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   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。

　1.概述

　　随着时代的发展和科学技术水平不断的提高，工业工程逐渐走向大规 模化、集成化。同时，越来越多的各具功能的工业产品充斥在我们设计人员的周围，如何更好的利用这些多如繁星的产品，做到工程的优化，是设计人员一直努力 的目标。本文结合实际，谈谈PLC在工程项目中的如何与其他产品巧搭配，使得整个系统更经济、高效、可靠。

　　2.项目背景

　　在中海石油炼 化公司惠州项目离心鼓风机配套电自控系统中，系统配置如下：就地安置的低压电控柜六套，用来完成各自风机子系统的启停等功能;PLC远地自控机柜一套，选 用西门子S7-300系列，采集整个风机系统的温度、流量、油压等模拟量后通过上位机输出显示、报警。风机系统的温度采集点有很多，本项目中每套风机各有 3个电机定子温度、2个电机支撑轴承的温度、风机的2个支撑轴承的温度和1个止推轴承的温度，温度点共计48个。若选择西门子8点模拟量输入模块，则共需 要6块。(如图1)再加上轴震动度、油管压力、出口风压等模拟量输入，需要选用的PLC的模拟量输入模块的数量太多，成本高、安装难。那么，如何在保证甚 至提高系统性能的前提下尽可能的减少扩展模块呢?

　　3.提出新思路

　　西门子的S7-300系列PLC的部分CPU配备了 PROFIBUS DP主站/从站接口，所以我们可以利用PROFIBUS总线传输协议来批量的获取现场温度信号。PROFIBUS –DP用于现场层的 高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输 外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态.诊断和报警处理。

　　我们知道，温度信号可以通过巡检的方式集中采集， 所以根据实际情况，我选择陕西工业自动化工程公司研制生产的SS7-16型16路温度巡检仪共3台。但这种型号的温度巡检仪采用Modbus RTU协议 (RS485口)进行通信，Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设 备之间可以通信。它作为一种通用工业标准，已经广泛应用在不同厂商生产的控制设备所组成的工业网络中，实现集中监控。

　　两示意图分别是使用模拟 量扩展模块和温度巡检仪采集温度信号的示意图，直观的比较两图不难发现，主—从站的结构形式具有以下优势：

　　1、节省硬件数量与投资。

　　2、 节省安装费用。

　　3、节省维护开销。

　　4、用户具有高度的系统集成主动权。

　　5、提高了系统的准确性与可靠性。

　　既然 这种思路有很大的优势，那么我们就可以抛弃模拟量输入模块，用温度巡检仪取而代之，下面我们对其更深入的进行分析。

　　4.列出两种方案

　　针 对两种设备采用两种协议的情况，下位机需要增加一个设备来完成Modbus RTU协议转POFIBUS协议的工作。虽然改变了选型思路给我们带来了新问 题，但工控市场上琳琅满目的产品能帮我们轻松的解决。针对Modbus RTU协议转POFIBUS协议的问题，容易想到两种方案。

　　方案一：利 用西门子公司的CP341通信模块。

　　CP341模块是西门子S7—3001400系列PLC中的串行通讯模块。该模块具有1个可选的串行通讯口 (本项目选为RS485口)CP341模块可以同时与多台串行通讯设备进行通讯，如同时连接多个变频器、巡检仪等。其处理器可以特别方便和简单地进行参数 化。如果采用RS422/485 Modbus RTU通讯方式，需要在发送的数据包中包括站号、数据区、读写指令等信息。供CP341模块所连接的从站 设备鉴别数据包是发给哪个站的。以及该数据包是对那个数据区进行的读或写的功能。

　　使用CP341的好处在于这种通信模块与CPU同厂家，兼容性 和可靠性好。缺点在于此模块需要另付软件和硬狗的费用，对小型项目来说成本不低。

　　方案二：利用协议转换器进行协议转换

　　协议转换器就 是网桥，或称工业网关，用于在链路层完成LAN之间或LAN与WAN之间数据包的存储和转发及不同物理接口之间的转换。如果以太网的网络类型不同(比如以 太网以及令牌环)，因为彼此不识别对方的帧格式传输方法，所以单纯依靠数据链路层协议是无法实现两个网络的相互连接因此这个问题在网络层上进行解决：方法 是在不同的网络类型中分别置两个网关，网络与网络之间通过网关相连，因此网关起到协议转换的作用 。

　　近年来协议转换器产品的品质、性能日趋成 熟，品牌也多种多样，功能也十分强大，我们拿瑞典的“Anybus”为例说明如何在项目中使用。

　　根据本项目的要求，我们可以选择 Profibus-DP Serial Gateway系列产品，通过配套的软件可以选择不同类型的串口(RS232/422/485 /) Anybus Communicator提供了一种Modbus RTU主站模式。在这种模式下网关轮询一个或多个Modbus从设备并将从设备中 获取的数据映射到网关内部存储区。用户可以选择使用预定义的标准Modbus命令，也可以利用网关的数据处理功能来定义通讯报文，这样网关和现场总线 主站之间交换的仅仅是所选择的数据。这种功能很适合将温度巡检仪作为从站，然后利用网关依次对其采集到的数据进行读取。

　　比较两种方案，前者由于 通信模块与CPU同一厂家，系统较为可靠稳定。但由于需要购买软件和加密狗，使得成本偏高;而后者更为经济，而且协议转换器体积小巧、使用简便，更适合应 用在某些特殊的场合。另外，在项目要求宽泛的情况下，我们可以采用与PLC同协议的从站设备，这样省去了协议转换这一程序，让系统更加优化。

　　5. 结束语

　　选择产品、设备的目的是使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出优越性。五花八门的硬件、模块就像一块块七巧 板，不同的搭配组合会产成不同的效果。所以，当我们在拿到一个项目并开始考虑选择硬件时，可以多换几种思路，并将每一种方案思路落实在图纸上便于更加清晰 的比较、推敲。科技的进步有目共睹，产品的功能日新月异，在工业设计中已没有一成不变的方法，作为工业控制的一名技术设计人员，我们应该勤动脑、开阔思 路，多快好省的解决问题。