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    1 引言

    地鐵是我國大型城市公共交通的重點發(fā)展方向,而可靠的供電是地鐵安全運營的重要保障,功能強大的地鐵供電變電站自動化系統(tǒng)又是保證供電質(zhì)量的基礎(chǔ)。地鐵供電變電站的一次設(shè)備、運行方式及管理模式與大電網(wǎng)變電站有一定的差異,導致了其自動化系統(tǒng)的功能也與大電網(wǎng)變電站的功能存在不少差異。

    變電站自動化系統(tǒng)，經(jīng)過幾代的發(fā)展，已經(jīng)進入了分散式控制系統(tǒng)時代。遙測、遙信、遙控命令執(zhí)行和繼電保護功能等均由現(xiàn)場單元部件獨立完成，并將這些信息通過通訊系統(tǒng)送至后臺計算機系統(tǒng)。變電站自動化的綜合功能均由后臺計算機系統(tǒng)承擔。將變電站中的微機保護、微機監(jiān)控等裝置通過計算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)集成為一體化的自動化系統(tǒng)。它取消了傳統(tǒng)的控制屏臺、表計等常規(guī)設(shè)備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。  
                      
    由于可編程序控制器技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當成熟。其品種齊全，功能繁多，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。用PLC來實現(xiàn)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(tǒng)采用了OMRON C200HG中型PLC，來實現(xiàn)變電站自動化的RTU功能。歐姆龍系列PLC具有模塊化，可擴展的體系結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)和制造過程實時控制。當然，對應(yīng)于變電站的電壓等級和點數(shù)的多少，可以選用大、中、小型不同容量的PLC產(chǎn)品。 

    隨著當?shù)乇Ｗo裝置功能的日益強大，可以通過與保護裝置的通訊來實現(xiàn)遙控和遙信功能。一些特殊要求的情況下，采用DI、DO、AI模塊來實現(xiàn)遙控和遙信。使用PLC的DI模塊來實現(xiàn)遙信、用PLC的DO模塊來實現(xiàn)遙控、用PLC的AI模塊來實現(xiàn)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(xiàn)“三遙”基本功能。

    2 地鐵變電站自動化系統(tǒng)組成 

    在本地鐵變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計中，采用分層分布式功能分割方案。系統(tǒng)縱向分三層，即區(qū)域調(diào)度層、變電站調(diào)度層和現(xiàn)場設(shè)備層。分層式設(shè)計有利于系統(tǒng)功能的劃分，結(jié)構(gòu)清晰明了。系統(tǒng)采用集中管理、分散布置的模式，各下位監(jiān)控單元安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，上位監(jiān)控單元通過通信網(wǎng)絡(luò)對其進行監(jiān)視控制。變電站自動化系統(tǒng)需要對35kV交流微機保護測控裝置、直流1500kV牽引系統(tǒng)微機保護測控裝置、380/220V監(jiān)測裝置、變壓器及整流器的溫控裝置、直流/交流電源屏等設(shè)備進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。

    2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

    變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用可編程控制器PLC。主機采用研華系列的工控機進行監(jiān)視和數(shù)據(jù)處理及備份等。

    電源模塊，采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸入兩路直流電源，保證系統(tǒng)在1路電源失電時，系統(tǒng)仍可無擾動安全運行，提高系統(tǒng)的可靠性。

     系統(tǒng)采用業(yè)界通用的三層模式，如圖1所示。

    （1）底層為現(xiàn)場總線網(wǎng)CONTROLLER LINK。它把智能儀表延伸到現(xiàn)場，對數(shù)字量、模擬量直接控制，信息通過現(xiàn)場總線傳到控制站。

    （2）中間層為高速實時SYSNET網(wǎng)，它把各站房聯(lián)成一體。SYSNET既可以與PLC也可以與普通計算機聯(lián)網(wǎng)，從而便于與其他類型的DCS系統(tǒng)互聯(lián)，達到系統(tǒng)開放的目的。

    （3）上層為ETHERNET網(wǎng)，可與各站房和區(qū)域電力總調(diào)度相聯(lián)，并與MIS系統(tǒng)互聯(lián)。ETHERNET的通信服務(wù)器可為遠程用戶提供方便，共享有關(guān)信息。

    上位機采用組態(tài)軟件(組態(tài)王Kingview5.0) 編程。Controller Link是一種FA(工廠自動化)網(wǎng)絡(luò)，它可以在OMRON C200HX/HG/HE可編程序控制器和IBM PC機或其兼容機之間方便、靈活地發(fā)送和接收大容量數(shù)據(jù)包，采用令牌總線方式，雙絞線電纜連接，最大傳輸距離可達500m(2Mb/s)-1km(500Kb/s)。通信協(xié)議宏(Protocol Macro)是一種通信協(xié)議，實現(xiàn)SYSMAC。系列PLC同各種帶有RS-232C或RS-422/485端口的通用器件的數(shù)據(jù)傳送。用戶可以用OMRON通信協(xié)議支持軟件(PST)設(shè)定數(shù)據(jù)傳送步驟(通信序列)，并在梯形圖程序中使用PMCR指令執(zhí)行該通信序列本系統(tǒng)中，設(shè)置了2個通訊序列，分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個序列內(nèi)又分成4步。

    各層都配置液晶顯示器，用于系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、軟件維護、設(shè)備調(diào)試、站控層操作等人機接口，實時顯示所內(nèi)所有事故、預告信號、所內(nèi)各微機綜合保護測控單元的運行狀態(tài)，事件改變的內(nèi)容、時間等。當多個事故信號同時發(fā)生時,液晶顯示報警裝置按新舊次序，在所內(nèi)時間分辨率的范圍內(nèi)依次顯示各種信息，并進行存儲。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(guān)進行所內(nèi)集中控制。
 
    “就地-遠方”控制切換裝置。為便于系統(tǒng)運行的需要，在中央信號屏內(nèi)裝有“就地-遠方”切換開關(guān)，實現(xiàn)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(tǒng)的電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸入兩路直流電源，保證系統(tǒng)在一路電源失電時，系統(tǒng)仍可無擾動安全運行，提高系統(tǒng)的可靠性。

    2.2 開放式、宜擴展性設(shè)計 

    可以與滿足相應(yīng)標準規(guī)約的其它公司相關(guān)的(IED)互聯(lián)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(shè)備基于模塊式標準化設(shè)計，可根據(jù)要求隨意配置，變電站層設(shè)備設(shè)置靈活。 

    網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)計考慮到工業(yè)以太網(wǎng)、CAN、422、等現(xiàn)場總線的接口設(shè)計，能充分滿足大流量實時數(shù)據(jù)傳送的實時性和可靠性。

    3 軟件設(shè)計 

    PLC軟件方面，由于PLC以循環(huán)掃描和中斷兩種方式來執(zhí)行程序。為了完成所有RTU功能，PLC采用循環(huán)掃描方式，與各個間隔層保護單元進行通訊。通過總線，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(shè)點操作，實現(xiàn)對開關(guān)的遙控功能。編程軟件采用CX-Programmer編程環(huán)境。該軟件是OMRON開發(fā)的應(yīng)用于

C200H PLC的編程軟件，運行在Windows2000操作系統(tǒng)中，在自動化工程各方面具有友好的用戶功能。本系統(tǒng)軟件通過相應(yīng)設(shè)計和配置，實現(xiàn)了變電站自動化的三遙功能。

主程序示意圖如圖2 所示。