胡曉玨

上海地鐵維護(hù)保障有限公司供電分公司，上海 200003

1 概述

隨著人口數(shù)量的增加，城市規(guī)模的擴(kuò)大，軌道交通事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展起來。供電系統(tǒng)在其中起著輸送電能的作用，確保地鐵列車的暢通運(yùn)行及各部門輔助設(shè)備的正常運(yùn)作。

軌道交通變電所是供電系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。它全面采用了全所自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它是各個(gè)降壓變電所和牽引變電所通過分布式安裝，把所內(nèi)的監(jiān)控裝置及微機(jī)保護(hù)裝置通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)集成為一體，將采集到的模擬量和開關(guān)狀態(tài)信息以及事件順序記錄等數(shù)據(jù)傳送至中央控制室，同時(shí)也接受中央控制室下達(dá)的各種操作、控制、修改定值等命令，完成變電所全所自動(dòng)化系統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、遙控、以及遙調(diào)功能。

2 軌道交通變電所全所自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 變電所全所自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

軌道交通變電所采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)來實(shí)現(xiàn)全所自動(dòng)化的功能。它由35KV、10KV、1500VDC 各智能開關(guān)柜以及中央信號(hào)屏組成。各智能開關(guān)柜中配備下位可編程控制器——GE 90-30 系列PLC 一套。中央信號(hào)屏內(nèi)配備上位可編程控制器，包括GE 90-70 和GE 90-30 系列 PLC 各一套，以此互相配合來完成對(duì)變電所全所自動(dòng)化功能的控制。

各開關(guān)柜中的PLC 用于各開關(guān)柜內(nèi)部遙信、遙測(cè)、繼保、故障報(bào)警信息的采集及分合閘動(dòng)作的控制，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中央信號(hào)屏上顯示或報(bào)警。中央信號(hào)屏內(nèi)的PLC 接受變電所內(nèi)所有的遙信、遙測(cè)信號(hào)，通過整理后經(jīng)光纖傳送給中央控制室。同時(shí)，中央信號(hào)屏還接受從中央控制室下發(fā)的遙控命令，進(jìn)行處理后再發(fā)送給相應(yīng)的開關(guān)柜，以此來完成對(duì)各開關(guān)柜的分合閘遙控操作，從而實(shí)現(xiàn)軌道交通供電系統(tǒng)集中控制的控制結(jié)構(gòu)。

變電所內(nèi)所有的PLC 通過GE 專用的Genius Net 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起，構(gòu)成了完整的全所自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)分散采集，控制分散執(zhí)行和整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)集中管理的控制模式。

2.2 全所自動(dòng)化系統(tǒng)配置

系列90 PLC是GE FANUC系列可編程控制器家族中的一員，為客戶的應(yīng)用提供了非常靈活的系統(tǒng)組成方式。利用不同的系統(tǒng)組成可以滿足現(xiàn)場(chǎng)不同的控制對(duì)象要求。而且，PLC 系統(tǒng)容易安裝和組態(tài)，具有高級(jí)的編程能力。同時(shí)，還利用最新的開放性結(jié)構(gòu)技術(shù)，為客戶提供了更大的靈活性，大大加強(qiáng)了性能價(jià)格比，可使系統(tǒng)適合于從大到小的不同應(yīng)用。

經(jīng)過優(yōu)化選擇，軌道交通變電所中央信號(hào)屏內(nèi)上位可編程控制器90-70 PLC 及90-30 PLC 采用的配置分別如圖1，圖2所示：

圖1 中央信號(hào)屏內(nèi)90-70 PLC 配置圖

圖2 中央信號(hào)屏內(nèi)90-30 PLC 配置圖

1）分別根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)所配置模塊的總?cè)萘窟x擇最合適的電源模塊。其中，90-70 PLC 選擇型號(hào)為711 的電源模塊；90-30 PLC 選擇型號(hào)為321 的電源模塊；

2）中央處理單元——CPU 作為PLC 系統(tǒng)的核心部分，起著控制整個(gè)PLC 系統(tǒng)工作的重要作用。由于90-70 PLC 的CPU是單槽模塊，有許多不同的型號(hào)可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇。這些CPU模塊的處理速度、I/O 容量、存儲(chǔ)容量等技術(shù)指標(biāo)均不相同。選擇一個(gè)合適的CPU 模塊才能實(shí)現(xiàn)所需的功能并節(jié)約投資。經(jīng)過反復(fù)研究，終于決定采用型號(hào)為935 的CPU 模塊；

3）通訊協(xié)處理器模塊CCM 是90-70 PLC 的智能通訊模塊，有12MHZ 80C186 微處理器。它可以通過機(jī)架總線高速操作PLC 內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)不同CPU 之間的通訊；

4）GENIUS I/O 總線控制模塊GBC 作為智能模塊，含INTEL 80186 主處理器，6306 微處理器，支持GENIUS I/O 總線的通訊，內(nèi)含存儲(chǔ)器和GENIUS I/O 總線接口和系統(tǒng)總線接口；

1.技術(shù)進(jìn)步。從以往發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，城鎮(zhèn)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的升級(jí)都與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的高低以及新技術(shù)能否運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之中對(duì)產(chǎn)城融合的進(jìn)步與遲滯都密不可分?？萍歼M(jìn)步不但可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，尤其是工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步為城鎮(zhèn)化的發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)支撐，而且現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步也有利于城鎮(zhèn)人口、城鎮(zhèn)空間和城鎮(zhèn)功能的擴(kuò)散和延伸，以及城鎮(zhèn)發(fā)展合理規(guī)劃。

5）全所自動(dòng)化系統(tǒng)通過DI 模塊來實(shí)現(xiàn)遙信功能；通過DO 模塊來實(shí)現(xiàn)遙控功能；通過AI 模塊來實(shí)現(xiàn)遙測(cè)功能。

以上90-70 PLC 及90-30 PLC 的模塊分別安裝在二個(gè)機(jī)架上。該機(jī)架上設(shè)有背板總線，各模塊通過背板總線相互交換信息和命令。

2.3 全所自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1) GENIUS NET

GENIUS NET 是美國(guó)較為流行的一種通訊協(xié)議。它為令牌總線網(wǎng)，能掛多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

變電所內(nèi)各智能開關(guān)柜中的PLC 通過GENIUS 總線控制器GBC 模塊組成了GENIUS NET

現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。通過Genius Net 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制總線，中央信號(hào)屏與各智能開關(guān)柜交換信息，實(shí)時(shí)向中央信號(hào)屏發(fā)送遙信、遙測(cè)信息，接受中央信號(hào)屏發(fā)給本柜的控制信息。

就變電所10kV 開關(guān)柜系統(tǒng)而言，全所自動(dòng)化系統(tǒng)在它其中7 個(gè)開關(guān)柜內(nèi)各安裝了一套90-30 PLC。它們分別是：1#進(jìn)線柜、2#進(jìn)線柜、1#饋線柜、2#饋線柜、母聯(lián)柜、1#配電柜、2#配電柜。

10KV 開關(guān)柜系統(tǒng)PLC 通訊網(wǎng)絡(luò)GENIUS 網(wǎng)連接如圖3 所示：

圖3 10KV 開關(guān)柜系統(tǒng)GENIUS 網(wǎng)絡(luò)連接圖

2）PROFI-BUS

中央信號(hào)屏通過Profi-bus 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與1500VDC 饋線柜交換遙信、遙測(cè)和遙控信息。

3）RS232 和RS485

RS232 和RS485 是常用的底層通訊標(biāo)準(zhǔn)。

在變電所各智能開關(guān)柜的90-30 PLC 中均配有一塊編程協(xié)處理器PCM 模塊。它通過編程可以完成接口操作、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊等功能。它有RS-232 接口和RS-485 接口，并通過其中RS-485 接口與繼保裝置連接，讀取繼保信息。

3 全所自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

全所自動(dòng)化系統(tǒng)具有安全監(jiān)控功能。它不僅對(duì)變電所內(nèi)各種保護(hù)裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還不斷地對(duì)采集到的各種電壓電流值進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有越限情況，中央信號(hào)屏就通過串行接口向工業(yè)報(bào)警顯示裝置發(fā)送報(bào)警信息，通過報(bào)警蜂鳴器和報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)全所集中報(bào)警功能。并且，針對(duì)不同的越限報(bào)警設(shè)置了不同的報(bào)警提示音，以便提醒值班員及時(shí)做出正確的判斷和處理。

同時(shí)，全所自動(dòng)化系統(tǒng)還在硬件保護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)置了強(qiáng)大的軟件閉鎖保護(hù)功能。無論是何種操作，都設(shè)有相應(yīng)的功能強(qiáng)大的軟件閉鎖。例如，對(duì)某個(gè)開關(guān)進(jìn)行遙控合閘操作時(shí)，在將其“遙控/就地”選擇開關(guān)打到了“遙控位”后，方可實(shí)現(xiàn)由變電所內(nèi)中央信號(hào)屏或中央控制室對(duì)該開關(guān)柜進(jìn)行遙控合閘操作。因?yàn)橛?jì)算機(jī)對(duì)開關(guān)柜有保護(hù)性聯(lián)鎖，所以必須滿足所對(duì)應(yīng)的條件，如開關(guān)本體無故障、工作小車已到位、PLC 網(wǎng)絡(luò)通訊正常、對(duì)PLC 內(nèi)部的故障標(biāo)志已清除等等。只有當(dāng)所有的條件都滿足要求時(shí)，才能順利完成此次遙控合閘的操作。這樣強(qiáng)大的軟件閉鎖功能，對(duì)防止誤操作的產(chǎn)生提供了有力的保障，提高了變電所供電設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

由于自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，都具有故障自診斷功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)反映出故障時(shí)間、故障類型、故障部位，給維修工作帶來了極大的便利，大大縮短了故障維修時(shí)間。

4 結(jié)論

由于采用全所自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅全面保障了軌道交通變電所安全、可靠的運(yùn)行水平，同時(shí)也提高了軌道交通供電系統(tǒng)的技術(shù)水平和管理水平。但是，軌道交通變電所全所自動(dòng)化系統(tǒng)還處于起步階段，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，還是會(huì)遇到各種問題。我們相信，隨著系統(tǒng)硬件和軟件的不斷改進(jìn)和升級(jí)換代，全所自動(dòng)化系統(tǒng)的功能將越來越強(qiáng)大，它的性能也將日趨完善。

[1]GE Fanuc Automation關(guān)于PLC的培訓(xùn)教材資料.

[2]上海軌道交通三號(hào)線變電所全所自動(dòng)化系統(tǒng)的培訓(xùn)手冊(cè)資料.

[3]上海軌道交通三號(hào)線牽引降壓站系統(tǒng)操作說明資料.

[4]黃益莊.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社.