賴堅(jiān)仁

（寧波天安集團(tuán)，浙江寧波315700）

0 引言

北京地鐵昌平線二期環(huán)控電控柜項(xiàng)目采用的是施耐德公司的BLOKSET低壓開關(guān)柜，柜體上口由0.4 kV配電柜引來，下口主要是為車站及區(qū)間通風(fēng)空調(diào)設(shè)備提供電源。通風(fēng)空調(diào)設(shè)備主要包括空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥及冷水機(jī)組配套的冷凍泵、冷卻泵等。而環(huán)控電控柜中的IMCC（智能馬達(dá)控制中心）系統(tǒng)的主要作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)以上這些通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備的監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)智能模塊的參數(shù)設(shè)定、復(fù)位等，以保證在地鐵設(shè)備可靠、安全、高效運(yùn)行的條件下，為地鐵站內(nèi)空間和隧道空間提供安全舒適的通風(fēng)環(huán)境。

1 環(huán)控電控柜IMCC系統(tǒng)組成

地鐵車站的A、B兩端各有一個(gè)環(huán)控電控室，每個(gè)環(huán)控電控室放置一組環(huán)控電控柜，每組環(huán)控電控柜配置了一套IMCC系統(tǒng)，系統(tǒng)框架如圖1所示。

環(huán)控電控柜IMCC系統(tǒng)作為BAS監(jiān)控系統(tǒng)的底層設(shè)備單元由控制層和設(shè)備層組成，控制層主要由網(wǎng)關(guān)PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)組成，設(shè)備層包括馬達(dá)保護(hù)器、軟啟動(dòng)、智能儀表等各種智能元件。IMCC系統(tǒng)將各類通風(fēng)設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集匯總到網(wǎng)關(guān)PLC，再將采集的數(shù)據(jù)上傳給BAS系統(tǒng)，完成上層BAS系統(tǒng)與下層智能環(huán)控柜IMCC系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接轉(zhuǎn)換和信息的處理交換。同時(shí)通過網(wǎng)關(guān)PLC將上一級(jí)BAS系統(tǒng)的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給環(huán)控柜內(nèi)的智能單元，以完成環(huán)控電控柜IMCC系統(tǒng)的控制和集成。IMCC系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)通過冗余RS485總線連接，采用Modbus RTU協(xié)議。具體內(nèi)容如下：

圖1 環(huán)控電控柜IMCC系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

（1）車站A、B兩端每端的環(huán)控電控柜中各配置一臺(tái)PLC控制柜，IMCC系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)PLC設(shè)備放置在PLC控制柜中。網(wǎng)關(guān)PLC由羅克韋爾公司的1769-CompactLogix 5370 L2系列PLC和Micro820小型PLC兩部分組成，兩者之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中主PLC模塊由多種功能模塊通過拼接組合而成。

1）1769-24ER-QB1B主PLC模塊，24 V供電，750 kB的用戶內(nèi)存，自帶一個(gè)方口的USB接口，可以直接與電腦連接下載或上傳程序，內(nèi)置兩路EtherNet/IP通信端口。

2）配置兩個(gè)1769-SDN通信模塊，每個(gè)通信模塊自帶一個(gè)DeviceNet接口。通過DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)底層設(shè)備包括馬達(dá)保護(hù)器、軟啟動(dòng)器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、啟?？刂频取Ｍㄐ拍K上有個(gè)兩位數(shù)碼顯示區(qū)，用于顯示出現(xiàn)通信故障的底層設(shè)備的地址，如果多個(gè)設(shè)備出現(xiàn)通信故障則會(huì)循環(huán)顯示，這樣就可以保證維護(hù)人員在第一時(shí)間找出問題所在，提高消除設(shè)備故障的效率。

3）1769-SM2是羅克韋爾公司的一種Modbus通信模塊，自帶3個(gè)RJ45接口，通過Modbus總線對(duì)底層設(shè)備包括進(jìn)線儀表及雙電源控制器通信模塊進(jìn)行通信，讀取底層設(shè)備各種電量參數(shù)。但這個(gè)模塊只能設(shè)置為Modbus主站來使用，而不能設(shè)置為從站模式。

4）Micro820是羅克韋爾公 司Micro800系列小型PLC的一員，在這里作為網(wǎng)關(guān)PLC的一個(gè)重要組成部分，起到了承上啟下協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用。由于BAS系統(tǒng)跟IMCC系統(tǒng)連接接的是RS485冗余接口，采用Modbus通信協(xié)議，但是1769-SM2通信模塊只能作為主站使用，無法配置成從站來接收BAS系統(tǒng)下達(dá)的命令，因此無法采用1769-SM2模塊作為BAS系統(tǒng)的通信從站。而羅克韋爾公司另外一種可以設(shè)置成主從站模式的Modbus通信模塊MVI56-MVM價(jià)格非常昂貴，無法采用。所以，在滿足所有通信功能的條件下，選用了一種價(jià)格不到千元的小型PLC Micro820來代替價(jià)格昂貴的MVI56-MVM通信模塊。Micro820通過以太網(wǎng)連接將1769-CompactLogix主PLC采集到的底層設(shè)備的狀態(tài)及數(shù)據(jù)讀取過來，并把這些數(shù)據(jù)打包通過Modbus RTU協(xié)議發(fā)送給BAS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電控柜IMCC系統(tǒng)和BAS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信。

（2）IMCC系統(tǒng)設(shè)備層控制設(shè)備根據(jù)需要被安裝在進(jìn)線柜、饋線柜及軟起柜中。饋線柜主要安裝的是羅克韋爾公司AB品牌的E3 PLUS智能馬達(dá)控制器，而雙電源控制設(shè)備及智能儀表安裝在進(jìn)線柜內(nèi)。

1）E3 PLUS智能馬達(dá)控制器主要是對(duì)各種小風(fēng)機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)回路的智能控制及顯示，具有過載保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、相故障保護(hù)、接地故障保護(hù)等功能，并提供三相電流、平均電流、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障、電機(jī)操作次數(shù)、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間等監(jiān)測(cè)信息。通過DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線參數(shù)上傳網(wǎng)關(guān)PLC，并經(jīng)過網(wǎng)關(guān)PLC上傳到BAS系統(tǒng)。

2）雙電源設(shè)備在本項(xiàng)目中采用的是GE公司的產(chǎn)品，通過Modbus總線將雙電源開關(guān)的兩路電源狀態(tài)及斷路器接通狀態(tài)上傳至網(wǎng)關(guān)PLC。

3）智能電力儀表自帶RS485接口，將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、電度等數(shù)據(jù)上傳至BAS監(jiān)控系統(tǒng)。

2 IMCC系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的過程

軟件功能的實(shí)現(xiàn)主要由三部分組成，包括主PLC模塊編程、Micro820小型PLC編程以及組態(tài)軟件RSNetworx的配置。

（1）主PLC模塊程序開發(fā)包括通過DeviceNet總線對(duì)底層設(shè)備E3 PLUS馬達(dá)保護(hù)器啟停功能的實(shí)現(xiàn)及三相電流的測(cè)量，通過Modbus協(xié)議讀取雙電源狀態(tài)，以及如何將數(shù)據(jù)傳遞給Micro820，實(shí)現(xiàn)BAS系統(tǒng)的控制等這些內(nèi)容。

1）監(jiān)視雙電源控制器的運(yùn)行狀態(tài)是通過1769-SM2模塊來實(shí)現(xiàn)的。讀取雙電源控制器的通信程序，需要MSG消息指令，每一條MSG指令可以讀取指定Modbus地址的指定寄存器段的數(shù)據(jù)。然后點(diǎn)擊MSG通信模塊進(jìn)行文件配置，在配置文件中源元素是一個(gè)讀命令的數(shù)組，此數(shù)組文件必須先在控制器標(biāo)簽中建立，這里建了個(gè)CH1_MSG1_REQ的組數(shù)，其含義如下：

CH1_MSG1_REQ[0]：雙電源控制器Modbus從站地址；

CH1_MSG1_REQ[1]：功能碼，此處設(shè)置3；

CH1_MSG1_REQ[2]：讀取寄存器首地址；

CH1_MSG1_REQ[3]：讀取個(gè)數(shù)，不能超過配置文件中的源長(zhǎng)度。

目標(biāo)元素為讀取數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)組，通信路徑表示第一個(gè)通道CH1時(shí)為SM2，2，1；第二個(gè)通道CH2時(shí)為SM2，2，2；第三個(gè)通道CH3時(shí)為SM2，2，3。

2）網(wǎng)關(guān)PLC控制E3 PLUS的程序如圖2所示，其中FROM_M820[0].0表示來自BAS系統(tǒng)下發(fā)給Micro820小型PLC的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，F(xiàn)ROM_M820[0].1表示風(fēng)機(jī)停止信號(hào)。在風(fēng)機(jī)就地配電箱轉(zhuǎn)換開關(guān)在環(huán)控位，環(huán)控柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)在BAS位時(shí)，啟動(dòng)命令傳遞給馬達(dá)保護(hù)器的合閘寄存器位SDN_NO1_POL_O.OutputA，E3 PLUS輸出觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

圖2 控制馬達(dá)保護(hù)器程序

（2）Micro820作為網(wǎng)關(guān)PLC的組成部分，主要用作協(xié)議轉(zhuǎn)換。從1769-24ER-QB1B主PLC傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)，發(fā)送給BAS系統(tǒng)，以便BAS系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀況。

如圖3所示，RS_W[1]為主PLC發(fā)送來的變量，數(shù)組變量名稱與主PLC定義的數(shù)組名稱一致。將此數(shù)組傳遞給有地址映射的變量C_40101，BAS系統(tǒng)通過讀取和寫入這些變量地址，比如40101、40102等來監(jiān)視設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及控制底層控制設(shè)備啟動(dòng)和停止?fàn)顩r。

圖3 Modbus數(shù)據(jù)映射

（3）RSNetWorx for DeviceNet是羅 克 韋 爾 公 司 專 為DeviceNet總線而開發(fā)的一款硬件設(shè)備網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件，它被內(nèi)置于STUDIO 5000編程軟件中，可以通過1769-SDN/B這個(gè)硬件接口文件來打開RSNetWorx。如圖4所示，點(diǎn)擊組態(tài)軟件中的在線掃描按鈕，軟件就能掃描出DeviceNet網(wǎng)絡(luò)總線掛了多少設(shè)備，每個(gè)設(shè)備地址多少。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備沒有被掃描到，軟件不會(huì)顯示出來，就可以根據(jù)這個(gè)情況檢查總線設(shè)備線路故障的問題。

如圖4顯示，地址1到地址12都是DeviceNet總線上掛的馬達(dá)保護(hù)器E3 PLUS從站設(shè)備，此地址由馬達(dá)保護(hù)器面板設(shè)置，其中地址15為網(wǎng)關(guān)PLC中的1769-SDN掃描器主模塊，地址可以在模塊中設(shè)定。點(diǎn)擊馬達(dá)保護(hù)器設(shè)備，可以查看到設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電流、電壓、功率、脫扣記錄等參數(shù)，可以對(duì)各種保護(hù)參數(shù)包括過載保護(hù)、缺相保護(hù)、接地故障保護(hù)、電壓保護(hù)、失速保護(hù)、通信故障保護(hù)進(jìn)行設(shè)置，以保證能達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的要求。圖4所示為通信地址03馬達(dá)保護(hù)器所保護(hù)的電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的各相電流以及電流負(fù)載率的在線監(jiān)視狀況。

3 結(jié)語

本文以北京地鐵昌平線二期為例，敘述了環(huán)控電控柜IMCC系統(tǒng)的組成、總線構(gòu)成的方式及通過羅克韋爾STUDIO 5000軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備層設(shè)備監(jiān)控的過程。本系統(tǒng)通過小型PLC作為通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊大大降低了制造成本，調(diào)試方便簡(jiǎn)單，并且經(jīng)過一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行良好穩(wěn)定，對(duì)環(huán)控電控系統(tǒng)領(lǐng)域的智能化設(shè)計(jì)具有典型的參考意義。

圖4 DeviceNet總線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在線圖

[1]地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013[S].

[2]華春陽.可編程邏輯控制器在上海軌道交通6號(hào)線設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2010，13（4）：75-78.

[3]劉穎，江泳.北京地鐵車站級(jí)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施[J].電氣技術(shù)，2012（12）：48-52.