LK在地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

　　地鐵的供電系統(tǒng)為地鐵運(yùn)營(yíng)提供電能。無(wú)論地鐵列車還是地鐵中的輔助設(shè)施都依賴電能。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。

　　地鐵供電系統(tǒng)不僅為地鐵車輛運(yùn)行提供牽引電源，同時(shí)為整個(gè)地鐵的環(huán)控、照明、信號(hào)及運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)等所有用電設(shè)施提供電源。地鐵供電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，是維系地鐵各個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障。

　　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。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)功能等均由現(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)，可以提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，減少基建投資，及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，提高變電站的可控性，為推廣變電站無(wú)人值班提供了手段。

　　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)。它取消了傳統(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。

2 地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)組成

　　變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電報(bào)護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、plc技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等自動(dòng)化功能。

　　本地變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式功能分割方案。系統(tǒng)縱向分三層，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，各下位監(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)站內(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)交流微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、直流750v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。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　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，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)采用了和利時(shí)公司 lk系列plc，來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的rtu功能。lk具有模塊化，可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)和制造過(guò)程實(shí)時(shí)控制。

　　變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用具有冗余功能的cpu模塊lk210，可以實(shí)現(xiàn)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)冗余，增強(qiáng)主控制器與遠(yuǎn)程i/o通訊的可靠性。電源模塊，同樣采用冗余配置。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1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。

　　隨著當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)裝置功能的日益強(qiáng)大，可以通過(guò)與保護(hù)裝置的通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控和遙信功能。lk系列plc支持多種通訊協(xié)議，可以輕松與第三方設(shè)備進(jìn)行通訊，本系統(tǒng)中線路縱差保護(hù)裝置通過(guò)modbus協(xié)議與控制中心plc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。

附圖 地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用和利時(shí)公司lk系列plc。cpu模塊采用工業(yè)級(jí)處理器lk210，主頻533mhz，程序內(nèi)存16m，數(shù)據(jù)內(nèi)存64m，掉電保持區(qū)為1m。能實(shí)現(xiàn)cpu及i/o進(jìn)行自診斷。

　　電源模塊，采用冗余配置。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1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。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖所示。

　　間隔層的微機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)過(guò)rs-485總線分成幾個(gè)組，連接到cpu模塊lk210的com2通訊口上，通過(guò)modbus協(xié)議收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)送到主監(jiān)控單元lk　plc。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊層向上通過(guò)高速工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與控制中心通訊；向下網(wǎng)絡(luò)通訊層通過(guò)rs-485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。

　　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/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)裝有“就地/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。

　　 3.2 開(kāi)放式、宜擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

　　可以與滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約(profibus、tcp/ip、modbus等)的其它公司相關(guān)的(ied)互聯(lián)進(jìn)行信息交換。充分考慮到變電站擴(kuò)建、改造等因素，間隔層設(shè)備基于模塊式標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可根據(jù)要求隨意配置，變電站層設(shè)備設(shè)置靈活。

　　網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)計(jì)考慮到工業(yè)以太網(wǎng)、rs485、modbus等現(xiàn)場(chǎng)總線的接口設(shè)計(jì)，能充分滿足大流量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性和可靠性。

　　3.3 軟件設(shè)計(jì)

　　plc軟件方面，由于plc以循環(huán)掃描和中斷兩種方式來(lái)執(zhí)行程序。為了完成所有rtu功能，plc采用循環(huán)掃描方式，與各個(gè)間隔層保護(hù)單元進(jìn)行通訊。通過(guò)profibus-dp總線，讀取各個(gè)保護(hù)單元的遙測(cè)、遙信信息，同時(shí)通過(guò)總線通訊對(duì)各個(gè)智能保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)點(diǎn)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的遙控功能。本系統(tǒng)采用了lk系列plc配套的powerpro編程軟件中的fbd方式，進(jìn)行了plc的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化的三遙功能。

　　通過(guò)使用合適的功能塊的組合，可以實(shí)現(xiàn)你所要的功能。其中的功能塊有powerpro軟件的提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，也可以自己定義，自己獨(dú)特的功能塊。

　　遙信的實(shí)現(xiàn)，有兩種方式。一種是通訊方式，當(dāng)變電站設(shè)備發(fā)生變位時(shí)，通過(guò)plc與智能保護(hù)裝置的通訊，讀取變位的信息到plc中，并將其上送給控制中心。另一種為di模塊方式，通過(guò)連接設(shè)備的位置繼電器，plc的di模塊能夠感知設(shè)備的變位信息。

　　遙測(cè)的實(shí)現(xiàn)也包含兩種方式。一種是通訊方式，plc通過(guò)與智能保護(hù)裝置的通訊，實(shí)時(shí)獲取保護(hù)裝置采集的遙測(cè)量信息，相當(dāng)于由保護(hù)裝置完成現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的采集功能。另一種為ai模塊方式，由plc自己來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)的遙測(cè)量采集，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在ram中。網(wǎng)橋?qū)am中的遙測(cè)量信息，作為二級(jí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的與控制中心進(jìn)行通訊。

　　網(wǎng)橋中的報(bào)文接收分析程序分析控制中心傳來(lái)的報(bào)文，如果分析認(rèn)為其是遙控報(bào)文，對(duì)其進(jìn)行報(bào)文解析，將獲取的遙控對(duì)象信息寫入plc，由plc程序與智能保護(hù)裝置通訊，來(lái)完成遙控功能。