上海地鐵共和新路線(xiàn)變電站PLC 自動(dòng)化系統設計

　　引言
　　地鐵的供電系統為地鐵運營(yíng)提供電能。無(wú)論地鐵列車(chē)還是地鐵中的輔助設施都依賴(lài)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)一次電力系統和地鐵供電系統實(shí)現輸送或變換，然后以適當的電壓等級供給地鐵各類(lèi)設備。
　　地鐵全面采用變電站自動(dòng)化設計，由于變電站數量多、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(wú)誤，因此在變電站綜合自動(dòng)化系統中，監控系統至關(guān)重要，是確保整個(gè)系統可靠運行的關(guān)鍵。
　　變電站自動(dòng)化系統，經(jīng)過(guò)幾代的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了分散式控制系統時(shí)代。遙測、遙信、遙控命令執行和繼電保護等功能均由現場(chǎng)單元部件獨立完成，并將這些信息通過(guò)通訊系統送至后臺計算機系統。變電站自動(dòng)化的綜合功能均由后臺計算機系統承擔。
　　將變電站中的微機保護、微機監控等裝置通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )和現代通信技術(shù)集成為一體化的自動(dòng)化系統取消了傳統的控制屏臺、表計等常規設備，因而節省了控制電纜，縮小了控制室面積。
　　地鐵變電站自動(dòng)化系統組成
　　在本地鐵變電站自動(dòng)化系統設計中，采用分層分布式功能分割方案。系統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(luò )通訊層和間隔設備層。分層式設計有利于系統功能的劃分，結構清晰明了。系統采用集中管理、分散布置的模式。下位監控單元安裝于各開(kāi)關(guān)柜內，上位監控單元通過(guò)所內通信網(wǎng)絡(luò )對其進(jìn)行監視控制。變電站自動(dòng)化系統需要對35kV 交流微機保護測控裝置、直流1500kV 牽引系統微機保護測控裝置、380/220V 監測裝置、變壓器及整流器的溫控裝置、直流/交流電源屏等設備進(jìn)行監控和數據采集。
　　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(gè)領(lǐng)域。用PLC 來(lái)實(shí)現地鐵變電站自動(dòng)化的RTU 功能，能夠很好地滿(mǎn)足“三遙”的要求。本系統采用了ModiQuantum 系列PLC ，來(lái)實(shí)現變電站自動(dòng)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(guò)程實(shí)時(shí)控制。對應于變電站的電壓等級和點(diǎn)數的多少，可以選用大、中、小型不同容盈的PLC 產(chǎn)品。
　　隨著(zhù)保護裝置功能的日益強大，PLC 可以通過(guò)與保護裝置的通訊來(lái)實(shí)現三遙功能。一些特殊要求的情況下，采用DI, DO, AI 模塊來(lái)實(shí)現遙控、遙測和遙信。使用PLC 的DI 模塊來(lái)實(shí)現遙信、用PLC 的DO 模塊來(lái)實(shí)現遙控、用PLC 的AI 模塊來(lái)實(shí)現遙測、用PLC 的通信功來(lái)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(shí)現“三遙”基本功能。
　　地鐵變電站自動(dòng)化系統設計
　　系統結構
　　變電站管理單元內的主監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 ，并配有存放數據、可調參數和軟件的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。系統結構如圖1所示:　

　圖一系統結構圖

　　間隔層的微機保護裝置經(jīng)過(guò)RS 一485 總線(xiàn)分成幾個(gè)組，連接到網(wǎng)橋的Modbus 通訊口上，通過(guò)網(wǎng)橋收集數據并將這些數據通過(guò)MB+ 網(wǎng)絡(luò )送到主監控單元PLC 。
　　系統的主監控單元通過(guò)可編程網(wǎng)橋編制不同的規約，滿(mǎn)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(gè)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)議的數據進(jìn)行協(xié)議轉化，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 國際標準規約實(shí)現與控制中心通訊;向下網(wǎng)絡(luò )通訊層通過(guò)網(wǎng)橋RS-422 接口MODBUS 標準規約實(shí)現與主變電站內的各開(kāi)關(guān)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(mǎn)足變電所綜合自動(dòng)化系統控制、測量、保護的技術(shù)要求。通過(guò)網(wǎng)橋與智能設備及控制中心通訊，由網(wǎng)橋實(shí)現協(xié)議轉換，降低PLC 的CPU 模塊負荷率，提高系統的可靠性。
　　配置液晶顯示器，用于變電所內監控、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(shí)現站內數據的顯示和控制。液晶顯示以漢字實(shí)時(shí)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(shí)間等。當多個(gè)事故信號同時(shí)發(fā)生時(shí)，液晶顯示報警裝置按新舊次序，在所內時(shí)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(guò)按鈕對顯示進(jìn)行選擇，必要時(shí)操作員可通過(guò)該組操作按鈕對開(kāi)關(guān)進(jìn)行所內集中控制。
　　“就地一遠方”控制切換裝置。為便于系統運行的需要，在中央信號屏內設有“就地一遠方”切換開(kāi)關(guān)，實(shí)現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。
　　系統的電源采用冗余配置，系統輸人兩路直流電源，保證系統在一路電源失電時(shí)，系統仍可無(wú)擾動(dòng)安全運行，提高系統的可靠性。