上海地鐵共和新路線變電站PLC 自動化系統(tǒng)設計

　　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?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設備。
　　地鐵全面采用變電站自動化設計，由于變電站數(shù)量多、設備多，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)至關重要，是確保整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。
　　變電站自動化系統(tǒng)，經過幾代的發(fā)展，已經進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)送至后臺計算機系統(tǒng)。變電站自動化的綜合功能均由后臺計算機系統(tǒng)承擔。
　　將變電站中的微機保護、微機監(jiān)控等裝置通過計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)代通信技術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)版權所有，即變電站管理層、網(wǎng)絡通訊層和間隔設備層。分層式設計有利于系統(tǒng)功能的劃分，結構清晰明了。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柜內，上位監(jiān)控單元通過所內通信網(wǎng)絡對其進行監(jiān)視控制。變電站自動化系統(tǒng)需要對35kV 交流微機保護測控裝置、直流1500kV 牽引系統(tǒng)微機保護測控裝置、380/220V 監(jiān)測裝置、變壓器及整流器的溫控裝置、直流/交流電源屏等設備進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
　　由于可編程序控制器技術經過幾十年的發(fā)展，已經相當成熟。其品種齊全，功能繁多，己被廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。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，可擴展的體系(con) 結構，用于工業(yè)和制造過程實時控制。對應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 產品。
　　隨著保護裝置功能的日益強大，PLC 可以通過與保護裝置的通訊來實現(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保護單元的通訊。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)設計
　　系統(tǒng)結構
　　變電站管理單元內的主監(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 ，內存2M ，并配有存放數(shù)據(jù)、可調參數(shù)和軟件的RAM 和FLASH MEMORY 。能對CPU 及I/O 進行自診斷。
　　通訊模塊采用Modbus+ 通訊模塊。系統(tǒng)結構如圖1所示:　

　圖一系統(tǒng)結構圖

　　間隔層的微機保護裝置經過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，滿足與不同智能設備之間的接口需要。MODBUS 網(wǎng)橋NW-BM85C002 MB+ 網(wǎng)橋/多路轉換器，每臺網(wǎng)橋具有4個通訊口與間隔層的智能設備通訊控制工程網(wǎng)版權所有，網(wǎng)橋將MODBUS 協(xié)議的數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉化，通過MB 十網(wǎng)絡與PLC 建立網(wǎng)絡通訊，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 國際標準規(guī)約實現(xiàn)與控制中心通訊;向下網(wǎng)絡通訊層通過網(wǎng)橋RS-422 接口MODBUS 標準規(guī)約實現(xiàn)與主變電站內的各開關柜或保護屏內的微機綜合保護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、保護的技術要求。通過網(wǎng)橋與智能設備及控制中心通訊，由網(wǎng)橋實現(xiàn)協(xié)議轉換，降低PLC 的CPU 模塊負荷率，提高系統(tǒng)的可靠性。
　　配置液晶顯示器，用于變電所內監(jiān)控、軟件維護，設備調試，站控層操作等人機接口。帶有液晶顯示器實現(xiàn)站內數(shù)據(jù)的顯示和控制。液晶顯示以漢字實時顯示所內所有事故、預告信號、所內各微機綜合保護測控單元的運行狀態(tài)。事件變位的內容、時間等。當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，在所內時間分辨率的范圍內依次顯示各種信息，并能存儲。操作員通過按鈕對顯示進行選擇，必要時操作員可通過該組操作按鈕對開關進行所內集中控制。
　　“就地一遠方”控制切換裝置。為便于系統(tǒng)運行的需要，在中央信號屏內設有“就地一遠方”切換開關，實現(xiàn)就地控制和遠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。