Profibus-DP技術(shù)在地鐵供電監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用

在DP主站完成配置并組建完成OLM等硬件設(shè)備與各個(gè)開(kāi)關(guān)柜的DP總線網(wǎng)絡(luò)后，applicomIO板卡上的嵌入式DP協(xié)議處理器就可以根據(jù)配置好的子站參數(shù)生成從站輪詢表，嵌入式DP協(xié)議處理程序由該表循環(huán)讀寫(xiě)1．5 kV直流開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，并根據(jù)開(kāi)關(guān)柜響應(yīng)的數(shù)據(jù)信息刷新板卡雙口RAM(DPRAM)上的內(nèi)容，以便上層應(yīng)用程序?qū)π畔?shù)據(jù)的讀取。由于DP協(xié)議不對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此。板卡此時(shí)在DPRAM中的數(shù)據(jù)是透明的，不能在地鐵PSCADA系統(tǒng)中直接進(jìn)行分析和利用，必須將其轉(zhuǎn)換成項(xiàng)目中使用的IEC 60870—5—104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約信息格式的數(shù)據(jù)。主控中心才能進(jìn)行識(shí)別和利用。同樣，來(lái)自主控中心的控制和設(shè)置命令也必須將IEC 60870—5—104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約信息格式轉(zhuǎn)換成符合DP協(xié)議的透明傳輸數(shù)據(jù)，才能最終實(shí)現(xiàn)對(duì)間隔層設(shè)備的信息收集和控制。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程也就是不同應(yīng)用協(xié)議信息格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程。

站級(jí)管理層軟件包括了3個(gè)進(jìn)程，圖3是軟件JACKSON示意圖，進(jìn)程1負(fù)責(zé)圖形界面顯示及與主控中心的通信管理：進(jìn)程2負(fù)責(zé)與各通信管理單元(即圖1中的網(wǎng)絡(luò)通信層)的通信及信息采集：進(jìn)程3負(fù)責(zé)將Profibus．DP從站的信息和來(lái)自主控中心的控制命令進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，使用applicomIOQNX動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)API函數(shù)庫(kù)對(duì)板卡DPRAM上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。進(jìn)程1與進(jìn)程3通過(guò)QNX系統(tǒng)下提供的命名管道(name pipe)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。

圖3 站級(jí)管理層軟件JACKSON圖

2．4系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析

地鐵供電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高。系統(tǒng)通信方案能否滿足實(shí)時(shí)性要求決定了該方案能否得到應(yīng)用。根據(jù)廣州地鐵3號(hào)線的實(shí)際通信參數(shù)及軟硬件環(huán)境對(duì)上述方案進(jìn)行實(shí)時(shí)性分析。在本系統(tǒng)中，DP總線傳輸波特率為187．5 Kbit／s，即傳輸1個(gè)位的時(shí)間為5．333μs。在DP總線上，包含了1個(gè)主站，9個(gè)從站；輸入數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度最大值為48 Byte，輸出數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度最大值為28 Byte。1個(gè)DP報(bào)文循環(huán)所需要的時(shí)間如圖4所示，tbit婦為傳輸1個(gè)位需要的時(shí)間。

圖4 DP循環(huán)時(shí)間計(jì)算

即1個(gè)總線循環(huán)時(shí)間為10 998×5．333μs=58．65 ms。根據(jù)EN 50170 V2標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算時(shí)考慮10％～20％的余量，則實(shí)際1個(gè)信息循環(huán)傳輸時(shí)間為70．38 ms(最大值)。

供電監(jiān)控系統(tǒng)信息延時(shí)包括信息產(chǎn)生、信息處理、信息傳輸和信息顯示等，其中信息處理和信息傳輸時(shí)間占70％。例如，當(dāng)饋線柜上一個(gè)斷路器產(chǎn)生變位。其在DPU96上I／O濾波消耗時(shí)間為3ms，內(nèi)部總線運(yùn)行需1 ms。程序循環(huán)時(shí)間20 ms：總控單元程序處理(接收和顯示)時(shí)間300 ms。加上信息在DP總線上循環(huán)時(shí)間70．38 ms，1個(gè)變位信號(hào)從產(chǎn)生到傳輸至總控單元的時(shí)間小于500 ms：再經(jīng)光纖以太網(wǎng)上送到主控室小于1 s。若是對(duì)斷路器或者隔離開(kāi)關(guān)的遙控輸出，還應(yīng)加上遙控執(zhí)行回路校驗(yàn)時(shí)間60。100 ms和機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間，最大遙控輸出并執(zhí)行成功(無(wú)故障情況)時(shí)間小于2 s。符合電力系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

從以上分析得出，在PSCADA系統(tǒng)中采用DP總線能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，也能對(duì)斷路器或者隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控，DP總線方案能夠滿足用戶對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

3結(jié)論

本方案針對(duì)廣州地鐵3號(hào)線設(shè)計(jì)，引進(jìn)了加拿大OSSL公司的ONX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)利用了QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性等特性，充分發(fā)揮了DP總線網(wǎng)的實(shí)時(shí)性優(yōu)點(diǎn)。在DP總線網(wǎng)絡(luò)中使用了0LM模塊。組成光纖環(huán)網(wǎng)，加上良好的接地設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)不受惡劣環(huán)境下通信線路上的電磁干擾影響，滿足系統(tǒng)可靠性要求。

光纖環(huán)網(wǎng)采用總線結(jié)構(gòu)。通過(guò)通信鏈路的冗余，使得增加新的間隔層設(shè)備而不影響其他設(shè)備的正常工作。通過(guò)DP現(xiàn)場(chǎng)總線在PSCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用。極大增強(qiáng)了間隔層設(shè)備的信息集成能力，同時(shí)降低了系統(tǒng)的工程成本，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性及擴(kuò)展能力。

該方案順利通過(guò)了廣州地鐵3號(hào)線PSCADA系統(tǒng)首通段的調(diào)試并于2005年12月正式投入運(yùn)行。運(yùn)行效果表明，系統(tǒng)能夠滿足用戶對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性等的要求，有良好的推廣價(jià)值及應(yīng)用前景。系統(tǒng)運(yùn)行至今。穩(wěn)定可靠，得到了用戶的一致好評(píng)。