工程師站，五防系統等構成，通信采用100M工業以太網。一般來說，間隔層測控裝置將實時采集的各種測量數據發送到通信層，并由通信層向變電站層轉發，同時通信層也接受來自變電站層的各種操作數據對間隔層進行一定的控制?？梢?，通信層在整個系統的設計上擔負著承上啟下的關鍵作用，通信層設備是否穩定、高效會影響整個系統的可靠性。通信層的核心部件是通信控制器，通信控制器通過RS-485 網與各測控單元互聯，經以太網與主站層設備連接，保護管理機、智能裝置（小電流接地選線、直流屏）與通信控制器采用RS-422接口通信，各保護裝置、保護管理機和35kV間隔測控裝置采用RS485/422/232接口通信，與通信控制器通信。這樣的網絡結構（如下圖）使通信控制器有更多時間對信息作綜合處理，同時使系統的靈活性得以提高。 　　傳統的通信控制器一般采用IPC外接多串口卡的方式。通過在工控機 ISA/PCI槽上擴展插卡的使用方式，實現對各種串口設備的控制功能。該方式具有應用靈活、擴展性強、兼容性好等特點。但由于該方式的結構限制，存在系統復雜度高、故障點多、可靠性低、投資大、需要經常性維護、維護成本很高等系列缺陷。因此，業界已經開始在嘗試用新的產品去取代原來的IPC。 二、 嵌入式技術在電力綜合自動化領域中的應用 　　基于嵌入式技術的產品從內部的結構和外部結構的設計方面相對于工業PC來講，都進行了革命性的變革，克服了工業 PC 現有的這些缺點。固態電子盤（ SSD或CF ）取代了 PC 的硬盤，低功耗的RISC架構的 CPU 取消了風扇設計。所以，從內部結構上看，嵌入式控制器已經取消了 PC 的諸多不穩定因素；從系統擴展方式上看，嵌入式控制器也與傳統的 IPC 有很大差別。傳統的 IPC 擴展是“插卡式”，這種連接方式無法滿足工業現場的抗強震動和沖擊能力要求。而嵌入式計算機則是采用集成化的電路設計，直接將串口、網口、DI/DO等接口直接集成在嵌入式計算機上，大大提高了系統的穩定性。同時， Windows CE 、 Linux等嵌入式實時操作系統的應用，不僅滿足了工業控制的實時性，同時有力地保證了系統的穩定性，降低了系統的維護成本。 　　正因為嵌入式技術在電力特別是綜合自動化領域的應用前景和必然趨勢，越來越多的公司開始研發嵌入式的產品。其中包括一些原來IPC的廠商，但有些只是簡單地將原來的工控機體積縮小，并沒有改變里面的硬件和軟件的設計。MOXA作為一個在串口領域耕耘近二十余年的公司，在串口通訊方面積累了豐富的經驗。MOXA的串口卡、串口服務器在電力、交通、能源等基礎行業得到客戶的一致好評，目前已經取得亞洲第一世界第二的地位。MOXA通過其產品在各行各業的應用也對各行業的需求有了更深入的了解，特別是在電力的變電站綜合自動化領域，MOXA發現客戶在進行通信層的設計時需要一款既能夠實現串口轉以太網同時又具備前置機功能的產品。MOXA利用自己在串口通訊方面和底層軟件上的研發優勢，迅速地推出了集成了多個串口、網口等各種接口的嵌入式計算機EC。通過在EC里嵌入不同的應用程序，EC在電力應用上可以實現通信管理機、規約轉換器、保護管理機和電能量采集終端等功能。 三、 MOXA嵌入式計算機UC7400系列的應用實例 　　下面就以MOXA的一款嵌入式計算機UC-7420為例，詳細說明一下嵌入式計算機在變電站綜合自動化領域中的應用。基于RISC的UC-7420/741嵌入式計算機是嵌入式應用的理想選擇，該產品具備8個RS-232/422/485串口，2個10/100Mbps以太網口，一個用于無線通信的PCMCIA接口，以及用于擴展閃存空間的CF卡插槽和USB接口。UC-7420/7410采用Intel Xscale IXP-422 266Mhz RISC CPU。與采用CISC設計的X86 CPU不同的是，IXP-422的RISC架構設計和先進的半導體技術賦予了UC-7420強大的計算和通信能力，但發熱量卻很小。 內建32MB NOR FLASH ROM和128MB SDRAM 為您直接將應用軟件放在UC-7420/7410上提供了足夠的存儲空間。同時，建置在IXP-422 CPU的雙網口是安全的網絡應用方案的理想通信平臺。如果您所設計的方案需要將UC-7420安裝在無以太網連接的地方，您可以通過使用UC-7420的PCMCIA接口安裝無線網卡來實現網絡的連接。 　　預裝的Linux操作系統為您開發程序提供了一個開放平臺。通過使用GNU交叉編譯器，您可以將用于桌面型電腦的軟件輕松導入UC-7420，無需修改程序源代碼。UC-7420自帶了一些設備驅動，如：PCMCIA無線模塊，鍵盤，LCM和蜂鳴器控制器等。操作系統，設備驅動和您自己開發的應用程序均可以存放在UC-7420的Flash中。 　　UC-7420所具備的上述特性在電力行業獲得了很大的認可，因此在電力行業的各個領域都得到了廣泛的應用。由于該產品不僅提供了一個穩定、高效的工業級計算機硬件平臺，而且已經在其中嵌入了經過裁減的操作系統和包括串口驅動在內的底層軟件平臺，使得電力系統的開發工程師再也不需要從底層硬件做起。MOXA UC7420的出現使得做電力行業各種應用的工程師只需要集中精力完成有關業務應用的程序，大大節省了原來自己做硬件、自己裁減操作系統所花費的時間和精力，極大地提高了系統開發的效率。 　　為了協助MOXA嵌入式計算機在電力行業的推廣，MOXA和電力方面的軟件開發公司建立了很多合作關系。去年我們在全球開展了產業內的軟件合作伙伴計劃，在中國大陸地區主要針對電力市場與電力的軟件公司建立了緊密的合作關系。例如深圳先鋒電力，一家專門從事電力自動化和工業自動化的公司，利用自己在電力軟件系統上的開發經驗，基于MOXA的嵌入式計算機平臺，推出了針對變電站綜合自動化、電廠綜合自動化、綜合調度、規約轉換等多個系統。變電站的綜合自動化系統架構圖如下： 該系統非常易于擴展，它的規?？梢詮膯螜C系統，發展多機系統，以便最有效利用資源和提供重要應用功能的硬件備份。系統的設計采用合適的冗余配置和診斷至模件級的自診斷功能，具有高度的可靠性。系統內任一組件發生故障，均不會影響整個系統的工作。嵌入式計算機UC7400內置GE、SEL、SIEMENS、ABB、SEPAM、ALSTOM、AEC等國外品牌保護協議庫，還支持南瑞保護、許繼保護、五防系統、電度表、直流屏、智能儀表、PLC等協議庫。為了保證系統的安全性，事件報警、預告信號全部采用消息處理機制，大大提高告警的速度。整個系統的設計易于組態，易于使用，可裁剪，可移植。 　　發電廠的綜合自動化系統架構圖如下： 　　在專門針對電力的規約轉換方面，基于MOXA嵌入式計算機產品UC7400可以嵌入IEC102、IEC103、IEC1107、IEC61850、DLT645、SEL、LMD、MODBUS（主/從）、TCP MODBUS、非標MODBUS、IEC101（主/從）、IEC104（主/從）、新部頒CDT（主/從）、XT9702、DISA、SC1801、DNP3.0（主/從）、N4F、MB88、ABBR571、OPC Server/Client、電話撥號、GSM發送短信及工程定制的串口/USB/TCP/UDP協議等等。 四、 結語 　　MOXA嵌入式計算機系列產品在RISC架構平臺上集成了多串口、多網口、開關量輸入/輸出等數據通訊和工業控制接口，使用戶節省了購買各功能板卡的二次投資，同時通過多項特殊的設計，避免了傳統工控機存在的缺陷，使產品具有高性能、無風扇、免維護、高度靈活性、良好擴展性等特點，滿足各種工業現場特別是電力現場的使用需求。