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电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。
二、系统结构
目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构：
（一）分布式系统结构
按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
（二）集中式系统结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：
前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能。
软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。
（三）分层分布式结构
按变电站的控制层次和对象设置全站控制级——变电站层(站级测控单元)和就地单元控制级——间隔层(间隔单元）的二层式分布控制系统结构。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：
可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将“危险”分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。
可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。
三、常见通讯方式
目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网出现之前，无论RS-232C、EIA-422/485都无法避免通信系统繁琐、通讯速度缓慢的缺陷。现场总线的应用部分地缓解了便电站自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网的应用，使通讯问题迎刃而解。常见的通讯方式有：
双以太网、双监控机模式，主要是用于220-500kV变，在实现上可以是双控机+双服务器方式，支撑光/电以太网；单以太网，双/单监控机模式；双LON网，双监控机模式；单LON网，双/单监控机模式。
四、变电站自动化系统应能实现的功能
微机保护：是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能：故障记录；存储多套定值；显示和当地修改定值；与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
数据采集及处理功能：包括状态数据，模拟数据和脉冲数据
状态量采集。状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。
模拟量采集。常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。
事件记录和故障录波测距。事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。
变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
控制和操作功能。操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
防误闭锁功能。系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。
数据处理和记录。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：
断路器动作次数；断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数；输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间；独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间；控制操作及修改整定值的记录。
根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
人机联系系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能，自诊、断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。
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目前，档案信息自动化系统的现状是档案标准化、规范化滞后和应用软件多乱，这些都严重影响了系统整体水平的提高。目前系统的主要矛盾不是硬件设备的缺乏，而是硬件的功能并没有充分发挥。笔者认为对这一问题取得共识是系统建设思想上的一次飞跃，它使我们的观察视野从计算机系统扩大到整个档案信息管理。这一认识上的转变给我们的启示是：档案信息自动化的内涵包括档案工作的各个方面和各个环节，其中首要的是档案业务要规范，档案标准要建立健全和真正实施。档案标准和规范本身也是一个系统工程，要推进档案自动化建设，必须抓好档案标准化、规范化，掌握好两者相辅相成、互相促进的辩证关系。
二、自动化建设要着眼于提高系统的整体水平
根据系统论思想和集成化要求，档案信息自动化建设的着眼点应是整个系统，组成系统的纵向和横向的各个节点都应达到一定水平，并通过网络加以联通，这样才能发挥整体优势，提高系统的综合能力。部分节点甚至一个重要节点的障碍，都可能造成系统的梗阻。当然，要求每个节点的装备水平和应用能力齐头并进是不现实的，不可能“齐步走”。鼓励和支持先进单位提高水平，在一些单位进行较高水平的试点，以取得值得推广的经验，对整个系统是有利的，但其基本出发点应是为了提高系统的整体水平，只有少数先进的节点不可能组成先进的系统。
三、有重点地抓好数据库建设
目前档案信息自动化系统从总体上看仍处于由文件处理向信息管理系统的过渡阶段，完成这一步的关键在于数据库建设。开发和建设数据库系统是国家档案信息工程的核心和基础，是工程的主体。数据库的含义是依托先进的信息技术对资料进行科学的管理和方便的使用。建立数据库系统是一项长期的任务，要经过由低到高、由单个到群体的循序渐进过程。经过试点，数据库经验中最主要的有：领导重视，统一认识，坚持计算机技术人员同档案业务人员协同配合；面向应用，建立“活库”，以利用频率和使用效率考核数据库的“活性”；突出重点，由单一库向系统库发展等。当前若能把综合数据库的完善提高和各单位档案目录库建立起来，通过网络联接形成开放的分步式数据库群，将使自动化系统效率大大提高一步。
四、慎重选定技术路线
信息技术的飞速发展成为当代技术革命的主要特征。目前，对我国档案信息自动化工程影响最大的技术是微机工作站、服务器性能的提高，网络技术的成熟及数据库技术和应用软件开发工具的发展。网络技术的发展促使局域网、广域网以及信息高速公路的建设和开通。在信息技术发展日新月异的条件下，选择档案信息自动化系统的技术路线是十分重要的，应当推行适应的先进技术，使经济效益的合理性和技术的先进性相统一，技术路线的选择要符合我们的实际。档案部门对先进技术的潜在需求很大，但现实的需求又往往跟不上，宏观监测需要的信息量和使用频率同微观经济需求有很大差别，因此不断发生买了设备不能充分利用，建了网络而传输量很少的情况。要实事求是地分析现状，充分考虑先进技术的发展，再进行每一项具体的决策。
五、实事求是地改进管理体制
集中统一是管理任何社会化大生产所必需的方式，信息自动化这一高新技术系统也不例外。人机结合是自动化系统的建设方针，其含义为档案业务人员直接使用微机开展工作，这亦是研究自动化系统管理时必须考虑的原则之一。档案信息自动化系统的管理体制，要能使高度集中管理和方便使用相结合。目前我国档案信息自动化系统的管理体制，同时存在集中统一管理不力和使用不方便的问题，主要方面是集中统一管理不力，这同我国档案工作是在各专业基础上发展起来的和系统建设从“微机起步”有关。应下决心解决分散现象，从管理制度上保证业务技术规范、标准，硬软件的选用，上下各个层次和各专业办公自动化等都应纳入统一的档案信息自动化系统管理之中，实行集中统一管理，不能各行其是自建系统，造成信息分割和资源浪费。也要下决心解决方便使用的问题，如长期将档案部门的“硬任务”集中于一个部门，在档案部门这一信息系统之内再组建一个“档案信息系统”，就很难提高档案工作整体水平。建立集中统一管理下的分散式系统，是较理想的模式，但这种高技术结构，必须有较强的管理能力和技术能力，不具备这些条件，从集中向分散过渡，反倒有可能退回到分散式。
六、充分发挥系统建设资金的使用效益
档案自动化系统建设是档案部门投资最大的项目，在资金筹集和管理使用方面，较好的做法是多渠道筹措资金，实行中央拨款、地方拨款、单位自筹和争取外援相结合，资金使用上做到按项目管理，进行项目论证并跟踪考核。目前存在的主要问题之一是没有在国家和地方财政长期建设发展计划中立项，档案信息自动化项目资金大多通过领导特批解决，为此耗费了各级档案部门领导很大精力。“九五”建设规划被国家经济信息化联席会议作为国家经济信息化优先发展的重要工作之一，定名为“金信工程”，为档案信息自动化系统列入国民经济和社会发展计划打下了良好基础，但要落到实处，还有许多工作要做，各地也应及早积极争取。存在的问题之二是在资金管理上不够科学合理，有分散和浪费现象。如有的项目因各种原因不能充分发挥应有作用，这都有待于今后注意改进。
七、重视人才管理
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配网自动化通信系统在实际建设的过程中，应注意通信系统的可行性、拓展性以及先进性，同时也需要结合实际情况，采取一些较为灵活的手段来进行建设，保证它的功效性。具体可有如下几点：
2.1整体规划、循序渐进。对整个配电网自动化通信系统做出整体规划，按照地区、电压等级等逐步推进，最终实现全面覆盖，实施过程中注意与远期工程的衔接、及采购设备时做到不同厂家间设备的兼容性。
2.2重点突出、经济建设。根据实际情况及重要程度，选取已有设备条件及通信网络现状比较好区域，按照“遥信、遥测、遥控”三遥功能建设。依此类推，把整个配电网自动化系统建设成为一个真正实用，避免重复建设的功能性系统。
2.3因地制宜、灵活选择各种通信手段。下面介绍几种通信方式。
2.3.1无线通信，需要租用网络运营商的无线网络，将站端采集到的数据传至网络运营商的后台系统，再通过专线和配网自动化系统进行互联，实现业务接入。这种通信方式具有投资少、见效快等优点，但是无线通信往往受天气、地形等的影响，信号不稳定、安全性差，所以适用于“遥信、遥测”功能的使用。
2.3.2电力线载波通信是在站端将原始信息调制为高频信号，并通过耦合器耦合至输电线路，利用输电线路作为传输媒介传送到接收端，接收端通过耦合器将载波从强电电流中分离出来，然后解调出原始信息并传送到接收端。该通信方式带宽有限，基本上可以满足“遥信、遥测”、或者仅是“遥信”功能的使用。
2.3.3光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的通信方式。它具有传输速度快、可靠性高、组网方式灵活等优点，但是成本较高。该通信方式可以满足“遥信、遥测、遥控”功能。在通信系统的建设过程中，应当根据当地的具体环境选择不同的通信方式相结合的手段。应首选光纤通信，如在主干通道、主站间、主站与配电终端间，无法铺设光纤的地方及配电终端之间可以灵活选择电力线载波和无线通信方式。
3、配网自动化通信系统的规划
通信系统在整个电力系统的运行过程中占据着极其重要的地位，它是主站系统与配网终端设备联接的纽带，主站与终端设备间的信息交互都是通过通信系统完成，因此必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配网自动化的功能。由于整个电网的一次设备多数已经建成，因此在通信系统规划过程中，应该通过重点建设配网终端设备的通信功能。配网终端设备主要功能有以下几点：①配网馈线运行状态监测；②馈线开关远方控制操作；③馈线过负荷时系统切换并重新优化配置（网络重构）；④监测并进行故障识别、隔离、恢复供电。为实现配网终端设备的功能，它们与主站及彼此之间的通信必不可少。最终它们需要将采集到的各种信息，通过通信网络实时传至主站端，为调度运行工作人员正确做出各项指令提供可靠依据。由此可见，配网终端设备的通信功能是实现配网自动化的基础，在实际的工作过程中发挥着举足轻重的作用，重点建设终端设备的通信功能是明智的。
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1.2符合电力体制改革的要求
就目前而言，随着我国电力体制的改革，逐渐将实现“厂网分开，竞价上网”，传统的人工操作控制很难满足市场经济竞争的需求，而自动化系统凭借着自身优越的科学技术，及时的了解电网行情，并及时的参与竞价，最终实现电网的供电，其带来的社会效益以及经济效益是不可估量的[3]。
2水电站自动化系统的优化设计
一般来说，水电站自动化系统主要有计算机监控系统、工业电视监控系统、消防监控系统、基础自动化元件及自动装置以及水文自动测报系统五个子系统。
2.1计算机监控系统
所谓的计算监控系统主要是综合自动化系统的核心部分和基础部分，一般来说，计算机监控系统主要有三种模式，一方面计算机监控系统其主体部分则是常规控制，而辅助部分则是计算机；一方面计算机监控系统的主体部分则是计算机，而辅助部分则是常规控制设备；另一方面主要表现为无常规控制设备的全自动化的计算机监控系统。计算机监控系统模式的选择主要依据于水电站的实际具体情况，就其实质性而言，新建的水电站主要是以全自动化的计算机监控系统为主。但是在对相对老旧水电站进行改造的过程中，常有机的结合计算机和常规控制设备，进而实现水电站计算机的监控。计算机监控系统最主要的功能主要表现在遥测、遥控、通信以及遥调四个功能，常用于语音、可视化以及视像功能的设备。
2.2工业电视监视系统
所谓的工业电视监视系统主要是实现现代化管理和监视的基本手段，能够及时并真实的对被监控对象的具体信息得以反应，尤其是水电站自动化系统中的工业电视监视系统，其监控人员仅仅通过电视监视，及时的对水电站的各个情况进行充分的掌握，保障了水电站安全有效的运行。同时，工业电视监视系统和计算机监视系统相对来说是独立存在的，而工业电视监视系统主要是对各个子系统进行综合处理，进而传送到水电站的主控室。但是计算机监控系统主要是对各个子系统的一种监视。一般而言，工业电视监视系统有着相对较好的传输速率。要想从根本上保证水电站更加安全有效的运行，就要将计算机监控系统和工业电视监视系统独立工作，尽可能的先实施计算机监控系统，后实施工业电视监视系统。
2.3消防监控系统
所谓的消防监控系统主要是对水电站进行的火情监测，常设置在水电站的主厂房、副厂房以及主变区等设备的重要部位。消防监控系统对火情探测器的采用，当有火情出现的时候，探测器就会发出一种信号，其信号经过一定的信息处理，进而产生一定的报警，并将处理的信息通过串行通信接口的连接，与水电站计算机监视系统有机的相结合，对火灾的具置进行展示，并对火灾处理措施有一定的提示，这种异步通信的方式对于火情的及时发现和及时解决，有一定的积极影响作用[4]。总之，水电站消防监控系统不仅仅起到一定的监控，同时在一定程度上也真正意义上实现了水电站的通风以及水喷雾灭火系统的控制。
2.4基础自动化元件及自动装置
所谓的自动装置主要是能够独立发挥水电站相应设备的自动控制以及自动调节，自动装置主要是独立于计算机监控系统的一种装置，就水电站综合自动化系统而言，要想从根本上提高经济效益，就要保证水电站自动控制设备有着快速性、安全性、稳定性以及可靠性，并从根本上与计算机监控设备合理的进行配套。所谓的基础自动化主要是对水电站主设备和辅设备运行工况进行的监视，对水电站机组以及辅助设备的自动化控制系统有着直接性的保护性能。
2.5水文自动测报系统
所谓的水文自动测报系统，主要是对水电站水情、汛情情况的监控，从根本上对水情及时、准确搜集，进而对水情做出及时的预报。水文自动测报系统主要有水文自动测报基本系统以及水文自动测报网两种系统。超短波通信、短波通信以及卫星通信为水文自动测报系统最基本的通信方式。
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本次设计以水泥工艺生产中的自动化控制系统作为研究对象，该现场单元使用了相对领先的DCS控制系统，以对现场设备和数据实行监视管理作为主要功能。具体而言：在该控制系统的中控室部分，由工程师站、操作员站硬件以及相关软件组成。电子控制控制柜内部包括模拟量隔离器、各种卡件、起始量的输出、输入继电器、各种信号处理设备等。集散型计算机控制系统（DCS）是由通讯总线、控制单元、隔离设备以及通讯模块等组成。该厂设备中存在一个中央控制室（CCS），收集石灰石破碎、熟料烧结、水泥包装、生料调配及运输等生产过程中的数据，对参数的设定进行控制，并对物理设备的运行和系统回路进行自动控制。在中央控制室内，相关人员都能够车间工艺参数实施操作和管理。中央控制室内部还包括工程师站、操作员站、报警打印机以及报告打印机等部分。其中，工程师站主要任务是对逻辑程序进行修改，完成系统实时监视控制以及维护的需要。通讯网络是为了保证系统运转安全，尤其是信号传输的可靠，通讯介质一般以光纤为主。在现场控制站（FCS）方面：依据生产实践的情况，该控制区域可以划分为六个现场控制站，分别是原料粉磨站、石灰石破碎远程站、烧成窑头控制站，窑尾控制站，水泥粉磨站、水泥包装控制站等。在现场控制站中，一般在低压配电室内安装各个自动控制模块，这样有助于DCS控制系统的统一性和完整性。
3程序逻辑控制的实现
3.1功能说明（1）在对机组电机的开启顺序设定上主要根据机组的步状态字，保证电机在启动功能上符合设定的时间间隔。依据机组状态字上的命名规定，能够比较容易的借助机组号来匹配到对应的步状态字，还能够运用步状态字来对应的机组号进行查询。（2）在电机控制功能模块对内部逻辑完成相应的执行后，可以在DR管脚上输出相应的运算结果，而且能够直接停止控制电机。（3）依据经验，电机开启时间通常不会超过1秒，这个启动时间比较符合于大部分电机。对于部分对启动时间延迟具有较长要求的电机，在启动时可以借助于延迟程序。（4）在电机联锁上，该电子控制系统存在三种联锁信号：分别是设备联锁、启动联锁以及运行联锁。用“1”来表示连锁满足的含义，也就设计可以启动；“0”则意味着不满足，也即不可以启动。对于启动联锁，通常大型设备都只会输出一个允许启动的指令，把信号接入到功能模块。在运行连锁上，依据工艺程序，该设备前的全部主要设备都可以常规启动，那么该设备才可以获得启动指令。（5）电机控制字。可以把每一个控制位共同组合为一个字节，直接传输给功能模块，从而更加高效、快捷。电机状态字在编号上依据同一个规则进行统一编排。（6）电机的下位调试。通常该电子控制系统内，下位调试就是对STEP7编程进行直接调试。
3.2计算机监控组件实现在整个电子控制系统内，逻辑程序控制系统独立于计算机监控组件，二者作为各自自主运行的控制单元。不过，由于二者都应用SIMATIC的通讯协议与总线网络后，这两个控制单元了一定的整体性。工业以太网为主的通讯中介不仅可以服务于控制站与控制站间的通信，还可以作为操作站与控制站之间的稳定介质，有助于以上不但站点之间数据的及时传输。在控制站点和现场模块间，该系统主要借助于分布式IO来完成通讯需要，借助于稳定安全的通讯总线能够把现场信号及时发送给相应的控制单元。对于该DCS的控制核大脑，主要包括了计算机监控组件、网络通讯系统以及逻辑程序控制系统等三个构成部分。这意味着现场必须配备有必有的计算机监控设备，在此基础上DCS控制系统可以高效、及时、精确地完成自动化生产线的控制任务。
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一、模糊控制
模糊方法使控制十分简单而易于掌握，所以在家用电器中也显示出优越性。建立模型来实现控制是现代比较先进的方法，但建立常规的数学模型，有时十分困难，而建立模糊关系模型十分简易，实践证明它有巨大的优越性。模糊控制理论的应用非常广泛。例如我们日常所用的电热炉、电风扇等电器。这里介绍斯洛文尼亚学者用模糊逻辑控制器改进常规恒温器的例子。电热炉一般用恒温器（thermostat）来保持几挡温度，以供烹饪者选用，如60，80，100，140℃。斯洛文尼亚现有的恒温器在100℃以下的灵敏度为±7℃，即控制器对±7℃以内的温度变化不反应；在100℃以上，灵敏度为±15℃。因此在实际应用中，有两个问题：①冷态启动时有一个越过恒温值的跃升现象；②在恒温应用中有围绕恒温摆动振荡的问题。改用模糊控制器后，这些现象基本上都没有了。模糊控制的方法很简单，输入量为温度及温度变化两个语言变量。每个语言的论域用5组语言变量互相跨接来描述。因此输出量可以用一张二维的查询表来表示，即5×5=25条规则，每条规则为一个输出量，即控制量。应用这样一个简单的模糊控制器后，冷态加热时跃升超过恒温值的现象消失了，热态中围绕恒温值的摆动也没有了，还得到了节电的效果。在热态控制保持100℃的情况下，33min内，若用恒温器则耗电0.1530kW·h，若用模糊逻辑控制，则耗电0.1285kW·h，节电约16.3%，是一个不小的数目。在冷态加热情况下，若用恒温器加热，则能很快到达100℃，只耗电0.2144kW·h，若用模糊逻辑控制，达到100℃时需耗电0.2425kW·h。但恒温器振荡稳定到100℃的过程，耗电0.1719kW·h，而模糊逻辑控制略有微小的摆动，达到稳定值只耗电0.083kW·h。总计达100℃恒温的耗电量，恒温器需用0.3863kW·h，模糊逻辑控制需用0.3555kW·h，节电约15.7%。
二、神经网络控制
人工神经网络从1943年出现，经历了六、七十年代的研究低潮发展到现在，在模型结构、学习算法等方面取得了大量的研究成果。神经网络之所以受到人们的普遍关注，是由于它具有本质的非线性特性、并行处理能力、强鲁棒性以及自组织自学习的能力。神经网络是由大量简单的神经元以一定的方式连接而成的。神经网络将大量的信息隐含在其连接权值上，根据一定的学习算法调节权值，使神经网络实现从m维空间到n维空间复杂的非线性映射。目前神经网络理论研究主要集中在神经网络模型及结构的研究、神经网络学习算法的研究、神经网络的硬件实现问题等。
三、专家系统控制
专家系统在电力系统中的应用范围很广，包括对电力系统处于警告状态或紧急状态的辨识，提供紧急处理，系统恢复控制，非常慢的状态转换分析，切负荷，系统规划，电压无功控制，故障点的隔离，配电系统自动化，调度员培训，电力系统的短期负荷预报，静态与动态安全分析，以及先进的人机接口等方面。虽然专家系统在电力系统中得到了广泛的应用，但仍存在一定的局限性，如难以模仿电力专家的创造性；只采用了浅层知识而缺乏功能理解的深层适应；缺乏有效的学习机构，对付新情况的能力有限；知识库的验证困难；对复杂的问题缺少好的分析和组织工具等。因此，在开发专家系统方面应注意专家系统的代价/效益分析方法问题，专家系统软件的有效性和试验问题，知识获取问题，专家系统与其他常规计算工具相结合等问题。
四、线性最优控制
最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分，也是将最优化理论用于控制问题的一种体现。线性最优控制是目前诸多现代控制理论中应用最多，最成熟的一个分支。卢强等人提出了利用最优励磁控制手段提高远距离输电线路输电能力和改善动态品质的问题，取得了一系列重要的研究成果。该研究指出了在大型机组方面应直接利用最优励磁控制方式代替古典励磁方式。目前最优励磁控制的控制效果。另外，最优控制理论在水轮发电机制动电阻的最优时间控制方面也获得了成功的应用。电力系统线性最优控制器目前已在电力生产中获得了广泛的应用，发挥着重要的作用。但应当指出，由于这种控制器是针对电力系统的局部线性化模型来设计的，在强非线性的电力系统中对大干扰的控制效果不理想。
五、综合智能系统
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电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。
二、系统结构
目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构：
1．分布式系统结构
按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
2．集中式系统结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：
（1）前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能。
（2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
（3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。
3．分层分布式结构
按变电站的控制层次和对象设置全站控制级——变电站层(站级测控单元)和就地单元控制级——间隔层(间隔单元）的二层式分布控制系统结构。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：
（1）可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将“危险”分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。
（2）可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。
（3）站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。
三、常见通讯方式
目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网出现之前，无论RS-232C、EIA-422/485都无法避免通信系统繁琐、通讯速度缓慢的缺陷。现场总线的应用部分地缓解了便电站自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网的应用，使通讯问题迎刃而解。常见的通讯方式有：
1）双以太网、双监控机模式，主要是用于220-500kV变，在实现上可以是双控机+双服务器方式，支撑光/电以太网。
2）单以太网，双/单监控机模式。
3）双LON网，双监控机模式。
4）单LON网，双/单监控机模式。
四、变电站自动化系统应能实现的功能
1.微机保护：是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能：1）故障记录
2）存储多套定值
3）显示和当地修改定值
4）与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
2.数据采集及处理功能
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据
1）状态量采集
状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。
2）模拟量采集
常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。
3.事件记录和故障录波测距
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。
变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
4.控制和操作功能
操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
5.防误闭锁功能
6.系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。
7.数据处理和记录
历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：
1）断路器动作次数；
2）断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数；
3）输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间；
4）独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间；
5）控制操作及修改整定值的记录。
根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
8.人机联系系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，自诊、断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。
9.本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。还应具有同调度中心对时，统一时钟的功能和当地运行维护功能。
五、结语
通过以上分析，可以看到变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。■
（由咸阳供电局亨通电建公司供稿）
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2.1集中式系统结构集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。
2.2分布式系统结构按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。
其结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
2.3分散（层）分布式结构分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；③系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构的特点是功能分散，管理集中。
分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布，如文献[2]所示的系统；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。
3变电站综合自动化系统应能实现的功能
3.1微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护实现故障记录、存储多套定值、适合当地修改定值等功能。
3.2数据采集①状态量采集：状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。保护动作信号则采用串行口（RS-232或RS485）或计算机局域网通过通信方式获得。②模拟量采集：常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压，线路电压，电流和功率值。馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。③脉冲量：脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。
3.3事件记录和故障录波测距事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。其SOE分辨率一般在1~10ms之间，以满足不同电压等级对SOE的要求。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
3.4控制和操作闭锁操作人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容：①电脑五防及闭锁系统②根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能。③操作出口应具有同时操作闭锁功能。④操作出口应具有跳合闭锁功能。
3.5同期检测和同期合闸该功能可以分为手动和自动两种方式实现。可选择独立的同期设备实现，也可以由微机保护软件模块实现。
3.6电压和无功的就地控制无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动，人工操作可就地控制或远方控制。
无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置测量的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。
3.7数据处理和记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：①断路器动作次数②断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数③输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间。④独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间⑤控制操作及修改整定值的记录，根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
3.8系统的自诊断功能：系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。
3.9与远方控制中心的通信本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及IEC标准。
3.10防火、保安系统。从设计原则而言，无人值班变电站应具有防火、保安措施。
4变电站综合自动化系统的现状及发展
变电站综合自动化在一些新建变电站的运行中表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠，经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价。
5结束语
通过以上分析，可以看到变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。
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楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuildingAutomationSystem简称BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。
2楼宇自动化系统的组成与基本功能
建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统，如图所示。一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。
建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：
(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。
(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。
(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。
(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。
(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。
(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。
(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。
3楼宇自动化控制系统的原理
楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributedcontrolsystems简称DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。
以下介绍与分布控制系统相关的几个概念。
3.l直接数字控制系统(DDC)
直接数字控制系统(DirectDigitalControl简称DDC)如图2所示。计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过程。因此DDC系统是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。
DDC系统中的计算机直接承担控制任务，因而要求实时性好、可靠性高和适应性强。
3．1．1直接数字控制系统的组成
直接数字控制系统主要由过程输入通道、过程控制计算机、过程输出通道三部分组成。
过程输入通道由模拟量输入和数字量输入两部分组成。模拟量输入通道由变送器、采样开关、放大器、A／D转换器和接口电路组成。其中变送器的作用是将非电量信号变换成标准电信号，可将温度、压力、流量变换成0-10mA或4-20mA的直流电信号，它是通过A／D转换器来实现的。—数字量输入通道由开关触点、光电耦合器和接口电路组成，反映生产过程的通／断状态的触点信号，经过光电耦合器和接口电路变换成数字信号送给计算机。
过程控制计算机直接承担运算和控制任务，首先通过过程输入通道采集被控对象的各种参数信号，再根据预定的控制规律(如PID)进行运算，然后向被控对象发出控制信号，再通过输出通道直接控制调节阀等执行机构。
过程输出通道由模拟量输出和数字量输出两部分组成。前者把计算机输出的数字控制信号转换成模拟电压或电流信号，再经过放大器去驱动调节阀等执行器实现对生产过程的控制。这一部分由接口电路、D／A转换器，放大器和执行器组成。后者把计算机输出的开关信号，经放大器去驱动电磁阀和继电器执行器，它由接口电器、光电耦合器、放大器和执行器组成。
3．1．2直接数字控制系统的基本算法
按照偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种基本规律，将PID控制规律离散化并在计算机上实现，可以方便地利用已积累的成熟技术，而且可以在被控对象的数学模型或参数不很清楚的情况下，经过在线整定达到满意的效果。因此，将模拟调节规律离散化的数字PID算法，已被工业过程计算机控制系统普遍采用，成为DDC系统的基本算法。
数字PID控制算法，模拟量调节器的理想PID算式为
式中e(t)——偏差(设定值与实际输出值之差)
u(t)——控制量
Kp——比例放大系数
Ti一积分时间常数
Td——微分时间常数
写成传递函数形式
为了能在计算机上实现，必须将连续形式的微分方程化为离散形式的差分方程。设了为采样周期(与系统时间常数相比，T足够小)，k为采样序号(k=0，1，2，……)，可用矩形法计算而积以差分代替微分
式中e(k)——第k次采样所得偏差值
e(k-1)——第(k-1)次采样所得偏差值
u(k)——第k时刻的控制量
上式中的采样周期T越小(与系统时间常数比较而言)，则被控过程与连续控制过程越接近，又称为“准连续控制”。
3．2分布式控制系统的体系结构
分布式控制系统(DistributedControlSystems简称DCS)20世纪于70年代中期出现并迅速发展起来，它将计算机技术、控制技术、图形显示技术和通信技术汇集于一体，可对分散在现场的设备进行控制，又可方便地集中管理、操作，与以往的控制系统相比，既避免了单台计算机集中控制的不足，又克服了常规仪表人机交互困难的缺点。
分布式控制系统的多台微型计算机取代了集中控制系统的单台计算机，从体系结构上分散了危险性，提高了可靠性。其基本结构功能如图3所示，图中现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机和管理计算机通过数据通信网络被有机地结合起来，组成分级分布控制系统。
3．2．1分布式控制系统的数据通信网络
数据通信网络是分布式控制系统的支柱。整个分布式控制系统的结构，实质上是一个网络结构，现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机等都是这个网络上的“节点”，都含有CPU和网络接口，它们都有自己特定的网络地址(节点号)，可以通过网络发送和接收数据，网络中的各节点处于平等地位，既能共享资源，又不相互依赖，形成既有统一指挥，又使危险分散的功能结构，网络的架构区具有极大的伸缩性，可扩性很强，可以满足分布式控制系统扩充与升级的需要，十分灵活、方便。
(1)控制网络特点分布式控制系统的通信网络不同于通用计算机网络，与一般的通信网络比较，它有如下特殊要求：①有高可靠性和安全性，要求传递的信息绝对准确、可靠，为此常采用冗余技术、后备措施和自诊断功能。如：控制站采用双CPU板，双I／0板等。②具有良好的实时性。③对环境适应性强。
(2)网络拓扑结构建筑设备自动化系统常用的有总线网和环网，在两种结构中任意两节点通信可直接通过网络进行，各节点处于平等地位。
(3)网络通信协议组成建筑设备自动化系统，必须有一种大家都能接受并且共同遵守的工作语言来实现相互之间的对话，这就是数据通信协议标准。
用于建筑自动化控制网络的BACnet协议由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成，或相当于开放系统互联参考模型(OSI)的第一、二、三、七层协议
其中：ARCnet为令牌总线网，数据传输速率为2．5-20bit／s，有良好的实时性。MS／TP是一种主／从令牌传递数据链路层技术，允许使用EIA-485硬件。BACnet实现了不同生产厂家自控系统之间进行通信的技术，即从一个“岛”到另一个“岛”之间进行相互联系的技术。
3．2．2现场总线技术的应用——分布式控制系统的进一步分散化
(1)现场总线概况现场总线(Fieldbus)是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。不同的现场总线遵循的协议不同，接口标准不同，各具特色。现场总线技术具有如下一些特点：①以数字信号取代4-20mA的模拟信号，极大地提高了信号转换的精度和可靠性，因此现场总线具有很高的性能价格比。②现场总线把处于设备现场的智能仪表(智能传感器、智能执行器)连成网络，使控制、报警、趋势分析等功能分散到现场仪表，使控制结构进一步分散化，导致控制系统体系结构的变化。③符合同一现场总线标准的不同厂家的仪表、装置可以联网，实现互操作，不同标准通过网关或路由器也可互联，现场总线控制系统是一个开放式系统。
(2)LonWorks技术
LonWorks是一种完全分布式控制的局部操作网(LocalOperatingNetwork—LON)技术。LonWorks网络节点由神经元芯片、收发器、固件和I／O接口电路组成。神经元芯片(Neuronchip)是这种智能节点的核心，它由媒体访问控制处理器、网络处理器和应用处理器组成，这就使得节点既能管理网络通信，又具有控制功能。Neuron芯片方块图。
芯片附有固件，该固件实现LonTalk通信协议和所有的任务调度。LonTalk协议遵循世界标准组织ISO提出的开放式互联参考模型OSI，具有完整的7层协议，管理网络节点的通信，分配节点地址，运行内含的冲突／检测回避算法，控制物理／电气的连接等。
Neuron芯片除了具有控制功能外，还带有媒体访问控制处理器和网络处理器，LonTalk协议固化在芯片的ROM中，使得LonWorks的微型节点无需中心结构的完全分布式控制模式，将控制功能分散到了现场级仪表。
LonWorks网络，可以采用多种通信媒体，如双绞线、电力线、同轴电缆、光缆、无线电、红外线，并且提供与上述多种媒体相适应的收发器，这使得同一网络中的信号可以在不同的媒体之间传输，因而可以根据需要组网，不同媒体之间以路由器进行连接。
LonMark是为了避免众多制造商以不同的含义来解释LonWorks技术，保证不同的产品能够方便地集成一起，以便构成一个真正开放的系统，而制定的一个行业标准。
(3)分布式控制系统的进一步分散化
传统的分布式控制系统在现场控制站这一级依然是一个集中式结构，而现在的分布式控制系统是在原有分布式控制系统的基础上，采用LonWorks现场总线的建筑设备自动化系统发展起来的新系统,标准LAN为原有的分布式控制系统，使用BACnet协议，以利于实现多种供应商的不同类型的子系统之间的通信信息交换，把具有控制功能的各个岛连成一个整体。新增的LonWorks现场总线使用LonTalk协议，把控制功能进一步分散到现场级仪表，标准LAN与现场总线之间的路由器相联。这样BACnet和LonMark两项标准互相补充，互为依托，构成一个完全分散的、真正开放的建筑设备自动化系统。
4楼宇自动化系统设备的发展历史及相关产品简介
楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品：
第一代：CCMS中央监控系统(20世纪70年代产品)
BAS从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和CRT构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站DGP(连接着传感器和执行器等设备)通过总线与中央站连接在一起组成中央监控型自动化系统。DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。一台中央计算机操纵着整个系统的工作。中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。
第二代：DCS集散控制系统(20世纪80年代产品)
随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP分站安装了CPU，发展成直接数字控制器DDC。配有微处理机芯片的DDC分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。BAS由4级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。集散系统的主要特点是只有中央站和分站两类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。
第三代：开放式集散系统(20世纪90年代产品)
随着现场总线技术的发展，DDC分站连接传感器、执行器的输人输出模块，应用LON现场总线，从分内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于LonWorks技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。BAS控制网络就形成了3层结构，分别是管理层(中央站)、自动化层(DDC分站)和现场网络层(LON)。
第四代：网络集成系统(21世纪产品)
随着企业网Intranet建立，建筑设备自动化系统必然采用Web技术，并力求在企业网中占据重要位置，BAS中央站嵌入Web服务器，融合Web功能，以网页形式为工作模式，使BAS与Intranet成为一体系统。
网络集成系统(EDI)是采用Web技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。
EBI系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层。EBI系统完成了管理系统和控制系统的一体化。网络集成系统结构图如图7所示。
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1.1玻璃温室大棚自动化控制系统设计系统材料和结构
玻璃温室是以透明玻璃为覆盖材料的温室，透光率一般为60%一70%。温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材，肩高约8ma大棚管理系统采用JPK-013型自动化控制系统。开启电脑，输入用户名及密码，在桌面点击海峡农业示范园控制系统图标，点击特殊菜单，点击登录“开”，弹出对话框，再次输人另外一个用户名及密码，就可进行参数操作设计。设计结束后，下拉特殊菜单，点击退出“关”。把目标温度设计为300C，降温需求百分比为10%。
1.2系统功能及操作设计方案
1.2.1夏、秋季的操作设计方案根据南方夏、秋季需要降温的要求设计操作方案。
1.2.2冬、春季的操作设计方案根据南方冬、春季的气候特点设计保温操作方案。
2玻璃温室大棚自动化控制系统设计管理要点
2.1水肥机一体化系统管理
水肥机由以色列Galcon公司提供。操作步骤:电脑开机一桌面一点击Client系统一点击Mixero
2.2分区设计管理
2.2.1水肥机一体化分区管理将整个温室分成6个水肥灌溉区域，即与电脑连接的6个水阀所控制的灌溉区域为一个独立的单元。区域布置见图to水肥机装肥料母液的肥料桶共7个桶，A,B液各3个桶，另外1个酸液桶，分为3个组别，酸液桶共用。针对不同作物，每组的肥料母液可以有所区别。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都设为5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量设为3.5I}/m3。1区、2区种植瑞丰番茄，2014年5月31日移植;3区种植金玉满堂番茄，4区种植串串红铃番茄，3区、4区均为5月22日移植。从移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00开始滴灌，时间为10mino7月2日开始增加为4次，每次3min。因为3区、4区结果多，植株细弱，7月6日再增加1次，即3区、4区结果期每天灌溉5次，每次3mino5区、6区分别种植金石王1号和金玉满堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3区、4区，因结果盛期需肥水较多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各区域的项目编号绑定及灌溉时间表(Irri-gationProgramNo.)设计各区域的电脑识别代码及灌溉时间表设计见表30
2.3灌溉时间等数据的设计及修改
在Mixer的图案里，点击IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里输入所要修改或设定的项目编号(ProgramNo.)，回车，再在左上角白色框格的左边，点击锁匙(解锁)，选择要修改的数据，输人要修改的数据，全部修改完毕，再次点击解锁，点击确定(sure)完成修改。其他项目的修改过程同样。
2.4所需EC,pH值的修改及其感应器校准
点击FertilizationPrograms，在肥料项目号7,8,9栏目内修改各种植区所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年种植番茄，1,2,3,4区的EC值设置为1.5ms/cm,爪6区盛果期设置为2.0ms/cm;pH值都设置为5.7。当发现水肥机上的EC,pH值有偏差时，要用标准液来进行校准。
2.5洗盐
点击右上角IrrigationPrograms进人操作界面，点击ProgramSettings进入灌水数据界面。程序号(Prog.No)要选择灌溉肥料没用过的空白号。优先权(PrioritySetup)选择low。灌溉间隔天数(Irri.Cycledays)选择1d，时间单位(Irri.Unit)为min;灌水量(Quantity)为持续灌水60min，肥料(Fert.Prog)填写0。开始(StartTime)写0:O1，结束写23;59;各区的间隔灌溉时间(Duratior)写250min(洗盐1轮60x4为240min，其间休息10min。这就是洗盐1d的循环模式。
2.6过滤器清洗
每个肥料母液桶下面都有1个过滤器，选择在没有灌溉的时间段里，关闭水肥母液桶的开关，把过滤器小心拧开，用清水冲洗过滤片，干净为止。然后在灌溉之前装回，打开水肥开关。水肥机后面也有1个过滤器。
2.7混合桶溢水问题的解决
灌溉是边混合水肥边进行灌溉，如果遇到突然停电，等来电时，电脑不知道混合桶的水肥该往哪个区走。因此，当看到混合桶溢水时，应立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
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变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大的提高。传统变电站一次设备和二次设备已无法满足降低变电站造价和提高变电站安全与经济运行水平这两方面的要求。
而现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护，监控系统，信号采集，远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。
分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。90年代中期，国内外曾掀起一场“现场总线热”，但是由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日臻成熟。随着嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。
1.变电站通信系统结构
系统结构示意图如图1所示。
从图上可以看出：
1）管理和控制一体化局域网将无可争议地选用以太网。
2）间隔级控制总线在FF-H2总线尚未成熟的情况下，工业级以太网和ProfibusMMS（ManufacturingMessageingSpecification制造厂信息规范）将是一个比较好的选择。
3）可编程逻辑控制器PLC被发展成PCC(Programablecomputercontroller),即用智能模块实现逻辑及自动控制功能，它比常规的PLC具有可交流采样、通讯组态方便等优点。
2.变电站综合自动化系统通信网的基本设计原则
通信在变电站综合自动化占有重要的地位。其内容包括当地采集控制单元与变电站监控管理层之间的通信，变电站当地与远方调度中心之间的通信。系统通讯网架的设计是十分关键的，本文从以下方面考虑变电自动化系统通信网的设计：
1）电力系统的连续性和重要性，通讯网的可靠性是第一位的。
2）系统通讯网应能使通讯负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通讯负荷不过载，应采用分层分布式通讯结构。此外应对站内通讯网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。另外系统通信网设计应满足组合灵活，可扩展性好，维修调试方便的要求。
3）应尽量采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。
4）应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是灵活多样的且具有延续性。
5）系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。
6）对于通信媒介的选用，设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。
7）为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段”，采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS并开发应用与其之上的通信软件平台。
3.通信网的软硬件安装
3.1.硬件的选择
为了保证通信网的可靠性，通信网构成芯片必须保证在工业级以上，以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通讯CPU采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级芯片，通讯介质选择屏蔽电缆或光纤。
3.2.接口程序
采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标准的RS232/485口用于系统调试维护外，其它各种接口采用插板式结构，设计支持以下三类共七种方式：标准RS485接口，考虑双绞线总线型和光纤星型耦合型；标准ProfibusFMS接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网；标准Ethernet，考虑双绞线星型和光纤星型（通信管理单元考虑以上两种类型的双冗余配置）。
3.3.通信协议和通信规约
系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约，应建立符合变电站综合自动化系统结构的计算机间的网络通讯，根据变电站自动化系统的实际要求，在保证可靠性及功能要求的基础上，尽量注意开放性及可扩充性，并且所选择的网络应具有一定的技术先进性和通用性，尽量靠国际标准。长期以来，不同的变电站监控系统采用不同的通信协议和通信规约，如何实现不同系统的互连和信息共享成为一个棘手的问题，应采用规范化、符合国际标准的通信协议和规约。为此在系统中选用了应用于RS485网络的IEC61870-5-103规约、应用于Profibus的MMS行规以及应用于TCP/IP上的MMS行规。它们都具有可靠性、可互操作性、安全性、灵活性等特点。
4.通信软件的设计与实现
通信软件的设计涉及到多种设备的配合问题，本文只以DF3003变电站综合自动化系统的通信网络为例，介绍变电站综合自动化系统通信软件设计与运行原理。
4.1.软件功能与运行原理
在DF3003变电站综合自动化系统中，采用二级分层分布式网络。针对110KV中压变电站的要求，我们可采取图2所示的组网方式。后台与主站都是一种监控系统，其主要功能为监视各智能单元的运行状态，并能对各智能单元进行控制。而监控系统为完成其主要功能所需要的各种数据都是由通讯转换器DF3211或保护管理单元DF3210来提供的。因此，从数据流控制的角度来看，通讯程序主要完成智能单元运行状态信息的上报和监控系统控制信息的下发两种功能。智能单元的运行状态信息一般包括遥测数据、遥信数据、电度数据、突发数据等。监控系统的控制信息则包括遥控命令、对时命令、查询命令等。本文中的变电自动化系统通讯程序所要完成的数据结构与函数过程如图3所示。
4.2.软件开发平台——RTOS
随着应用的复杂化，对控制精度、智能化程度的要求越来越高，一个微处理器往往要同时完成很多任务。体现在变电站自动化通信产品中，由于信息采集量越来越大，信息交换越来越频繁，简单地用单一任务来轮询，往往造成通信的“瓶颈”现象，如保护和测量设备采集到的实时信息无法及时向上传递。多任务编程的特点是：程序在功能上以任务的形式存在，
各个任务之间相对独立，可通过操作系统提供的资源，进行任务间的信息交换和相互控制，可通过优先级、时间片来控制各任务执行的顺序。多任务编程的特点打破了传统软件顺序执行的框架，便于程序的系统开发、调试及维护。实时多任务操作系统RTOS（RealTimeOperatingSystem）是面向21世纪嵌入式设计的基础和标准开发平台。高性能软件开发平台可以使嵌入式软件程序的开发进入规模化和产业化生产。有了高性能开发平台，可以极大的提高软件开发的效率，RTOS体现了一种新的系统设计思想和一个开放的软件框架，在此基础上，可以设计一种更为通用的通用软件平台，软件工程师可以在不大量变动系统其他任务的情况下增加或删除一个通信规约；一个大项目开发的过程中，可以有多个工程师同时进行系统的软件开发，各个人之间只要制订好规程和协议即可，既缩短了开发时间，又降低了最终通信软件产品对于具体某个人的依赖性。
4.3.与因特网结合
通信管理单元提供内置的WEB-SERVER，可动态向外部系统数据，这部分可采用在RTOS之上外购WEB—SERVER模块来开发完成，更为方便的是，在设置各种系统参数和浏览现场实时数据时，只需要一个标准的浏览器软件，如Microsoft的IE即可。
5.改进的网架结构
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根据设计好的各子系统的硬件配置，设计PLC控制软件、组态监控软件和触摸屏控制软件，以泵站控制系统为例，其任务是按照控制中心的指令，向水厂提供水源，并对泵站的水泵运行情况、供电等信息进行实时采集，然后传送给控制中心，实现泵站无人值守。根据泵站工艺，在SMS工作原理指导下，提供短信息服务，发送规则为开机/关机、系统出现故障、定时设置和控制中心命令。为达到泵站无人值守的设计要求，可通过标准的RS—2485串行通信网络和自由口模式，自主选择通信协议，以此构成PLC的分布式网络。PLC软件设计流程为：初始化接受信息并处理水泵控制压力、流量采集并处理故障信息采集并处理信息发送；根据系统的工艺要求，开发界面应包括启始界面、模式选择界面（分为自动运行和手动操作）、报警界面及帮助界面等。
3水厂自动化监控系统的特点及功能
3WN6是一种经济型低压智能断路器，通过模块化的工程设计，可确保通讯、保护、测量等功能更为可靠稳定，且便于拆卸和维修，能够在线对开关功能进行数字化编辑。正常生产时，操作人员通过S7-315系统上的触摸屏模拟流程和触摸按钮，便可以准确掌握各系统的工艺流程及设备运行情况，并可以通过自动运行或手动操作两种控制方式来控制各设备的开和停，便于设备的检修及事故的处理。本系统联网后，便可实现现场监控、远程控制和后台在线组态等功能，操作人员在后台微机上便可以准确掌握各配电室低压开关的分/合情况及水厂装置的运行情况，系统可以动态显示各电气设备的电压、电流的波动情况，实时性更强。此外，还可以随机记录越限事件、报警信息等，为生产管理和事故控制提供了很大的便利性。PLC的推广应用是水厂自动化监控系统得以建立的关键，该编程控制器简单易用、可靠性高，而且通讯联网功能强，根据水厂的水处理工艺和工程设计要求，对各净水环节的硬件系统和软件系统进行设计，满足了水厂自动化生产和管理的需求。
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2.1系统层次结构
层次结构是一个物理模型，它体现实际机构设置。肇庆电力工业局办公系统是一个整体，其中局本部和各县局分别是一个管理子系统，整个层次结构共分4级，即肇庆电力工业局办公自动化系统、子系统、工作部门、工作人员。
2.2管理层次
管理层次、机构设置是一个单位工作的基础。一般管理层次是指上下级管理层次，不同级别的科室向上级负责并管理下级。在实际工作中一些科室的任务突破了行政隶属的关系，它会成为某种信息的枢纽，从某些方面对其它平级科室进行管理，如局办公室，在全局日常工作中它是一个工作信息的枢纽，对全局日常工作起协调作用。
工作部门负责具体工作，是办公系统的基础信息点。一个工作部门由工作组成工作人员组成，任何一个工作人员或工作组的请示、汇报都必须通过工作部门领导上报局领导或其它工作部门，上级的指示、各种文件也要通过工作部门传达到工作人员。
职能部门也是一个工作部门，只不过在某项职能上有特殊地位。职能部门的另一个特征是它有信息转贮的功能，职能部门负责收集与自己职能有关的各种文件、请示、报告、报表，并上报局领导及有关部门，同时将文件、上级领导的指标等转发给有关单位。每个职能部门都有档案库，用来存储有关资料。
整个系统管理层次分四级，局领导是管理工作的最高层，局领导通过职能部门管理工作部门，工作部门将具体任务下达给工作组或工作人员。
3数据形式
办公自动化系统中流动力和存储的数据主要是文档数据和图形数据。文档数据以MICROSOFTWORD、EXCEL等外部格式存储，与其它系统接口数据采用纯文本方式。图形文件(如上级发文)采用扫描压缩方式存储。
参与流通的数据有发下几种形式：
a)传阅型。传递给有关人员阅读并提出意见，然后返回发文单位，存档。主要指有文号的正式文件、综合信息报表。
b)阅办型。有关人员阅读后交给经办人，经办人需把办理结果返回发文单位存档。主要指有文号的正式文件并有催办要求。
c)公告型。同时给有关人员如通知、公告、参考资料等，可有答复也可没有。
d)请示、审批。发文人要达到某种目的需要各级领导批准。发文人可以指定一个或多个审批人，审批人可另行指定下一个审批人。审批完成后返回发文人存档。
e)私人信件。所有人员与人员之间的邮件，可回复也可不回复。
f)共享信息。使有权限的人在公用档案库、资料库及INTERNET上查询有关资料。
4工作界面及功能模块
系统设置两组模块(见图1)。工作模块是以个人常规工作为主要目的的模块，系统中每个人都有一组工作模块用以处理个人的工作；职能模块是职能部门处理职能工作的模块。
4.1主要工作模块
4.1.1请示、审批
所有需要向上级请示或汇报的文档由这个模块撰写和发出。文件来源可以是由WORD、EXCEL撰写的，也可以是从其它邮件上转来的。请示表格有以下内容：
a)审请发文。填写发文稿纸，指明会办单位，撰写文件内容，然后发给办公室。审请发文被批准或不批准时应有回复给审请人。
b)请示。填写请示承办登记表和请示内容，确定审批人员，可以一个也可以多个或由审批人确定下一个审批人。请示被批准或否决后，审批结果应转发给申请人，并存档、实施。各种需要转发的请示先在待办事宜里出现，由请示、审批模块处理，批复后转给申请人员。如果要请示的人不在，则系统会提示你是否还要发出请示，可以发出后等审批人回来处理或改变审批人。如果审批流程中有第二审批人，当第一审批人在审批时间内未批复时则自动转到第二审批人。系统中所有审批流程都有这个功能。图2是审批流程图。
4.1.2统计、报表
所有需要向上级上报的统计结果和综合信息报表由这个模块撰写和发出。文件来源可以是由其他数据库提取，也可以用WORD、BXCEL编写，或从其它邮件上转来。报表上报给有关部门后，各部门应有回复。
所有发出的文件及回复都能在个人资料库中存档。如果报表文件是一般工作人员起草的，必须给工作部门领导修改后再上报。
4.1.3资料查询
可以用这个模块查询局档案室的文件。正式公文只能查阅目录，选定文件后需向职能部门提出借阅申请，批准后方可查看内容。参考资料可随时查看、复制。
4.2主要职能模块
4.2.1收文
收文是指外部来文。文件收到后由收文管理模块进行登记和将文件用扫描仪录入计算机，并确定传阅流程和传阅人员，需要办理的还要确定承办人员。文件传阅后和承办人办理后，连同传阅意见和办理结果返回收文模块，由收文模块转去归档模块归档。文件发出后可在收文模块中看到文件流通的情况。收文流程见图3。
4.2.2发文
发文是指局内一个文件由起草到发出的过程。起草文件的是一个工作部门，起草文件先发到职能部门，职能部门在待办事宜中看到这个发文要求后，转给职能部门领导核稿并决定会办单位。会办单位意见返回后，再转至职能部门领导综合，综合定稿后转给局长签发。局长签发后由机要室登记、编文号、存档并发文。文件发给各工作部门后由各部门存档。发文流程见图4。
4.2.3归档
文件归档的主要工作是将需要归档的文件分类、设置保密等级并存入档案室。档案室是一个模拟档案管理的数据库，用于存放文件、参考资料等供查询信息。任何人都可查询档案室，但除参考资料外都只能看到目录，要查看文件需要请示借阅，批准后方可查看。
5安全性
5.1权限
办公系统有严格的权限规定，权限分人员权限和文件权限。人员权限由层次化结构决定，不同层次下的人员要进行通信必须通过上一层结构的身份验证和周转。文件权限分数据库权限和文件权限。数据库有一个存取控制表，建立时即可确定存取人员。一个文档的存取权限分作者、读者和编辑者。在一份请示报告中撰写人是作者，审批人是编辑者，而其他人为读者。办公系统中的所有数据库、文档都有严格的存取权限限制。
5.2时效性
可以为文档规定流通时间和存在时间，如一项审批要求在限定时间内答复，如不答复则系统会自动发催办通知。文件在失效后自行删除，如召开会议通知在会议召开后自行删除。
5.3保密性
系统对所有以个人身份发出的信息，包括电子签名等都进行验证。一个文档没有给某个读者权限时，他是无法阅读的。
6结束语
该系统目前已正式投入运行。结合肇庆电力工业局的实际情况，软件设计方面基本做到了实用性与通用性的良好结合，开发了与其它系统的接口界面，使肇庆电力工业局的信息管理水平在办公自动化系统(OA)这个信息传输枢纽的推动下上了一个新的台阶。
参考文献
