軌道交通變電所全所自動化系統(tǒng)研究

胡曉玨

上海地鐵維護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行及各部門輔助設備的正常運作。

軌道交通變電所是供電系統(tǒng)中一個必不可少的環(huán)節(jié)。它全面采用了全所自動化系統(tǒng)的設計。它是各個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)控裝置及微機保護裝置通過計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)代通信技術集成為一體，將采集到的模擬量和開關狀態(tài)信息以及事件順序記錄等數(shù)據(jù)傳送至中央控制室，同時也接受中央控制室下達的各種操作、控制、修改定值等命令，完成變電所全所自動化系統(tǒng)的遙信、遙測、遙控、以及遙調(diào)功能。

2 軌道交通變電所全所自動化系統(tǒng)設計

2.1 變電所全所自動化系統(tǒng)構成

軌道交通變電所采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)來實現(xiàn)全所自動化的功能。它由35KV、10KV、1500VDC 各智能開關柜以及中央信號屏組成。各智能開關柜中配備下位可編程控制器——GE 90-30 系列PLC 一套。中央信號屏內(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變電所全所自動化功能的控制。

各開關柜中的PLC 用于各開關柜內(nèi)部遙信、遙測、繼保、故障報警信息的采集及分合閘動作的控制，通過網(wǎng)絡傳送到中央信號屏上顯示或報警。中央信號屏內(nèi)的PLC 接受變電所內(nèi)所有的遙信、遙測信號，通過整理后經(jīng)光纖傳送給中央控制室。同時，中央信號屏還接受從中央控制室下發(fā)的遙控命令，進行處理后再發(fā)送給相應的開關柜，以此來完成對各開關柜的分合閘遙控操作，從而實現(xiàn)軌道交通供電系統(tǒng)集中控制的控制結構。

變電所內(nèi)所有的PLC 通過GE 專用的Genius Net 工業(yè)現(xiàn)場總線連接在一起，構成了完整的全所自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了信號分散采集，控制分散執(zhí)行和整個自動化系統(tǒng)集中管理的控制模式。

2.2 全所自動化系統(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)場不同的控制對象要求。而且，PLC 系統(tǒng)容易安裝和組態(tài)，具有高級的編程能力。同時，還利用最新的開放性結構技術，為客戶提供了更大的靈活性，大大加強了性能價格比，可使系統(tǒng)適合于從大到小的不同應用。

經(jīng)過優(yōu)化選擇，軌道交通變電所中央信號屏內(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 中央信號屏內(nèi)90-70 PLC 配置圖

圖2 中央信號屏內(nèi)90-30 PLC 配置圖

1）分別根據(jù)每個系統(tǒng)所配置模塊的總容量選擇最合適的電源模塊。其中，90-70 PLC 選擇型號為711 的電源模塊；90-30 PLC 選擇型號為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，有許多不同的型號可供系統(tǒng)設計選擇。這些CPU模塊的處理速度、I/O 容量、存儲容量等技術指標均不相同。選擇一個合適的CPU 模塊才能實現(xiàn)所需的功能并節(jié)約投資。經(jīng)過反復研究，終于決定采用型號為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。它可以通過機架總線高速操作PLC 內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，從而實現(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)含存儲器和GENIUS I/O 總線接口和系統(tǒng)總線接口；

1.技術進步。從以往發(fā)展經(jīng)驗來看，城鎮(zhèn)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的升級都與科學技術的進步息息相關，科學技術發(fā)展水平的高低以及新技術能否運用到經(jīng)濟社會發(fā)展之中對產(chǎn)城融合的進步與遲滯都密不可分?？萍歼M步不但可以促進產(chǎn)業(yè)技術的更新、產(chǎn)業(yè)轉型升級，尤其是工業(yè)技術的進步，進一步為城鎮(zhèn)化的發(fā)展提供經(jīng)濟支撐，而且現(xiàn)代信息技術的進步也有利于城鎮(zhèn)人口、城鎮(zhèn)空間和城鎮(zhèn)功能的擴散和延伸，以及城鎮(zhèn)發(fā)展合理規(guī)劃。

5）全所自動化系統(tǒng)通過DI 模塊來實現(xiàn)遙信功能；通過DO 模塊來實現(xiàn)遙控功能；通過AI 模塊來實現(xiàn)遙測功能。

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

2.3 全所自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

1) GENIUS NET

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

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

現(xiàn)場控制網(wǎng)絡。通過Genius Net 工業(yè)現(xiàn)場控制總線，中央信號屏與各智能開關柜交換信息，實時向中央信號屏發(fā)送遙信、遙測信息，接受中央信號屏發(fā)給本柜的控制信息。

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

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

圖3 10KV 開關柜系統(tǒng)GENIUS 網(wǎng)絡連接圖

2）PROFI-BUS

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

3）RS232 和RS485

RS232 和RS485 是常用的底層通訊標準。

在變電所各智能開關柜的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、實時計算、數(shù)據(jù)存儲、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 全所自動化系統(tǒng)的功能

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

同時，全所自動化系統(tǒng)還在硬件保護的基礎上設置了強大的軟件閉鎖保護功能。無論是何種操作，都設有相應的功能強大的軟件閉鎖。例如，對某個開關進行遙控合閘操作時，在將其“遙控/就地”選擇開關打到了“遙控位”后，方可實現(xiàn)由變電所內(nèi)中央信號屏或中央控制室對該開關柜進行遙控合閘操作。因為計算機對開關柜有保護性聯(lián)鎖，所以必須滿足所對應的條件，如開關本體無故障、工作小車已到位、PLC 網(wǎng)絡通訊正常、對PLC 內(nèi)部的故障標志已清除等等。只有當所有的條件都滿足要求時，才能順利完成此次遙控合閘的操作。這樣強大的軟件閉鎖功能，對防止誤操作的產(chǎn)生提供了有力的保障，提高了變電所供電設備運行的可靠性。

由于自動化系統(tǒng)中的微機保護裝置和自動監(jiān)測裝置，都具有故障自診斷功能，當發(fā)生故障時，能及時反映出故障時間、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間。

4 結論

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

[1]GE Fanuc Automation關于PLC的培訓教材資料.

[2]上海軌道交通三號線變電所全所自動化系統(tǒng)的培訓手冊資料.

[3]上海軌道交通三號線牽引降壓站系統(tǒng)操作說明資料.

[4]黃益莊.變電站綜合自動化技術.北京：中國電力出版社.