上海地鐵共和新路線變電站PLC 自動化系統(tǒng)設(shè)計

　　引言
　　地鐵的供電系統(tǒng)為地鐵運營提供電能。無論地鐵列車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)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換，然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設(shè)備。
　　地鐵全面采用變電站自動化設(shè)計，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)確無誤，因此在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要，是確保整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。
　　變電站自動化系統(tǒng)，經(jīng)過幾代的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了分散式控制系統(tǒng)時代。遙測、遙信、遙控命令執(zhí)行和繼電保護(hù)等功能均由現(xiàn)場單元部件獨立完成，并將這些信息通過通訊系統(tǒng)送至后臺計算機(jī)系統(tǒng)。變電站自動化的綜合功能均由后臺計算機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。
　　將變電站中的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控等裝置通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)集成為一體化的自動化系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的控制屏臺、表計等常規(guī)設(shè)備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。
　　地鐵變電站自動化系統(tǒng)組成
　　在本地鐵變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計中，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)控單元安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，上位監(jiān)控單元通過所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行監(jiān)視控制。變電站自動化系統(tǒng)需要對35kV 交流微機(jī)保護(hù)測控裝置、直流1500kV 牽引系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測控裝置、380/220V 監(jiān)測裝置、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)控制的各個領(lǐng)域。用PLC 來實現(xiàn)地鐵變電站自動化的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 ，來實現(xiàn)變電站自動化的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)和制造過程實時控制。對應(yīng)于變電站的電壓等級和點數(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)裝置功能的日益強大，PLC 可以通過與保護(hù)裝置的通訊來實現(xiàn)三遙功能。一些特殊要求的情況下，采用DI, DO, AI 模塊來實現(xiàn)遙控、遙測和遙信。使用PLC 的DI 模塊來實現(xiàn)遙信、用PLC 的DO 模塊來實現(xiàn)遙控、用PLC 的AI 模塊來實現(xiàn)遙測、用PLC 的通信功來完成與微機(jī)保護(hù)單元的通訊。利用PLC 的各種模塊可以很方便的實現(xiàn)“三遙”基本功能。
　　地鐵變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計
　　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RS 一485 總線分成幾個組，連接到網(wǎng)橋的Modbus 通訊口上，通過網(wǎng)橋收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)通過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，每臺網(wǎng)橋具有4個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MB 十網(wǎng)絡(luò)與PLC 建立網(wǎng)絡(luò)通訊，同時在中央信號屏中還配有可編程網(wǎng)橋NW 一BM85C485 ，通過MB+ 網(wǎng)絡(luò)與PLC 連接，每個可編程網(wǎng)橋具有四個通訊協(xié)議可編程的RS 一485 口，在本方案中對其中的兩個口進(jìn)行編程，使之通過IEC 一60870-7-101 與中央控制中心通訊。
　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊層向上通過可編程網(wǎng)橋的RS 一422 接口采用IEC60870-5-101 國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實現(xiàn)與控制中心通訊;向下網(wǎng)絡(luò)通訊層通過網(wǎng)橋RS-422 接口MODBUS 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實現(xiàn)與主變電站內(nèi)的各開關(guān)柜或保護(hù)屏內(nèi)的微機(jī)綜合保護(hù)測控單元等智能裝置通訊，滿足變電所綜合自動化系統(tǒng)控制、測量、保護(hù)的技術(shù)要求。通過網(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。帶有液晶顯示器實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的顯示和控制。液晶顯示以漢字實時顯示所內(nèi)所有事故、預(yù)告信號、所內(nèi)各微機(jī)綜合保護(hù)測控單元的運行狀態(tài)。事件變位的內(nèi)容、時間等。當(dāng)多個事故信號同時發(fā)生時，液晶顯示報警裝置按新舊次序，在所內(nèi)時間分辨率的范圍內(nèi)依次顯示各種信息，并能存儲。操作員通過按鈕對顯示進(jìn)行選擇，必要時操作員可通過該組操作按鈕對開關(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)運行的需要，在中央信號屏內(nèi)設(shè)有“就地一遠(yuǎn)方”切換開關(guān)，實現(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，系統(tǒng)仍可無擾動安全運行，提高系統(tǒng)的可靠性。