上海地鐵共和新路線變電站PLC 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言
　　地鐵的供電系統(tǒng)為地鐵運(yùn)營(yíng)提供電能。無(wú)論地鐵列車(chē)還是地鐵中的輔助設(shè)施都依賴于電能。地鐵供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過(guò)城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)供給地鐵各類設(shè)備。
　　地鐵全面采用變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)，由于變電站數(shù)量多、設(shè)備多，在加上其完善的綜合功能，信息交換量大，而且要求信息傳輸速度快和準(zhǔn)確無(wú)誤，因此在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要，是確保整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。
　　變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)幾代的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了分散式控制系統(tǒng)時(shí)代。遙測(cè)、遙信、遙控命令執(zhí)行和繼電保護(hù)等功能均由現(xiàn)場(chǎng)單元部件獨(dú)立完成，并將這些信息通過(guò)通訊系統(tǒng)送至后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化的綜合功能均由后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。
　　將變電站中的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控等裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)集成為一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的控制屏臺(tái)、表計(jì)等常規(guī)設(shè)備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。
　　地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)組成
　　在本地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用分層分布式功能分割方案。系統(tǒng)縱向分三層控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，即變電站管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和間隔設(shè)備層。分層式設(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)功能的劃分，結(jié)構(gòu)清晰明了。系統(tǒng)采用集中管理、分散布置的模式。下位監(jiān)控單元安裝于各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，上位監(jiān)控單元通過(guò)所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視控制。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)需要對(duì)35kV 交流微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、直流1500kV 牽引系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、380/220V 監(jiān)測(cè)裝置、變壓器及整流器的溫控裝置、直流/交流電源屏等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
　　由于可編程序控制器技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟。其品種齊全，功能繁多，己被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。用PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)地鐵變電站自動(dòng)化的RTU 功能，能夠很好地滿足“三遙”的要求。本系統(tǒng)采用了ModiQuantum 系列PLC ，來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的RTU 功能.QuantumPLC 具有模塊化，可擴(kuò)展的體系(con) 結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)和制造過(guò)程實(shí)時(shí)控制。對(duì)應(yīng)于變電站的電壓等級(jí)和點(diǎn)數(shù)的多少，可以選用大、中、小型不同容盈的PLC 產(chǎn)品。
　　隨著保護(hù)裝置功能的日益強(qiáng)大，PLC 可以通過(guò)與保護(hù)裝置的通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)三遙功能。一些特殊要求的情況下，采用DI, DO, AI 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)和遙信。使用PLC 的DI 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙信、用PLC 的DO 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控、用PLC 的AI 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、用PLC 的通信功來(lái)完成與微機(jī)保護(hù)單元的通訊。利用PLC 的各種模塊可以很方便的實(shí)現(xiàn)“三遙”基本功能。
　　地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用可編程控制器PLC 。CPU 模塊采用80586 處理器，主頻66MHz ，內(nèi)存2M ，并配有存放數(shù)據(jù)、可調(diào)參數(shù)和軟件的RAM 和FLASH MEMORY 。能對(duì)CPU 及I/O 進(jìn)行自診斷。
　　通訊模塊采用Modbus+ 通訊模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:　

　圖一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　間隔層的微機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)過(guò)RS 一485 總線分成幾個(gè)組，連接到網(wǎng)橋的Modbus 通訊口上，通過(guò)網(wǎng)橋收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)MB+ 網(wǎng)絡(luò)送到主監(jiān)控單元PLC 。
　　系統(tǒng)的主監(jiān)控單元通過(guò)可編程網(wǎng)橋編制不同的規(guī)約，滿足與不同智能設(shè)備之間的接口需要。MODBUS 網(wǎng)橋NW-BM85C002 MB+ 網(wǎng)橋/多路轉(zhuǎn)換器，每臺(tái)網(wǎng)橋具有4個(gè)通訊口與間隔層的智能設(shè)備通訊控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，網(wǎng)橋?qū)ODBUS 協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過(guò)MB 十網(wǎng)絡(luò)與PLC 建立網(wǎng)絡(luò)通訊，同時(shí)在中央信號(hào)屏中還配有可編程網(wǎng)橋NW 一BM85C485 ，通過(guò)MB+ 網(wǎng)絡(luò)與PLC 連接，每個(gè)可編程網(wǎng)橋具有四個(gè)通訊協(xié)議可編程的RS 一485 口，在本方案中對(duì)其中的兩個(gè)口進(jìn)行編程，使之通過(guò)IEC 一60870-7-101 與中央控制中心通訊。
　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊層向上通過(guò)可編程網(wǎng)橋的RS 一422 接口采用IEC60870-5-101 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實(shí)現(xiàn)與控制中心通訊;向下網(wǎng)絡(luò)通訊層通過(guò)網(wǎng)橋RS-422 接口MODBUS 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實(shí)現(xiàn)與主變電站內(nèi)的各開(kāi)關(guān)柜或保護(hù)屏內(nèi)的微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控單元等智能裝置通訊，滿足變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)控制、測(cè)量、保護(hù)的技術(shù)要求。通過(guò)網(wǎng)橋與智能設(shè)備及控制中心通訊，由網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，降低PLC 的CPU 模塊負(fù)荷率，提高系統(tǒng)的可靠性。
　　配置液晶顯示器，用于變電所內(nèi)監(jiān)控、軟件維護(hù)，設(shè)備調(diào)試，站控層操作等人機(jī)接口。帶有液晶顯示器實(shí)現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的顯示和控制。液晶顯示以漢字實(shí)時(shí)顯示所內(nèi)所有事故、預(yù)告信號(hào)、所內(nèi)各微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控單元的運(yùn)行狀態(tài)。事件變位的內(nèi)容、時(shí)間等。當(dāng)多個(gè)事故信號(hào)同時(shí)發(fā)生時(shí)，液晶顯示報(bào)警裝置按新舊次序，在所內(nèi)時(shí)間分辨率的范圍內(nèi)依次顯示各種信息，并能存儲(chǔ)。操作員通過(guò)按鈕對(duì)顯示進(jìn)行選擇，必要時(shí)操作員可通過(guò)該組操作按鈕對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行所內(nèi)集中控制。
　　“就地一遠(yuǎn)方”控制切換裝置。為便于系統(tǒng)運(yùn)行的需要，在中央信號(hào)屏內(nèi)設(shè)有“就地一遠(yuǎn)方”切換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)方控制之間的方式切換和閉鎖。在變電站控制上，方便分層控制和管理。
　　系統(tǒng)的電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸人兩路直流電源，保證系統(tǒng)在一路電源失電時(shí)，系統(tǒng)仍可無(wú)擾動(dòng)安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性。