轨道交通变电所全所自动化系统研究

胡晓珏

上海地铁维护保障有限公司供电分公司，上海 200003

1 概述

随着人口数量的增加，城市规模的扩大，轨道交通事业也随之蓬勃发展起来。供电系统在其中起着输送电能的作用，确保地铁列车的畅通运行及各部门辅助设备的正常运作。

轨道交通变电所是供电系统中一个必不可少的环节。它全面采用了全所自动化系统的设计。它是各个降压变电所和牵引变电所通过分布式安装，把所内的监控装置及微机保护装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体，将采集到的模拟量和开关状态信息以及事件顺序记录等数据传送至中央控制室，同时也接受中央控制室下达的各种操作、控制、修改定值等命令，完成变电所全所自动化系统的遥信、遥测、遥控、以及遥调功能。

2 轨道交通变电所全所自动化系统设计

2.1 变电所全所自动化系统构成

轨道交通变电所采用可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)来实现全所自动化的功能。它由35KV、10KV、1500VDC 各智能开关柜以及中央信号屏组成。各智能开关柜中配备下位可编程控制器——GE 90-30 系列PLC 一套。中央信号屏内配备上位可编程控制器，包括GE 90-70 和GE 90-30 系列 PLC 各一套，以此互相配合来完成对变电所全所自动化功能的控制。

各开关柜中的PLC 用于各开关柜内部遥信、遥测、继保、故障报警信息的采集及分合闸动作的控制，通过网络传送到中央信号屏上显示或报警。中央信号屏内的PLC 接受变电所内所有的遥信、遥测信号，通过整理后经光纤传送给中央控制室。同时，中央信号屏还接受从中央控制室下发的遥控命令，进行处理后再发送给相应的开关柜，以此来完成对各开关柜的分合闸遥控操作，从而实现轨道交通供电系统集中控制的控制结构。

变电所内所有的PLC 通过GE 专用的Genius Net 工业现场总线连接在一起，构成了完整的全所自动化系统，实现了信号分散采集，控制分散执行和整个自动化系统集中管理的控制模式。

2.2 全所自动化系统配置

系列90 PLC是GE FANUC系列可编程控制器家族中的一员，为客户的应用提供了非常灵活的系统组成方式。利用不同的系统组成可以满足现场不同的控制对象要求。而且，PLC 系统容易安装和组态，具有高级的编程能力。同时，还利用最新的开放性结构技术，为客户提供了更大的灵活性，大大加强了性能价格比，可使系统适合于从大到小的不同应用。

经过优化选择，轨道交通变电所中央信号屏内上位可编程控制器90-70 PLC 及90-30 PLC 采用的配置分别如图1，图2所示：

图1 中央信号屏内90-70 PLC 配置图

图2 中央信号屏内90-30 PLC 配置图

1）分别根据每个系统所配置模块的总容量选择最合适的电源模块。其中，90-70 PLC 选择型号为711 的电源模块；90-30 PLC 选择型号为321 的电源模块；

2）中央处理单元——CPU 作为PLC 系统的核心部分，起着控制整个PLC 系统工作的重要作用。由于90-70 PLC 的CPU是单槽模块，有许多不同的型号可供系统设计选择。这些CPU模块的处理速度、I/O 容量、存储容量等技术指标均不相同。选择一个合适的CPU 模块才能实现所需的功能并节约投资。经过反复研究，终于决定采用型号为935 的CPU 模块；

3）通讯协处理器模块CCM 是90-70 PLC 的智能通讯模块，有12MHZ 80C186 微处理器。它可以通过机架总线高速操作PLC 内存中的数据，从而实现不同CPU 之间的通讯；

4）GENIUS I/O 总线控制模块GBC 作为智能模块，含INTEL 80186 主处理器，6306 微处理器，支持GENIUS I/O 总线的通讯，内含存储器和GENIUS I/O 总线接口和系统总线接口；

1.技术进步。从以往发展经验来看，城镇的发展、产业的升级都与科学技术的进步息息相关，科学技术发展水平的高低以及新技术能否运用到经济社会发展之中对产城融合的进步与迟滞都密不可分。科技进步不但可以促进产业技术的更新、产业转型升级，尤其是工业技术的进步，进一步为城镇化的发展提供经济支撑，而且现代信息技术的进步也有利于城镇人口、城镇空间和城镇功能的扩散和延伸，以及城镇发展合理规划。

5）全所自动化系统通过DI 模块来实现遥信功能；通过DO 模块来实现遥控功能；通过AI 模块来实现遥测功能。

以上90-70 PLC 及90-30 PLC 的模块分别安装在二个机架上。该机架上设有背板总线，各模块通过背板总线相互交换信息和命令。

2.3 全所自动化系统网络结构

1) GENIUS NET

GENIUS NET 是美国较为流行的一种通讯协议。它为令牌总线网，能挂多个节点。

变电所内各智能开关柜中的PLC 通过GENIUS 总线控制器GBC 模块组成了GENIUS NET

现场控制网络。通过Genius Net 工业现场控制总线，中央信号屏与各智能开关柜交换信息，实时向中央信号屏发送遥信、遥测信息，接受中央信号屏发给本柜的控制信息。

就变电所10kV 开关柜系统而言，全所自动化系统在它其中7 个开关柜内各安装了一套90-30 PLC。它们分别是：1#进线柜、2#进线柜、1#馈线柜、2#馈线柜、母联柜、1#配电柜、2#配电柜。

10KV 开关柜系统PLC 通讯网络GENIUS 网连接如图3 所示：

图3 10KV 开关柜系统GENIUS 网络连接图

2）PROFI-BUS

中央信号屏通过Profi-bus 工业现场总线与1500VDC 馈线柜交换遥信、遥测和遥控信息。

3）RS232 和RS485

RS232 和RS485 是常用的底层通讯标准。

在变电所各智能开关柜的90-30 PLC 中均配有一块编程协处理器PCM 模块。它通过编程可以完成接口操作、实时计算、数据存储、数据通讯等功能。它有RS-232 接口和RS-485 接口，并通过其中RS-485 接口与继保装置连接，读取继保信息。

3 全所自动化系统的功能

全所自动化系统具有安全监控功能。它不仅对变电所内各种保护装置的工作状态进行监视，还不断地对采集到的各种电压电流值进行监控，一旦发现有越限情况，中央信号屏就通过串行接口向工业报警显示装置发送报警信息，通过报警蜂鸣器和报警灯进行声光报警，从而实现全所集中报警功能。并且，针对不同的越限报警设置了不同的报警提示音，以便提醒值班员及时做出正确的判断和处理。

同时，全所自动化系统还在硬件保护的基础上设置了强大的软件闭锁保护功能。无论是何种操作，都设有相应的功能强大的软件闭锁。例如，对某个开关进行遥控合闸操作时，在将其“遥控/就地”选择开关打到了“遥控位”后，方可实现由变电所内中央信号屏或中央控制室对该开关柜进行遥控合闸操作。因为计算机对开关柜有保护性联锁，所以必须满足所对应的条件，如开关本体无故障、工作小车已到位、PLC 网络通讯正常、对PLC 内部的故障标志已清除等等。只有当所有的条件都满足要求时，才能顺利完成此次遥控合闸的操作。这样强大的软件闭锁功能，对防止误操作的产生提供了有力的保障，提高了变电所供电设备运行的可靠性。

由于自动化系统中的微机保护装置和自动监测装置，都具有故障自诊断功能，当发生故障时，能及时反映出故障时间、故障类型、故障部位，给维修工作带来了极大的便利，大大缩短了故障维修时间。

4 结论

由于采用全所自动化系统，不仅全面保障了轨道交通变电所安全、可靠的运行水平，同时也提高了轨道交通供电系统的技术水平和管理水平。但是，轨道交通变电所全所自动化系统还处于起步阶段，在实际的运行过程中，还是会遇到各种问题。我们相信，随着系统硬件和软件的不断改进和升级换代，全所自动化系统的功能将越来越强大，它的性能也将日趋完善。

[1]GE Fanuc Automation关于PLC的培训教材资料.

[2]上海轨道交通三号线变电所全所自动化系统的培训手册资料.

[3]上海轨道交通三号线牵引降压站系统操作说明资料.

[4]黄益庄.变电站综合自动化技术.北京：中国电力出版社.