PLC在軌道交通直流牽引監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
2012-08-20 來源：作者：劉建強(qiáng) 來源：中國論文網(wǎng)
1、引言
近年來隨著城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)的快速發(fā)展，很多大型設(shè)備的監(jiān)視和控制都選用微型plc進(jìn)行改造。對(duì)某些控制點(diǎn)少而控制邏輯又較復(fù)雜的小型設(shè)備來說，微型可編過程控制器緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格、強(qiáng)大的指令以及較高的可靠性和簡便的維護(hù)近乎完美的滿足了小規(guī)模的控制要求。如1500v直流開關(guān)柜的測(cè)控單元開關(guān)整流器的監(jiān)視單元和400v開關(guān)柜的測(cè)控單元等均采用了plc可編程程控制器，給安裝、運(yùn)行、維護(hù)帶來諸多的便利。以下給出的就是sepcos-NGplc在蘇州軌道交通一號(hào)線直流牽引監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例。
2、需求分析
2.1控制網(wǎng)絡(luò)
城市軌道交通供電系統(tǒng)是自成體系的配電系統(tǒng)，包含有傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)和直流牽引供電系統(tǒng)兩部分。為了實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的調(diào)度、運(yùn)營和管理的自動(dòng)化。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是軌道交通供電自動(dòng)化的基本組成，是實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)功能的基本單元。軌道交通變電站內(nèi)各層之間的信息可充分共享，并通過通信接口與外系統(tǒng)交換信息。設(shè)計(jì)一個(gè)快速、穩(wěn)定、可靠的控制網(wǎng)絡(luò)是軌道交通變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求之一，是實(shí)現(xiàn)軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行管理功能的前提。
2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個(gè)上來講，軌道交通變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為站級(jí)管理層，網(wǎng)絡(luò)通信層，間隔層：
?。?）站級(jí)管理層為設(shè)置在控制信號(hào)盤內(nèi)的冗余熱備的通信控制器、通用測(cè)控裝置和一體化監(jiān)視計(jì)算機(jī)。
?。?）間隔層包括分散安裝于供電一次設(shè)備中的各種微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元、信息采集設(shè)備、智能測(cè)控單元以及采用硬接點(diǎn)接入的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。設(shè)備包括400v及35kv交流保護(hù)測(cè)控單元、1500v直流保護(hù)測(cè)控單元、變壓器溫控器、軌電位限制裝置、制動(dòng)能量吸收裝置、雜散電流監(jiān)控單元、ups直流屏、電度表、上網(wǎng)隔離開關(guān)、跟隨所負(fù)荷開關(guān)等.
（3）網(wǎng)絡(luò)通信層即為所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)備，間隔單元通過所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)層與站級(jí)管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
整個(gè)系統(tǒng)面向變電所通盤考慮，通過間隔單元與一次開關(guān)設(shè)備、ct/pt等設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所設(shè)備的控制、監(jiān)視、測(cè)量、繼電保護(hù)及數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程通信等綜合自動(dòng)化管理，以保證供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
一般來講，軌道交通供電系統(tǒng)分為高壓電源系統(tǒng)，直流牽引供電系統(tǒng)，動(dòng)力、照明、信號(hào)電源三個(gè)系統(tǒng)。在軌道交通一號(hào)線供電系統(tǒng)中，作為軌道交通變電所自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層非常重要的組成部分，直流牽引供電系統(tǒng)直接給列車提供動(dòng)力，其好壞直接影響整個(gè)地鐵供電系統(tǒng)質(zhì)量的高低。如果牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，小則影響某個(gè)變電站、幾個(gè)供電區(qū)間的輸送電，大則引起整個(gè)牽引供電系統(tǒng)崩潰，給地鐵列車的安全、運(yùn)營造成影響。
軌道交通牽引供電系統(tǒng)是直接為地鐵列車提供動(dòng)力的系統(tǒng)，可以保證地鐵列車高速、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)電地運(yùn)行。目前蘇州軌道交通一號(hào)線牽引供電的運(yùn)行采用雙機(jī)組雙邊供電方式，即每個(gè)牽引變電站2臺(tái)牽引機(jī)組帶2臺(tái)總閘，并列向直流母線供電運(yùn)行，直流母線下設(shè)4臺(tái)分閘，即饋線開關(guān)（加上備用共5臺(tái)），分別向上行、下行車輛進(jìn)行主備供電，兩個(gè)相鄰的牽引變電站同時(shí)向站內(nèi)同一饋電區(qū)間供電。
3、sepcos-NGplc具體實(shí)現(xiàn)功能
r1、r2為整流器裝置，60、70為直流進(jìn)線隔離開關(guān)，10、20、30、40和90為饋線斷路器，61和71為進(jìn)線斷路器，65和75為負(fù)極斷路器，14、24、34和44為旁路隔離開關(guān)，而16、26、36和46為上網(wǎng)隔離開關(guān)，813和824為越區(qū)隔離開關(guān)，除了旁路隔離開關(guān)和上網(wǎng)隔離開關(guān)之外，所有的保護(hù)和測(cè)控工作一般均由直流保護(hù)裝置（如dpu96）進(jìn)行監(jiān)視和控制，而對(duì)于旁路隔離開關(guān)和上網(wǎng)隔離開關(guān)的監(jiān)視和控制工作將是由sepcos-NGplc來完成，對(duì)于每一個(gè)饋線開關(guān)來講，均配置一個(gè)sepcos-NGplc，該plc主要有8個(gè)字節(jié)的輸出和8個(gè)字節(jié)的輸入，其完成的監(jiān)控功能如表1所示。
4、sepcos-NGplc與上位機(jī)通信過程
以蘇州軌道交通一號(hào)線為例，變電所自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是南瑞的rt21-sas系統(tǒng)，而1500v直流開關(guān)柜測(cè)控單元sepcos-NGplc與上位機(jī)rt21-sas系統(tǒng)的通信接口采用就是profibus-dp規(guī)約與南瑞的c101通信控制器profibus主站進(jìn)行連接，c101通信控制器除了sepcos-NGplc進(jìn)行主從連接外，還提供另一路profibus-dp接口與1500v直流開關(guān)柜直流保護(hù)測(cè)控單元dpu96，每個(gè)站設(shè)置2套協(xié)議及光電轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)profibus-dp信息的接入。此外，35kv的整流器監(jiān)控單元與rt21-sas系統(tǒng)的通信接口方案也是經(jīng)過profibus-dp規(guī)約與c101通信控制器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。具體連接方案。
sepcos-NGplc作為dp從站，與c101通信控制器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信。c101通信控制器為南瑞自主研發(fā)的遵循en50170標(biāo)準(zhǔn)的profibus-dp主站，它主要完成profibus協(xié)議轉(zhuǎn)換成與總控通信的can2.0b協(xié)議。sepcos-NGplc作為c101的從站，主要用于1500v直流饋線柜的旁路隔離開關(guān)和上網(wǎng)隔離開關(guān)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等功能。
從通信流程上來講，sepcos-NGplc主要是通過em277將sepcos-NGplccpu作為dp從站連接到profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中，此外，sepcos-NGplc的em277還用來作為西門子step7v5.3對(duì)sepcos-NGplc進(jìn)行組態(tài)，主要是通過sepcos-NGplc的mpi通訊口與裝有西門子step7v5.3的計(jì)算機(jī)來對(duì)steps7軟件進(jìn)行組態(tài)。為了使sepcos-NGplc的em277profibus-dp模塊可以與主站通訊，sepcos-NGplc與主站必須工作在相同的波特率下。當(dāng)em277profibus-dp模塊用作mpi通訊時(shí)，其mpi主站必須使用dp模塊的站址向sepcos-NG發(fā)送組態(tài)信息，發(fā)送到em277dp模塊的mpi組態(tài)信息，將會(huì)被傳送到sepcos-NGplc上，從而達(dá)到對(duì)sepcos-NGplc組態(tài)的目標(biāo)。以下為sepcos-NGplc作為dp從站與c101主站的組態(tài)參數(shù)配置如表2所示。
整體上，所有的現(xiàn)場(chǎng)profibus-dp通信設(shè)備均使用profibus-dp規(guī)約接入南瑞自主研發(fā)的c101通信控制器，c101通信控制器主要目的就是利用profibus-dp通信規(guī)約采集底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過雙can現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)約送往南瑞的pscada總控系統(tǒng)c302，另外，c101還將接受c302的各種控制、查詢命令，對(duì)底層profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而滿足了蘇州軌道交通一號(hào)線的1500v直流測(cè)控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、繼電保護(hù)等各種功能。
實(shí)現(xiàn)上，c101通信控制器與底層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率為187.5k，c101做dp的通信主站，周期性的掃描底層設(shè)備，根據(jù)蘇州軌道交通公司的要求，c101通信控制器提供兩組profibus通信接口。其中一組光纖接口連接西門子的直流測(cè)控保護(hù)裝置dpu96，另一組光纖接口連接sepcos-NG完成對(duì)1500v直流進(jìn)線柜、負(fù)極柜、饋線柜一次設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。之所以采用兩組光纖接口是由于1500v直流開關(guān)室與變電所監(jiān)控中心的距離比較遠(yuǎn)（一般500～1km），使用電接口將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減以致于誤碼率將會(huì)大大提高。
profibus的應(yīng)用，首先必須進(jìn)行嚴(yán)格的組態(tài)，使主站與從站的數(shù)據(jù)嚴(yán)格一致，考慮到使用者大多熟悉siemens公司提供的通用組態(tài)軟件comprofibus，應(yīng)用軟件使用的數(shù)據(jù)文件格式和用comprofibus生成的數(shù)據(jù)文件格式完全相同，并且支持到最新的5.0版本。通過“超級(jí)終端”，還可以隨時(shí)觀察組態(tài)數(shù)據(jù)文件的參數(shù)內(nèi)容，以確認(rèn)組態(tài)的正確性。
5、結(jié)束語
使用sepcos-NG可編程控制器替代繼電控制，不但省略了許多繁瑣的中間控制環(huán)節(jié)，還大大提高了可靠性和精確性，達(dá)到了理想的效果。sepcos-NGplc應(yīng)用于軌道交通直流牽引領(lǐng)域，不僅在很大程度上減少了二次接線、設(shè)備，減少了變電站運(yùn)行維護(hù)量；取消了軌道交通牽引供電系統(tǒng)保護(hù)屏，大大降低了系統(tǒng)的造價(jià)；而且提高二次回路的智能控制能力、自動(dòng)化水平和供電質(zhì)量，降低故障率，使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)能更加可靠地運(yùn)行。sepcos-NGplc作為profibus-dp從站，用一根雙絞線連接主站，若要擴(kuò)展dp從站，只需將總線延伸，加入其它sepcos-NGplc從站，不再增加布線的工作量和費(fèi)用，系統(tǒng)擴(kuò)展非?？旖?。目前該應(yīng)用方案可以在蘇州軌道交通一號(hào)線直流牽引監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。由于sepcos-NGplc具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其必將在軌道交通系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
