上海地鐵共和新路線變電站PLC 自動化系統設計

　　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于電能。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，因此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等功能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。
　　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。
　　地鐵變電站自動化系統組成
　　在本地鐵變電站自動化系統設計中，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版權所有，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。下位監控單元安裝于各開關柜內，上位監控單元通過所內通信網絡對其進行監視控制。變電站自動化系統需要對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行監控和數據采集。
　　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。其品種齊全，功能繁多，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ModiQuantum 系列PLC ，來實現變電站自動化的RTU 功能.QuantumPLC 具有模塊化，可擴展的體系(con) 結構，用于工業和制造過程實時控制。對應于變電站的電壓等級和點數的多少，可以選用大、中、小型不同容盈的PLC 產品。
　　隨著保護裝置功能的日益強大，PLC 可以通過與保護裝置的通訊來實現三遙功能。一些特殊要求的情況下，采用DI, DO, AI 模塊來實現遙控、遙測和遙信。使用PLC 的DI 模塊來實現遙信、用PLC 的DO 模塊來實現遙控、用PLC 的AI 模塊來實現遙測、用PLC 的通信功來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現“三遙”基本功能。
　　地鐵變電站自動化系統設計
　　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過RS 一485 總線分成幾個組，連接到網橋的Modbus 通訊口上，通過網橋收集數據并將這些數據通過MB+ 網絡送到主監控單元PLC 。
　　系統的主監控單元通過可編程網橋編制不同的規約，滿足與不同智能設備之間的接口需要。MODBUS 網橋NW-BM85C002 MB+ 網橋/多路轉換器，每臺網橋具有4個通訊口與間隔層的智能設備通訊控制工程網版權所有，網橋將MODBUS 協議的數據進行協議轉化，通過MB 十網絡與PLC 建立網絡通訊，同時在中央信號屏中還配有可編程網橋NW 一BM85C485 ，通過MB+ 網絡與PLC 連接，每個可編程網橋具有四個通訊協議可編程的RS 一485 口，在本方案中對其中的兩個口進行編程，使之通過IEC 一60870-7-101 與中央控制中心通訊。
　　系統網絡通訊層向上通過可編程網橋的RS 一422 接口采用IEC60870-5-101 國際標準規約實現與控制中心通訊;向下網絡通訊層通過網橋RS-422 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。通過網橋與智能設備及控制中心通訊，由網橋實現協議轉換，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。