Profibus-DP技術(shù)在地鐵供電監控系統中應用

在DP主站完成配置并組建完成OLM等硬件設備與各個(gè)開(kāi)關(guān)柜的DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )后，applicomIO板卡上的嵌入式DP協(xié)議處理器就可以根據配置好的子站參數生成從站輪詢(xún)表，嵌入式DP協(xié)議處理程序由該表循環(huán)讀寫(xiě)1．5 kV直流開(kāi)關(guān)柜設備，并根據開(kāi)關(guān)柜響應的數據信息刷新板卡雙口RAM(DPRAM)上的內容，以便上層應用程序對信息數據的讀取。由于DP協(xié)議不對用戶(hù)數據進(jìn)行評價(jià)，因此。板卡此時(shí)在DPRAM中的數據是透明的，不能在地鐵PSCADA系統中直接進(jìn)行分析和利用，必須將其轉換成項目中使用的IEC 60870—5—104遠動(dòng)規約信息格式的數據。主控中心才能進(jìn)行識別和利用。同樣，來(lái)自主控中心的控制和設置命令也必須將IEC 60870—5—104遠動(dòng)規約信息格式轉換成符合DP協(xié)議的透明傳輸數據，才能最終實(shí)現對間隔層設備的信息收集和控制。這個(gè)轉換過(guò)程也就是不同應用協(xié)議信息格式的數據轉換過(guò)程。

站級管理層軟件包括了3個(gè)進(jìn)程，圖3是軟件JACKSON示意圖，進(jìn)程1負責圖形界面顯示及與主控中心的通信管理：進(jìn)程2負責與各通信管理單元(即圖1中的網(wǎng)絡(luò )通信層)的通信及信息采集：進(jìn)程3負責將Profibus．DP從站的信息和來(lái)自主控中心的控制命令進(jìn)行協(xié)議轉換，使用applicomIOQNX動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)API函數庫對板卡DPRAM上的數據進(jìn)行讀寫(xiě)。進(jìn)程1與進(jìn)程3通過(guò)QNX系統下提供的命名管道(name pipe)進(jìn)行雙向數據交換。

圖3 站級管理層軟件JACKSON圖

2．4系統實(shí)時(shí)性分析

地鐵供電監控系統對實(shí)時(shí)性要求很高。系統通信方案能否滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求決定了該方案能否得到應用。根據廣州地鐵3號線(xiàn)的實(shí)際通信參數及軟硬件環(huán)境對上述方案進(jìn)行實(shí)時(shí)性分析。在本系統中，DP總線(xiàn)傳輸波特率為187．5 Kbit／s，即傳輸1個(gè)位的時(shí)間為5．333μs。在DP總線(xiàn)上，包含了1個(gè)主站，9個(gè)從站；輸入數據塊長(cháng)度最大值為48 Byte，輸出數據塊長(cháng)度最大值為28 Byte。1個(gè)DP報文循環(huán)所需要的時(shí)間如圖4所示，tbit婦為傳輸1個(gè)位需要的時(shí)間。

圖4 DP循環(huán)時(shí)間計算

即1個(gè)總線(xiàn)循環(huán)時(shí)間為10 998×5．333μs=58．65 ms。根據EN 50170 V2標準中的規定，現場(chǎng)計算時(shí)考慮10％～20％的余量，則實(shí)際1個(gè)信息循環(huán)傳輸時(shí)間為70．38 ms(最大值)。

供電監控系統信息延時(shí)包括信息產(chǎn)生、信息處理、信息傳輸和信息顯示等，其中信息處理和信息傳輸時(shí)間占70％。例如，當饋線(xiàn)柜上一個(gè)斷路器產(chǎn)生變位。其在DPU96上I／O濾波消耗時(shí)間為3ms，內部總線(xiàn)運行需1 ms。程序循環(huán)時(shí)間20 ms：總控單元程序處理(接收和顯示)時(shí)間300 ms。加上信息在DP總線(xiàn)上循環(huán)時(shí)間70．38 ms，1個(gè)變位信號從產(chǎn)生到傳輸至總控單元的時(shí)間小于500 ms：再經(jīng)光纖以太網(wǎng)上送到主控室小于1 s。若是對斷路器或者隔離開(kāi)關(guān)的遙控輸出，還應加上遙控執行回路校驗時(shí)間60。100 ms和機構動(dòng)作時(shí)間，最大遙控輸出并執行成功(無(wú)故障情況)時(shí)間小于2 s。符合電力系統國家標準。

從以上分析得出，在PSCADA系統中采用DP總線(xiàn)能對現場(chǎng)設備信息作出實(shí)時(shí)響應，也能對斷路器或者隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控，DP總線(xiàn)方案能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對實(shí)時(shí)性的要求。

3結論

本方案針對廣州地鐵3號線(xiàn)設計，引進(jìn)了加拿大OSSL公司的ONX實(shí)時(shí)操作系統，在軟硬件設計時(shí)利用了QNX實(shí)時(shí)操作系統的實(shí)時(shí)性和可靠性等特性，充分發(fā)揮了DP總線(xiàn)網(wǎng)的實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)點(diǎn)。在DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中使用了0LM模塊。組成光纖環(huán)網(wǎng)，加上良好的接地設計，使系統不受惡劣環(huán)境下通信線(xiàn)路上的電磁干擾影響，滿(mǎn)足系統可靠性要求。

光纖環(huán)網(wǎng)采用總線(xiàn)結構。通過(guò)通信鏈路的冗余，使得增加新的間隔層設備而不影響其他設備的正常工作。通過(guò)DP現場(chǎng)總線(xiàn)在PSCADA系統中的應用。極大增強了間隔層設備的信息集成能力，同時(shí)降低了系統的工程成本，提高了整個(gè)系統的可靠性和可維護性及擴展能力。

該方案順利通過(guò)了廣州地鐵3號線(xiàn)PSCADA系統首通段的調試并于2005年12月正式投入運行。運行效果表明，系統能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對可靠性、實(shí)時(shí)性和可擴展性等的要求，有良好的推廣價(jià)值及應用前景。系統運行至今。穩定可靠，得到了用戶(hù)的一致好評。