蘇州軌道交通4號(hào)線BAS系統(tǒng)蓄電池集成監(jiān)測(cè)可行性分析與研究

林峰

摘要：隨著城市軌道交通自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性和安全性提出了更高的要求。本文主要對(duì)蘇州軌道交通4號(hào)線BAS系統(tǒng)不間斷電源（UPS）的蓄電池內(nèi)阻值采集方式進(jìn)行研究，利用蓄電池組監(jiān)測(cè)模塊（BMM）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集電池內(nèi)阻值并在綜合監(jiān)控（ISCS）界面上顯示。

關(guān)鍵詞：蓄電池;參數(shù)測(cè)量;Modbus;PLC;ISCS

1、項(xiàng)目背景

蓄電池作為備用電源在UPS中起著極其重要的作用，其本身運(yùn)行的可靠性和安全性關(guān)系到軌道運(yùn)營安全穩(wěn)定。目前蘇州地鐵4號(hào)線ISCS系統(tǒng)平臺(tái)可以采集BAS系統(tǒng)UPS蓄電池的電壓、電池容量、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，但現(xiàn)行合同中系統(tǒng)廠家未對(duì)BAS蓄電池內(nèi)阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集內(nèi)阻值需要使用專業(yè)內(nèi)阻測(cè)量儀器手工測(cè)量，或是通過UPS柜內(nèi)電池檢測(cè)模塊，利用蓄電池檢測(cè)軟件進(jìn)行手動(dòng)采集。鑒于此問題，專業(yè)通過修改、增加BAS系統(tǒng)部分PLC程序及HMI界面，實(shí)現(xiàn)UPS蓄電池內(nèi)阻值可視化，提高了內(nèi)阻值測(cè)量的精度，完善蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)維護(hù)及查詢分析功能，達(dá)到維護(hù)的便利性。

2、項(xiàng)目優(yōu)勢(shì)分析

2.1方便維護(hù)巡查，有效把控風(fēng)險(xiǎn)源

對(duì)于UPS蓄電池此類重要設(shè)備，按規(guī)定需人員定期巡查，通過ISCS平臺(tái)界面的直觀顯示，可以滿足檢修人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)維護(hù)，查詢到蓄電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)及各項(xiàng)具體數(shù)值，從而判斷蓄電池內(nèi)部的健康程度，出現(xiàn)問題故障時(shí)能夠及時(shí)處理。ISCS系統(tǒng)集成蓄電池內(nèi)阻值自動(dòng)采集功能后，蓄電池信息采集更加及時(shí)全面，對(duì)重要設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)源的把控將更加有效。

2.2測(cè)量精度準(zhǔn)確且誤差較小

目前電池檢測(cè)模塊采集的內(nèi)阻值采用內(nèi)阻測(cè)量儀手工測(cè)量，需使用表筆以點(diǎn)觸的方式測(cè)量并讀取數(shù)值，但此種方式容易受使用者在測(cè)量時(shí)的測(cè)量角度、觸點(diǎn)位置等因素影響，其精度偏差相較于直接由電池正、負(fù)極柱上的檢測(cè)線測(cè)量所得值偏大。實(shí)現(xiàn)BMM自動(dòng)實(shí)時(shí)采集蓄電池內(nèi)阻值，由每節(jié)蓄電池正、負(fù)極柱上的檢測(cè)線并聯(lián)測(cè)量，這種方式所得值精度較高，誤差降低到最小，且精度滿足規(guī)定測(cè)量要求（設(shè)備要求精度：內(nèi)阻監(jiān)測(cè)精度為±（2.5%+25μΩ）。

2.3減員增效，充分利用技術(shù)手段提高工作效率

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用圖形用戶界面，整個(gè)系統(tǒng)采用友好的交互界面，參數(shù)值簡單明了。無論是技術(shù)上，還是操作上，系統(tǒng)具有一定的開發(fā)可行性。使用系統(tǒng)最直接的效益就是減少工班人力，節(jié)省大量時(shí)間。按班組之前投入在蓄電池巡視上的人力計(jì)算，4號(hào)線38個(gè)站需每天安排8人巡視，一周56人次，使用系統(tǒng)后可改為周巡，每天安排1人利用1小時(shí)即可完成全線蓄電池參數(shù)巡視，再每周安排8人一天對(duì)全線蓄電池環(huán)境、外觀檢查巡視即可。每月可縮減人力成本188人次，一年可節(jié)省人力成本近45萬元。

2.4完善設(shè)備信息監(jiān)測(cè)，全要素提升班組保障效率

現(xiàn)行系統(tǒng)中，ISCS系統(tǒng)界面上只實(shí)現(xiàn)了對(duì)UPS蓄電池的電壓、電池容量及電池環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，未實(shí)現(xiàn)蓄電池的全面監(jiān)測(cè)。將蓄電池內(nèi)阻值自動(dòng)采集功能加入ISCS平臺(tái)后，完善了BMM與ISCS系統(tǒng)的功能整合度，提高BMM的功能的利用率。同時(shí)，將檢測(cè)模塊報(bào)警冗余值與ISCS人機(jī)界面的報(bào)警圖相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、內(nèi)阻值及溫度出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)的報(bào)警提示。

2.5全壽命周期管理，全方位提高設(shè)備保障能力

運(yùn)營設(shè)備的全壽命周期管理在班組日常工作中一直很重要，也是班組長借助現(xiàn)代管理技術(shù)需要成長的地方。在設(shè)備落地到日常巡視、故障處理、檢修保養(yǎng)、淘汰更換的全壽命周期中的信息與過程，班組都要有這樣一種“履歷表”用來記錄它的信息。綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大功能，在本次集成的BAS蓄電池內(nèi)阻值過程中，班組利用系統(tǒng)功能，加入內(nèi)阻、電壓趨勢(shì)圖，更加全面的掌握蓄電池變化趨勢(shì)。在關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生異常時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)及干預(yù)，再通過干預(yù)過程提高設(shè)備的保障能力，也提高了人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的能力。

3、項(xiàng)目介紹

3.1方案確定

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)備種類及通訊方式，設(shè)計(jì)制定了兩套方案，分別為：

方案1：在ISCS界面上UPS頁面修改顯示參數(shù)，增加“BAS蓄電池內(nèi)阻功能集成”頁面。通過修改PLC與電池檢測(cè)模塊通訊采集的地址位，覆蓋原有蓄電池容量顯示參數(shù)。在“電池在線監(jiān)測(cè)表”單擊點(diǎn)開詳細(xì)信息里顯示每節(jié)電池內(nèi)阻信息。通過ModScan通訊調(diào)試工具掃描電池監(jiān)測(cè)模塊MODBUS地址表，查找蓄電池內(nèi)阻值的具體地址;利用Unity Pro XL修改BAS PLC 程序NOM通訊模塊的采集地址;通過ISCS系統(tǒng)“Spaint”插件修改ISCS圖元界面，最終實(shí)現(xiàn)ISCS系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池內(nèi)阻的功能。該方案可行性高，且修改內(nèi)容不涉及中心及全線ISCS系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)，僅修改BAS系統(tǒng)程序及本地?cái)?shù)據(jù)庫，風(fēng)險(xiǎn)較低。

方案2：在ISCS界面上UPS頁面增加顯示內(nèi)阻參數(shù)，保留原有電壓容量參數(shù)顯示。通過修改BAS通用類表，增加BAS蓄電池檢測(cè)內(nèi)阻類，重新生成參數(shù)庫，利用Unity Pro XL在PLC與電池監(jiān)測(cè)程序段中增加內(nèi)阻采集段，并通過PLC上傳至ISCS界面，再通過修改ISCS界面圖元進(jìn)行功能顯示，使功能具備可行性及可操作性。但此方案需要修改ISCS系統(tǒng)中央服務(wù)器數(shù)據(jù)庫、車站數(shù)據(jù)庫參數(shù)，涉及核心參數(shù)的改造影響范圍較大，風(fēng)險(xiǎn)較高。

因蘇州地鐵4號(hào)線為在運(yùn)行線路，以線路運(yùn)營安全、穩(wěn)定為首要考慮原則，經(jīng)過評(píng)估采用方案1實(shí)現(xiàn)蘇州地鐵4號(hào)線BAS系統(tǒng)UPS蓄電池參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，后續(xù)根據(jù)需求及數(shù)據(jù)庫更新，保留方案二的執(zhí)行。

3.2方案改造費(fèi)用

本方案基于4號(hào)線綜合監(jiān)控專業(yè)現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)，改造不產(chǎn)生任何額外費(fèi)用。

3.3內(nèi)阻值采集原理

檢測(cè)模塊采集的內(nèi)阻值為計(jì)算量，通過增加一個(gè)負(fù)載，計(jì)算變化的電壓和電流量，再根據(jù)歐姆定律（R=？U/？I）計(jì)算得到內(nèi)阻值。

BMM 采用了直流內(nèi)阻測(cè)試方法，即給電池增加一個(gè)負(fù)載，測(cè)量由此產(chǎn)生的變化電壓和電流，并用電壓變化值除以電流變化值計(jì)算得到電池的內(nèi)阻。

內(nèi)阻測(cè)試采用了四線制的方法，如圖3.1所示。

R=△U/△I

由于在電路中采用了軟、硬件的濾波措施，可有效的濾除充電機(jī)紋波對(duì)內(nèi)阻測(cè)試的影響，保證了蓄電池在線內(nèi)阻測(cè)試的準(zhǔn)確性、一致性和重復(fù)性。

如圖3.2所示為一臺(tái)BMM8節(jié)電池接線示意圖。內(nèi)阻測(cè)試線配置為20節(jié)電池分別接面板1#-20#接口，1F1接1#+，1F2接8#-。除此之外，鏈接8#-與終端電池（現(xiàn)場(chǎng)是20#）-接口，9#+與1F2連接

3.4方案實(shí)施

3.4.1準(zhǔn)備工器具：

ISCS移動(dòng)工作站（筆記本）、RS-485串口調(diào)試工具、ModScan調(diào)試軟件、網(wǎng)線。

3.4.2具體步驟：

3.4.2.1通過連接ModScan工具，根據(jù)地址位及數(shù)據(jù)對(duì)比找到每節(jié)蓄電池內(nèi)阻值所在地址位，如圖3.3所示。

3.4.2.2獲取到每節(jié)蓄電池地址位信息后，修改 PLC NOM模塊上BA34功能塊邏輯ST語句。

3.4.2.3對(duì)BAS PLC程序采集位、換算修改，

3.4.2.4完成PLC程序更改并保存后，利用“Spaint”畫圖軟件對(duì)ISCS人機(jī)界面進(jìn)行圖源修改處理。

3.4.2.5修改完成，實(shí)現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻值采集顯示。

4、結(jié)束語

UPS是城市軌道交通ISCS系統(tǒng)中重要的組成設(shè)備，其不論是功能還是監(jiān)測(cè)形式都具有多種選擇，如何結(jié)合地鐵線路實(shí)際運(yùn)行情況，合理的進(jìn)行配置不僅影響到系統(tǒng)的使用功能，還影響到設(shè)備本身維護(hù)監(jiān)測(cè)的要求，因此在進(jìn)行車站UPS蓄電池組系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合各方面要求及條件進(jìn)行合理配置。同時(shí)，蓄電池的全壽命周期管理也是設(shè)計(jì)者與運(yùn)營者需要共同考慮的問題。4號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)UPS采用海志AGM免維護(hù)蓄電池，工作期間無需加水加酸，但工作期間的設(shè)備保養(yǎng)、檢測(cè)依然不可或缺。在今年蘇軌發(fā)生的兩起蓄電池事件，重重的敲響了我們運(yùn)營人時(shí)刻保障乘客安全的警鐘。

5、參考文獻(xiàn)

[1]杭州高特電子設(shè)備有限公司.蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊用戶手冊(cè)[G]，2011（1）：37.

[2]電池檢測(cè)模塊MODBUS通信協(xié)議.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司）