西门子南平PLC模块代理商

  1引言 

　　地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统 和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

　　地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变 电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。

　　变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

　　将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

　　2地铁变电站自动化系统组成

　　在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变 电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、 直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

　　由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，己被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电 站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon 系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的 电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC产品。

　　随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI, DO, AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微 机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

　　3地铁变电站自动化系统设计

　　3.1系统结构

　　变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器，主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参 数和软件的RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。

　　电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。 通讯模块采用Modbus+通讯模块。

　　间隔层的微机保护装置经过RS一485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到 主监控单元PLC。

　　系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过 MB十网络与PLC建立网络通讯，同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW一BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯 协议可编程的RS一485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC一60870-7-101与中央控制中心通讯。

　　系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS一422接口采用IEC60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过 网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、 测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的可靠性。

　　配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实 时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报警装置按新旧次 序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

　　“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地一远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭 锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

　　系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。

　　3.2开放式、宜扩展性设计

　　可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配 置，变电站层设备设置灵活。

　　网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus+等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和可靠性。

　　3.3软件设计

　　PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进 行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用 了系列PLC配套的con-cept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。

　　通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFB libarary提供的标准功能块，也可以自己定义，自己独特的功能块。

　　遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送 给控制中心。另一种为D工模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。

　　遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场 级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在R A M中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。

　　网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入PLC，由PLC 程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

　　3.4系统功能及特点

　　变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

　　变电站自动化系统的特点:

　　(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时 报警，提高系统运行可靠性。

　　(2)开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。

　　(3)监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。

　　(4)取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。

　　(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后 台软件中进行闭锁。

　　(6)对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

　　4结束语

　　在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的 状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了 充足的时间来检查问题。

　　PLC硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用bbbbbbs操作系统的通用计算机， 很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修 和更换更为便捷。

　　需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离， 会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

一、自行起吊小车系统的功能要求

　　一个完备的自行起吊小车系统，应该具有多台小车沿轨道同时自动行走、 停止以及有人控制的起吊、放下等功能，能够将各台小车及轨道部分的状态及时反映到控制台，并且实现一定程度的容错、防错和人工复位功能。

　　(一)小车的运行线路

　　为了满足客户的实际需要，本自行起吊小车系统还应具备轨道切换，双线路同时运行的功能，其轨道线路如下图所 示：

　　整个系统共有两个上料点，小车分别从A上料点和B上料点起吊重物，然后按逆时针方向运行到下料点，将重物卸下。因为只有一个下料点，所以存在两条线路的动态切换，使走A线的小车只能走A线，走B线的小车只能走B线，终在下料点前实现小车的积放，等待下料。

　　线 路的动态切换，可以通过PLC编程控制实现。为了让PLC知道小车的位置等信息，必须将DI连接到轨道的相应区段上。为了控制小车，使其在道岔切换完成前 停止前进，还必须将DO也连接到轨道的相应区段上，小车的DI读到轨道上某段电压的变化后，就会自主判断该前进还是停止。同样，道岔切换电机也由相应DO 控制，以完成切换动作。

　　(二)人工控制系统的功能

　　1.中央控制室

　　中央控制室的控制柜门上有 开系统、关系统、故障复位等按钮，另外还有显示屏用于系统信息和报警信息的显示。

　　2.上下料点的现场控制盒

　　在上 下料点，有供操作员控制小车的控制盒。控制盒提供的功能如下：

　　叫车。 上下料点空闲时，可按叫车按钮，处于等待位的小车就会进入上下料点。

　　下降。 小车定位后，夹具自动下降至一定位置等待，然后可按下降按钮继续下降。

　　上升。 夹具上升到一定位置后，系统自动接管上升动作，直至夹具到顶。

　　打开夹具。 如果夹具夹有重物，可按打开按钮松开重物。

　　关闭夹具。 按关闭按钮可使夹具夹紧重物。

　　放车。 夹具自动上升后按下放车按钮，到顶后小车就驶离上下料点。

　　3.道岔控制盒

　　在轨道线路的每个道岔附近，都安装有手动道岔控制盒，用于特殊情况下道岔的手动切换。

　　(三)小车 的功能

　　小车应该能实现可控制的自动前进以及手动前进后退，可以平滑的执行夹具的上升下降动作，可以打开和关闭夹具。可以将自身的状态 返回到主控室，并且能接受操作员传来的合法命令。

　　二、控制系统硬件的选择和组态

　　根据以上的系统功能要求，我们决 定使用PLC系统以分布式总线结构来实现控制系统的全部功能。其中主PLC系统安装在中央控制室内，子PLC系统安装在每台小车上，它们之间通过 Profibus现场总线通讯。

　　(一)硬件选择

　　1.主站PLC系统和子站PLC系统

　　主站的 PLC系统采用Siemens的 S7-300系列。

　　S7-300的DI、DO一部分连接于控制柜内，用于开关系统和电源监视，一部 分连接于小车运行轨道上，用于轨道的状态监视和控制。

　　子站采用Siemens的ET200S远程I/O系统。ET200S是专用的小 型PLC控制器，其用于小车控制的大特点是：

　　(1)自带IM151-7 CPU，可以控制小车完成所有动作，处理大量细节问题。主站只需要发送命令即可，减轻了主站PLC的负担。而且使整个系统易于维护。

　　(2)有专用的柔性电机启动器，用于小车夹具开关电机的控制。

　　主站和子站分工合作。每台小车的动作控制功能由其上安装的ET200S 来完成，而主站只负责发送命令信号。例如，操作员在现场按下提升按钮，主站接收到DI输入，并转化成提升命令，传递给子站。子站接收到提升命令后，向变频 器发出控制字和频率字，并在适当的时候使电机松闸，使夹具上升。

　　ET200S还负责控制小车的前进、后退、在上下料点的jingque定位等动 作的执行，以及一些错误状态的自动复位等。主站通过在小车轨道上设置电压信号让小车读取，或者直接通过软件设置的通讯区传达命令字来控制小车的运行。

　　S7-300除了控制小车的运行，还负责系统的开关、轨道的切换、状态的显示以及错误状态的手动复位等。

　　主站的S7-300和子站 的ET200S上都安装有Profibus-DP接口模块。这样，它们就可以通过Profibus-DP总线传递信息，相互通讯。

　　2.Profibus-DP和Power Rail Booster

　　本系统的主站和子站之间采用Profibus-DP连接和通讯，但是中间需要借助小车轨道来传递信息。由于车间环境恶劣，而轨道完全暴露在外面，没有任何抗干扰措施，不能保证信号传递的完整性和正确性。因此我们采用了Siemens公司专门针对小车控制通讯 Profibus-DP总线设计的轨道信号放大器—Power Rail Booster。

　　PRB是用来执行Profibus通过控 制器线的连接。例如，在导轨信号传输系统中，来自各种集线器的Profibus-DP总线信号被放大到无噪声水平，传送到滑线导轨传输线上，并在中央控制 主机通过PRB将信号还原成Profibus-DP总线信号。

　　通常Profibus-DP的波特率是自动的。经过传输线的波特率一般 在9600~500k bits/s 。

　　为了安全的数据传输，除了PRB外，不需其它数据过滤单元。

　　PRB只是 一个数据传输通道，因此不需要设置地址，对于用户来说是透明的。

　　在现场每台小车及中央控制PLC的Profibus-DP总线接口处各安装1台PRB即可实现信号传输功能。

　　3.变频器

　　我们选用Siemens的MicroMaster 440变频器来控制小车的行走和升降电机。由于前进电机和升降电机不会同时运行，因此可以使用一台变频器控制两台电机，通过换向接触器来完成切换工作。在换向接触器切换的同时，MicroMaster 440变频器可以自动完成控制参数的切换。

　　MicroMaster 440变频器采用模块化设计。因此只需插入Profibus-DP通讯模块，即可通过Profibus总线与子站PLC通讯。可以很方便的实现控制功能和 状态反馈。

　　MicroMaster 440变频器是专门用于起重作业的变频器，可以实现矢量控制方式。在控制行走电机时，因为其功率较小，采用V/F控制方式。而在控制升降电机起吊重物(约 500kg)时，则必须使用矢量控制方式。在本系统中，我们在控制升降电机时使用了无传感器的矢量控制方式。变频器可以在两种控制方式中自由切换，分时控制两台电机。

　　4.传感器和位置开关

　　小车上安装有凸轮开关，用于反映夹具的位置，使子站PLC程序可以通过凸轮开 关传回来的夹具位置而做出相应的判断，使夹具的升降动作变平滑。

　　为了让小车在上下料点时jingque定位，小车上还安装了两个接近开关。而定 位点的轨道上则安装了挡板，当小车上的这两个接近开关都接触挡板时，小车停止前进。

　　另外，小车上还安装有用于判断是否夹持有重物的光 电开关等。

　　5.中控室的显示屏

　　采用Siemens的OP270显示屏。OP270有一个6英寸的显示窗口，并且 已经安装了bbbbbbs CE操作系统。可以方便的通过编程器和Protool软件进行编程，完成图形化状态显示，报警信息显示，以及操作控制功能等。

　　(二)软件组态

　　1.使用的组态软件

　　为了能使用编程器对选定的硬件进行编程，并且让必须在编程器中先对硬件进行组态，并将组态好的信息通过编程设备 电缆下载到PLC中。

　　我们使用Siemens的S7 Step 7 v5.2来完成硬件组态。为了识别ET200S远程I/O站和MicroMas-ter 440变频器，还必须加装S7 Step 7 v5.2 SP1软件包。

　　2.主站PLC系统的组态

　　主站S7 300系统由S7 315-2 DP CPU，Profibus-DP接口模块，电源模块，数字量/模拟量输入输出模块等部分组成，存储卡使用S7 MMC 64Kbyte。其中输入输出模块的个数可以视实际情况增减。

　　3.子站PLC系统的组态

　　一套ET200S系统包 括IM151-7 CPU，Profibus-DP接口模块，电源模块，数字量/模拟量输入输出模块，电机启动器等部分。存储卡使用S7 MMC 64kbyte。其中输入输出模块的个数可以视实际情况增减。每一套ET200S都要进行组态，以对应于每辆小车。

　　4.分布式结构的 组态和通讯区设置

　　主站和子站之间是一对多的关系，一台主站与所有子站通过Profibus-DP通讯。这种网络结构也需要进行组态，并下载到PLC中。可以使用Net Pro程序进行网络结构组态和下载。

　　为了将命令传递给子站，还应该在主站和子站系统上分别开辟用 于通讯的虚拟I/O区。主站上的每一块虚拟I/O区对应于一台小车上的虚拟I/O区。这样主站程序只要按一定的格式输出虚拟DO，子站的虚拟DI就会接收 到信号，同样的，子站可以通过虚拟DO将自身的状态返回到主站，以供主站监视和判断。可以在硬件组态过程中通过HW config程序设置通讯区，因为虚拟I/O并不是硬件上真实存在的，因此可以设置得很大，只要不超出存储单元的容量就行。