LK在地鐵變電站自動化系統(tǒng)中的應用

1 引言

　　地鐵的供電系統(tǒng)為地鐵運營提供電能。無論地鐵列車還是地鐵中的輔助設施都依賴電能。地鐵供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換，然后以適當?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設備。

　　地鐵供電系統(tǒng)不僅為地鐵車輛運行提供牽引電源，同時為整個地鐵的環(huán)控、照明、信號及運營管理系統(tǒng)等所有用電設施提供電源。地鐵供電系統(tǒng)的安全、可靠運行，是維系地鐵各個系統(tǒng)正常運行的重要保障。

　　地鐵全面采用變電站自動化設計，由于變電站數(shù)量多、設備多，在加上其完善的綜合功能，信息交換量大，而且要求信息傳輸速度快和準確無誤。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)至關重要，是確保整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。

　　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，可以提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行水平，減少基建投資，及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況，提高變電站的可控性，為推廣變電站無人值班提供了手段。

　　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)絡和現(xiàn)代通信技術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)設備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。

2 地鐵變電站自動化系統(tǒng)組成

　　變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電報護、自動裝置和遠動裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、plc技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等自動化功能。

　　本地變電站自動化系統(tǒng)采用分層分布式功能分割方案。系統(tǒng)縱向分三層，即變電站管理層、網(wǎng)絡通訊層和間隔設備層。分層式設計有利于系統(tǒng)功能的劃分，結構清晰明了。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柜內(nèi)，上位監(jiān)控單元通過站內(nèi)通信網(wǎng)絡對其進行監(jiān)視控制。變電站自動化系統(tǒng)需要對交流微機保護測控裝置、直流750v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/交流電源屏等設備進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　由于可編程序控制器技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當成熟，己被廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。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)采用了和利時公司 lk系列plc，來實現(xiàn)變電站自動化的rtu功能。lk具有模塊化，可擴展的體系結構，用于工業(yè)和制造過程實時控制。

　　變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用具有冗余功能的cpu模塊lk210，可以實現(xiàn)profibus-dp網(wǎng)絡冗余，增強主控制器與遠程i/o通訊的可靠性。電源模塊，同樣采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸人兩路直流電源，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。

　　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。lk系列plc支持多種通訊協(xié)議，可以輕松與第三方設備進行通訊，本系統(tǒng)中線路縱差保護裝置通過modbus協(xié)議與控制中心plc通訊，滿足變電所綜合自動化系統(tǒng)控制、測量、保護的技術要求。

附圖 地鐵變電站自動化系統(tǒng)結構圖

3 地鐵變電站自動化系統(tǒng)設計

　　3.1 系統(tǒng)結構

　　變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用和利時公司lk系列plc。cpu模塊采用工業(yè)級處理器lk210，主頻533mhz，程序內(nèi)存16m，數(shù)據(jù)內(nèi)存64m，掉電保持區(qū)為1m。能實現(xiàn)cpu及i/o進行自診斷。

　　電源模塊，采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸人兩路直流電源，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)結構如附圖所示。

　　間隔層的微機保護裝置經(jīng)過rs-485總線分成幾個組，連接到cpu模塊lk210的com2通訊口上，通過modbus協(xié)議收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)送到主監(jiān)控單元lk　plc。

　　系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊層向上通過高速工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)與控制中心通訊；向下網(wǎng)絡通訊層通過rs-485接口modbus標準規(guī)約實現(xiàn)與主變電站內(nèi)的各開關柜或保護屏內(nèi)的微機綜合保護測控單元等智能裝置通訊，滿足變電所綜合自動化系統(tǒng)控制、測量、保護的技術要求。

　　配置液晶顯示器，用于變電所內(nèi)監(jiān)控、軟件維護，設備調(diào)試，站控層操作等人機接口。帶有液晶顯示器實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的顯示和控制。液晶顯示以漢字實時顯示所內(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)。事件變位的內(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，并能存儲。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，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)輸人兩路直流電源，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。

　　 3.2 開放式、宜擴展性設計

　　可以與滿足相應標準規(guī)約(profibus、tcp/ip、modbus等)的其它公司相關的(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，間隔層設備基于模塊式標準化設計，可根據(jù)要求隨意配置，變電站層設備設置靈活。

　　網(wǎng)絡通訊層設計考慮到工業(yè)以太網(wǎng)、rs485、modbus等現(xiàn)場總線的接口設計，能充分滿足大流量實時數(shù)據(jù)傳送的實時性和可靠性。

　　3.3 軟件設計

　　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profibus-dp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點操作，實現(xiàn)對開關的遙控功能。本系統(tǒng)采用了lk系列plc配套的powerpro編程軟件中的fbd方式，進行了plc的組態(tài)，實現(xiàn)了變電站自動化的三遙功能。

　　通過使用合適的功能塊的組合，可以實現(xiàn)你所要的功能。其中的功能塊有powerpro軟件的提供的標準功能塊，也可以自己定義，自己獨特的功能塊。

　　遙信的實現(xiàn)，有兩種方式。一種是通訊方式，當變電站設備發(fā)生變位時，通過plc與智能保護裝置的通訊，讀取變位的信息到plc中，并將其上送給控制中心。另一種為di模塊方式，通過連接設備的位置繼電器，plc的di模塊能夠感知設備的變位信息。

　　遙測的實現(xiàn)也包含兩種方式。一種是通訊方式，plc通過與智能保護裝置的通訊，實時獲取保護裝置采集的遙測量信息，相當于由保護裝置完成現(xiàn)場級的采集功能。另一種為ai模塊方式，由plc自己來完成現(xiàn)場的遙測量采集，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在ram中。網(wǎng)橋將ram中的遙測量信息，作為二級數(shù)據(jù)，實時的與控制中心進行通訊。

　　網(wǎng)橋中的報文接收分析程序分析控制中心傳來的報文，如果分析認為其是遙控報文，對其進行報文解析，將獲取的遙控對象信息寫入plc，由plc程序與智能保護裝置通訊，來完成遙控功能。