PLC在軌道交通直流牽引監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
2012-08-20 來源：作者：劉建強 來源：中國論文網
1、引言
近年來隨著城市軌道交通自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展，很多大型設備的監(jiān)視和控制都選用微型plc進行改造。對某些控制點少而控制邏輯又較復雜的小型設備來說，微型可編過程控制器緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格、強大的指令以及較高的可靠性和簡便的維護近乎完美的滿足了小規(guī)模的控制要求。如1500v直流開關柜的測控單元開關整流器的監(jiān)視單元和400v開關柜的測控單元等均采用了plc可編程程控制器，給安裝、運行、維護帶來諸多的便利。以下給出的就是sepcos-NGplc在蘇州軌道交通一號線直流牽引監(jiān)控系統(tǒng)中的一個典型應用實例。
2、需求分析
2.1控制網絡
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。為了實現整體系統(tǒng)的安全可靠運行，必須實現電力系統(tǒng)的調度、運營和管理的自動化。變電站綜合自動化系統(tǒng)是軌道交通供電自動化的基本組成，是實現電力監(jiān)控系統(tǒng)功能的基本單元。軌道交通變電站內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。設計一個快速、穩(wěn)定、可靠的控制網絡是軌道交通變電站自動化系統(tǒng)的基本要求之一，是實現軌道交通供電系統(tǒng)運行管理功能的前提。
2.2網絡結構
整個上來講，軌道交通變電站綜合自動化系統(tǒng)劃分為站級管理層，網絡通信層，間隔層：
（1）站級管理層為設置在控制信號盤內的冗余熱備的通信控制器、通用測控裝置和一體化監(jiān)視計算機。
（2）間隔層包括分散安裝于供電一次設備中的各種微機保護測控單元、信息采集設備、智能測控單元以及采用硬接點接入的現場設備。設備包括400v及35kv交流保護測控單元、1500v直流保護測控單元、變壓器溫控器、軌電位限制裝置、制動能量吸收裝置、雜散電流監(jiān)控單元、ups直流屏、電度表、上網隔離開關、跟隨所負荷開關等.
?。?）網絡通信層即為所內通信網絡和接口設備，間隔單元通過所內通信網絡層與站級管理層進行數據交換。
整個系統(tǒng)面向變電所通盤考慮，通過間隔單元與一次開關設備、ct/pt等設備接口，實現對變電所設備的控制、監(jiān)視、測量、繼電保護及數據管理、遠程通信等綜合自動化管理，以保證供電系統(tǒng)的安全可靠運行。
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)，動力、照明、信號電源三個系統(tǒng)。在軌道交通一號線供電系統(tǒng)中，作為軌道交通變電所自動化系統(tǒng)間隔層非常重要的組成部分，直流牽引供電系統(tǒng)直接給列車提供動力，其好壞直接影響整個地鐵供電系統(tǒng)質量的高低。如果牽引供電系統(tǒng)出現問題，小則影響某個變電站、幾個供電區(qū)間的輸送電，大則引起整個牽引供電系統(tǒng)崩潰，給地鐵列車的安全、運營造成影響。
軌道交通牽引供電系統(tǒng)是直接為地鐵列車提供動力的系統(tǒng)，可以保證地鐵列車高速、安全、可靠、經濟節(jié)電地運行。目前蘇州軌道交通一號線牽引供電的運行采用雙機組雙邊供電方式，即每個牽引變電站2臺牽引機組帶2臺總閘，并列向直流母線供電運行，直流母線下設4臺分閘，即饋線開關（加上備用共5臺），分別向上行、下行車輛進行主備供電，兩個相鄰的牽引變電站同時向站內同一饋電區(qū)間供電。
3、sepcos-NGplc具體實現功能
r1、r2為整流器裝置，60、70為直流進線隔離開關，10、20、30、40和90為饋線斷路器，61和71為進線斷路器，65和75為負極斷路器，14、24、34和44為旁路隔離開關，而16、26、36和46為上網隔離開關，813和824為越區(qū)隔離開關，除了旁路隔離開關和上網隔離開關之外，所有的保護和測控工作一般均由直流保護裝置（如dpu96）進行監(jiān)視和控制，而對于旁路隔離開關和上網隔離開關的監(jiān)視和控制工作將是由sepcos-NGplc來完成，對于每一個饋線開關來講，均配置一個sepcos-NGplc，該plc主要有8個字節(jié)的輸出和8個字節(jié)的輸入，其完成的監(jiān)控功能如表1所示。
4、sepcos-NGplc與上位機通信過程
以蘇州軌道交通一號線為例，變電所自動化系統(tǒng)采用的是南瑞的rt21-sas系統(tǒng)，而1500v直流開關柜測控單元sepcos-NGplc與上位機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主站進行連接，c101通信控制器除了sepcos-NGplc進行主從連接外，還提供另一路profibus-dp接口與1500v直流開關柜直流保護測控單元dpu96，每個站設置2套協(xié)議及光電轉換模塊，實現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過profibus-dp規(guī)約與c101通信控制器實現互聯。具體連接方案。
sepcos-NGplc作為dp從站，與c101通信控制器實現互聯通信。c101通信控制器為南瑞自主研發(fā)的遵循en50170標準的profibus-dp主站，它主要完成profibus協(xié)議轉換成與總控通信的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和上網隔離開關的監(jiān)控、數據采集等功能。
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現場總線網絡中，此外，sepcos-NGplc的em277還用來作為西門子step7v5.3對sepcos-NGplc進行組態(tài)，主要是通過sepcos-NGplc的mpi通訊口與裝有西門子step7v5.3的計算機來對steps7軟件進行組態(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em277profibus-dp模塊用作mpi通訊時，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，將會被傳送到sepcos-NGplc上，從而達到對sepcos-NGplc組態(tài)的目標。以下為sepcos-NGplc作為dp從站與c101主站的組態(tài)參數配置如表2所示。
整體上，所有的現場profibus-dp通信設備均使用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)約采集底層現場設備的數據，并通過雙can現場總線規(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，對底層profibus-dp現場設備進行實時監(jiān)控，從而滿足了蘇州軌道交通一號線的1500v直流測控的實時數據采集、監(jiān)控、繼電保護等各種功能。
實現上，c101通信控制器與底層設備的數據傳輸速率為187.5k，c101做dp的通信主站，周期性的掃描底層設備，根據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控保護裝置dpu96，另一組光纖接口連接sepcos-NG完成對1500v直流進線柜、負極柜、饋線柜一次設備的實時監(jiān)控功能。之所以采用兩組光纖接口是由于1500v直流開關室與變電所監(jiān)控中心的距離比較遠（一般500～1km），使用電接口將會導致信號衰減以致于誤碼率將會大大提高。
profibus的應用，首先必須進行嚴格的組態(tài)，使主站與從站的數據嚴格一致，考慮到使用者大多熟悉siemens公司提供的通用組態(tài)軟件comprofibus，應用軟件使用的數據文件格式和用comprofibus生成的數據文件格式完全相同，并且支持到最新的5.0版本。通過“超級終端”，還可以隨時觀察組態(tài)數據文件的參數內容，以確認組態(tài)的正確性。
5、結束語
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，達到了理想的效果。sepcos-NGplc應用于軌道交通直流牽引領域，不僅在很大程度上減少了二次接線、設備，減少了變電站運行維護量；取消了軌道交通牽引供電系統(tǒng)保護屏，大大降低了系統(tǒng)的造價；而且提高二次回路的智能控制能力、自動化水平和供電質量，降低故障率，使牽引供電系統(tǒng)能更加可靠地運行。sepcos-NGplc作為profibus-dp從站，用一根雙絞線連接主站，若要擴展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用，系統(tǒng)擴展非?？旖?。目前該應用方案可以在蘇州軌道交通一號線直流牽引監(jiān)控現場穩(wěn)定運行。由于sepcos-NGplc具有數據傳輸速度快、系統(tǒng)實現簡單、可靠性高等優(yōu)點，其必將在軌道交通系統(tǒng)中得到廣泛的應用。
