LK在地鐵變電站自動化系統中的應用

1 引言

　　地鐵的供電系統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電能。地鐵供電電源一般取自城市電網，通過城市電網一次電力系統和地鐵供電系統實現輸送或變換，然后以適當的電壓等級供給地鐵各類設備。

　　地鐵供電系統不僅為地鐵車輛運行提供牽引電源，同時為整個地鐵的環控、照明、信號及運營管理系統等所有用電設施提供電源。地鐵供電系統的安全、可靠運行，是維系地鐵各個系統正常運行的重要保障。

　　地鐵全面采用變電站自動化設計，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誤。在變電站綜合自動化系統中，監控系統至關重要，是確保整個系統可靠運行的關鍵。

　　變電站自動化系統，經過幾代的發展，已經進入了分散式控制系統時代。遙測、遙信、遙控命令執行和繼電保護功能等均由現場單元部件獨立完成，并將這些信息通過通訊系統送至后臺計算機系統。變電站自動化的綜合功能均由后臺計算機系統承擔，可以提高電網的安全、經濟運行水平，減少基建投資，及時掌握電網及變電站的運行情況，提高變電站的可控性，為推廣變電站無人值班提供了手段。

　　將變電站中的微機保護、微機監控等裝置通過計算機網絡和現代通信技術集成為一體化的自動化系統。它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。

2 地鐵變電站自動化系統組成

　　變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統、繼電報護、自動裝置和遠動裝置等)經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、plc技術、通信技術和信號處理技術，實現對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等自動化功能。

　　本地變電站自動化系統采用分層分布式功能分割方案。系統縱向分三層，即變電站管理層、網絡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，各下位監控單元安裝于各開關柜內，上位監控單元通過站內通信網絡對其進行監視控制。變電站自動化系統需要對交流微機保護測控裝置、直流750v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行監控和數據采集。系統結構如圖1所示。

　　由于可編程序控制器技術經過幾十年的發展，已經相當成熟，己被廣泛應用于工業控制的各個領域。用plc來實現地鐵變電站自動化的rtu功能，能夠很好地滿足“三遙”的要求。本系統采用了和利時公司 lk系列plc，來實現變電站自動化的rtu功能。lk具有模塊化，可擴展的體系結構，用于工業和制造過程實時控制。

　　變電站管理單元內的主監控部分采用具有冗余功能的cpu模塊lk210，可以實現profibus-dp網絡冗余，增強主控制器與遠程i/o通訊的可靠性。電源模塊，同樣采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統輸人兩路直流電源，保證系統在1路電源失電時，系統仍可無擾動安全運行，提高系統的可靠性。

　　隨著當地保護裝置功能的日益強大，可以通過與保護裝置的通訊來實現遙控和遙信功能。lk系列plc支持多種通訊協議，可以輕松與第三方設備進行通訊，本系統中線路縱差保護裝置通過modbus協議與控制中心plc通訊，滿足變電所綜合自動化系統控制、測量、保護的技術要求。

附圖 地鐵變電站自動化系統結構圖

3 地鐵變電站自動化系統設計

　　3.1 系統結構

　　變電站管理單元內的主監控部分采用和利時公司lk系列plc。cpu模塊采用工業級處理器lk210，主頻533mhz，程序內存16m，數據內存64m，掉電保持區為1m。能實現cpu及i/o進行自診斷。

　　電源模塊，采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統輸人兩路直流電源，保證系統在1路電源失電時，系統仍可無擾動安全運行，提高系統的可靠性。系統結構如附圖所示。

　　間隔層的微機保護裝置經過rs-485總線分成幾個組，連接到cpu模塊lk210的com2通訊口上，通過modbus協議收集數據并將這些數據送到主監控單元lk　plc。

　　系統網絡通訊層向上通過高速工業以太網實現與控制中心通訊；向下網絡通訊層通過rs-485接口modbus標準規約實現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控制、測量、保護的技術要求。

　　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。帶有液晶顯示器實現站內數據的顯示和控制。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。事件變位的內容、時間等。當多個事故信號同時發生時，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/遠方”控制切換裝置。為便于系統運行的需要，在中央信號屏內裝有“就地/遠方”切換開關，實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，系統仍可無擾動安全運行，提高系統的可靠性。

　　 3.2 開放式、宜擴展性設計

　　可以與滿足相應標準規約(profibus、tcp/ip、modbus等)的其它公司相關的(ied)互聯進行信息交換。充分考慮到變電站擴建、改造等因素，間隔層設備基于模塊式標準化設計，可根據要求隨意配置，變電站層設備設置靈活。

　　網絡通訊層設計考慮到工業以太網、rs485、modbus等現場總線的接口設計，能充分滿足大流量實時數據傳送的實時性和可靠性。

　　3.3 軟件設計

　　plc軟件方面，由于plc以循環掃描和中斷兩種方式來執行程序。為了完成所有rtu功能，plc采用循環掃描方式，與各個間隔層保護單元進行通訊。通過profibus-dp總線，讀取各個保護單元的遙測、遙信信息，同時通過總線通訊對各個智能保護裝置進行設點操作，實現對開關的遙控功能。本系統采用了lk系列plc配套的powerpro編程軟件中的fbd方式，進行了plc的組態，實現了變電站自動化的三遙功能。

　　通過使用合適的功能塊的組合，可以實現你所要的功能。其中的功能塊有powerpro軟件的提供的標準功能塊，也可以自己定義，自己獨特的功能塊。

　　遙信的實現，有兩種方式。一種是通訊方式，當變電站設備發生變位時，通過plc與智能保護裝置的通訊，讀取變位的信息到plc中，并將其上送給控制中心。另一種為di模塊方式，通過連接設備的位置繼電器，plc的di模塊能夠感知設備的變位信息。

　　遙測的實現也包含兩種方式。一種是通訊方式，plc通過與智能保護裝置的通訊，實時獲取保護裝置采集的遙測量信息，相當于由保護裝置完成現場級的采集功能。另一種為ai模塊方式，由plc自己來完成現場的遙測量采集，并將采集到的數據存放在ram中。網橋將ram中的遙測量信息，作為二級數據，實時的與控制中心進行通訊。

　　網橋中的報文接收分析程序分析控制中心傳來的報文，如果分析認為其是遙控報文，對其進行報文解析，將獲取的遙控對象信息寫入plc，由plc程序與智能保護裝置通訊，來完成遙控功能。