LK在地铁变电站自动化系统中的应用

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。

　　地铁供电系统不仅为地铁车辆运行提供牵引电源，同时为整个地铁的环控、照明、信号及运营管理系统等所有用电设施提供电源。地铁供电系统的安全、可靠运行，是维系地铁各个系统正常运行的重要保障。

　　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，可以提高电网的安全、经济运行水平，减少基建投资，及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，为推广变电站无人值班提供了手段。

　　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

　　变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电报护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、plc技术、通信技术和信号处理技术，实现对全站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等自动化功能。

　　本地变电站自动化系统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，上位监控单元通过站内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对交流微机保护测控装置、直流750v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。系统结构如图1所示。

　　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，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。本系统采用了和利时公司 lk系列plc，来实现变电站自动化的rtu功能。lk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。

　　变电站管理单元内的主监控部分采用具有冗余功能的cpu模块lk210，可以实现profibus-dp网络冗余，增强主控制器与远程i/o通讯的可靠性。电源模块，同样采用冗余配置。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。

　　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。lk系列plc支持多种通讯协议，可以轻松与第三方设备进行通讯，本系统中线路纵差保护装置通过modbus协议与控制中心plc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。

附图 地铁变电站自动化系统结构图

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和利时公司lk系列plc。cpu模块采用工业级处理器lk210，主频533mhz，程序内存16m，数据内存64m，掉电保持区为1m。能实现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。系统结构如附图所示。

　　间隔层的微机保护装置经过rs-485总线分成几个组，连接到cpu模块lk210的com2通讯口上，通过modbus协议收集数据并将这些数据送到主监控单元lk　plc。

　　系统网络通讯层向上通过高速工业以太网实现与控制中心通讯；向下网络通讯层通过rs-485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。

　　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/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/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、tcp/ip、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、rs485、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profibus-dp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lk系列plc配套的powerpro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powerpro软件的提供的标准功能块，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di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ram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。