軌道交通變電所全所自動化系統研究

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

隨著人口數量的增加，城市規模的擴大，軌道交通事業也隨之蓬勃發展起來。供電系統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中一個必不可少的環節。它全面采用了全所自動化系統的設計。它是各個降壓變電所和牽引變電所通過分布式安裝，把所內的監控裝置及微機保護裝置通過計算機網絡和現代通信技術集成為一體，將采集到的模擬量和開關狀態信息以及事件順序記錄等數據傳送至中央控制室，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的遙信、遙測、遙控、以及遙調功能。

2 軌道交通變電所全所自動化系統設計

2.1 變電所全所自動化系統構成

軌道交通變電所采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)來實現全所自動化的功能。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，通過網絡傳送到中央信號屏上顯示或報警。中央信號屏內的PLC 接受變電所內所有的遙信、遙測信號，通過整理后經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的遙控命令，進行處理后再發送給相應的開關柜，以此來完成對各開關柜的分合閘遙控操作，從而實現軌道交通供電系統集中控制的控制結構。

變電所內所有的PLC 通過GE 專用的Genius Net 工業現場總線連接在一起，構成了完整的全所自動化系統，實現了信號分散采集，控制分散執行和整個自動化系統集中管理的控制模式。

2.2 全所自動化系統配置

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組成方式。利用不同的系統組成可以滿足現場不同的控制對象要求。而且，PLC 系統容易安裝和組態，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，可使系統適合于從大到小的不同應用。

經過優化選擇，軌道交通變電所中央信號屏內上位可編程控制器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90-70 PLC 配置圖

圖2 中央信號屏內90-30 PLC 配置圖

1）分別根據每個系統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 系統的核心部分，起著控制整個PLC 系統工作的重要作用。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 模塊才能實現所需的功能并節約投資。經過反復研究，終于決定采用型號為935 的CPU 模塊；

3）通訊協處理器模塊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 內存中的數據，從而實現不同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，內含存儲器和GENIUS I/O 總線接口和系統總線接口；

1.技術進步。從以往發展經驗來看，城鎮的發展、產業的升級都與科學技術的進步息息相關，科學技術發展水平的高低以及新技術能否運用到經濟社會發展之中對產城融合的進步與遲滯都密不可分。科技進步不但可以促進產業技術的更新、產業轉型升級，尤其是工業技術的進步，進一步為城鎮化的發展提供經濟支撐，而且現代信息技術的進步也有利于城鎮人口、城鎮空間和城鎮功能的擴散和延伸，以及城鎮發展合理規劃。

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

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 全所自動化系統網絡結構

1) GENIUS NET

GENIUS NET 是美國較為流行的一種通訊協議。它為令牌總線網，能掛多個節點。

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

現場控制網絡。通過Genius Net 工業現場控制總線，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送遙信、遙測信息，接受中央信號屏發給本柜的控制信息。

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

10KV 開關柜系統PLC 通訊網絡GENIUS 網連接如圖3 所示：

圖3 10KV 開關柜系統GENIUS 網絡連接圖

2）PROFI-BUS

中央信號屏通過Profi-bus 工業現場總線與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處理器PCM 模塊。它通過編程可以完成接口操作、實時計算、數據存儲、數據通訊等功能。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 全所自動化系統的功能

全所自動化系統具有安全監控功能。它不僅對變電所內各種保護裝置的工作狀態進行監視，還不斷地對采集到的各種電壓電流值進行監控，一旦發現有越限情況，中央信號屏就通過串行接口向工業報警顯示裝置發送報警信息，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，方可實現由變電所內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 網絡通訊正常、對PLC 內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。

由于自動化系統中的微機保護裝置和自動監測裝置，都具有故障自診斷功能，當發生故障時，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，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，隨著系統硬件和軟件的不斷改進和升級換代，全所自動化系統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的培訓手冊資料.

[3]上海軌道交通三號線牽引降壓站系統操作說明資料.

[4]黃益莊.變電站綜合自動化技術.北京：中國電力出版社.