LOGO!在轨道交通直流牵引监控系统中的应用

LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用汪文功国电南瑞工控分公司，南京市浦口区高新路20号210061；TheApplicationofLOGO！intheDCTractionSCADAofUrbanRailTransitWANGWen-gong（NARITechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Nanjing210061，China）摘要：本文简要的介绍了轨道交通变电所综合自动化系统及其直流牵引系统的整体结构，并根据实际需求，给出了LOGO！在北京某轨道交通直流牵引监控系统的具体解决方案，昀后给出了LOGO！的优点及其不足之处。关键词：LOGO！、轨道交通；直流牵引；变电所综合自动化系统ABSTRACT:ThispaperbrieflyintroducesusUrbanRailTransit’sPSCADAanditsDCTractiontotalFramework，and，onthebasisoffactualrequirements，anspecificapplicationschemeisprovidedtoverifytheimplementationofLOGO！inoneBeijingUrbanRailTransit`sDCTractionSCADA.lastly，LOGO！’sexcellenceanddisadvantageareputforward!KEYWORD:LOGO！;UrbanRailTransit;DCTraction;PSCADA（PowerSCADA）1概述近年来随着城市轨道交通自动化系统的快速发展，很多大型设备的监视和控制都选用微型PLC进行改造。对某些控制点少而控制逻辑又较复杂的小型设备来说，微型可编过程控制器紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、强大的指令以及较高的可靠性和简便的维护近乎完美的满足了小规模的控制要求。如750V/1500V直流开关柜的测控单元开关整流器的监视单元和400V开关柜的测控单元等均采用了PLC可编程程控制器，给安装、运行、维护带来诸多的便利。以下给出的就是LOGO！在北京轨道交通四号线直流牵引监控系统中的一个典型应用实例。北京地铁四号线起自南四环路北侧马家楼，向北沿马家堡西路、菜市口大街、宣武门外大街、宣武门内大街、西单北大街、西四南大街、西四北大街、新街口南大街至新街口，由新街口向西，沿西直门内大街、西直门外大街、至首都体育馆后转向北，沿中关村大街至清华西门，之后向西进入颐和园路，经圆明园、颐和园、终至龙背村，线路全长28.14公里。北京地铁四号线工程共设24座车站，其中地下站23座，地面站一座，另设车辆段一处，停车场一处，分别设在马家楼和龙背村；四号线控制中心与在建的五号线及十号线合设在小营，并在车辆段信号楼设置备用控制中心，在车辆段供电车间设置复示系统。2需求分析城市轨道交通供电系统是自成体系的配电系统，包含有传统的交流供电系统和直流牵引供电系统两部分。为了实现整体系统的安全可靠运行，必须实现电力系统的调度、运营和管理的自动化。北京地铁四号线全线设置一套电力监控系统，该系统在OCC指挥中心内设置电力监控主站系统，在车-1-汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用辆段设置备用控制中心一座，在沿线各变电所内设置电力监控被控站，全线共设26个变电所综合自动化系统作为电力监控的被控站，如图1所示。在供电检修车间调度室内设置一套供电复示系统，通过通信通道与控制中心电调系统接口完成对供电系统的复示功能，用于检修调度管理。电力监控系统完成对上述各变电所的供电设备及牵引网电动开关设备运行状态的监视控制，负责全线牵引及电力供电系统的运行管理、正常检修及事故抢修的调度指挥，以确保整个供电系统及设备安全、可靠地运行。供电复示系统实现运营维修人员对全线供电系统设备的监视和对设备的维修管理，提高维护及维修的质量和效率。电力监控系统由电力监控中心、以及设置在沿线的各个牵引降压混合变电所和降压变电所内的变电所综合自动化系统（被控站），二者通过通信通道构成电力监控系统。电力监控系统实施对全线上述变电所主要供电设备及接触轨电动隔离开关实时监控及数据采集，完成电力调度所对全线供电系统的运行及维修调度自动化管理，保证系统供电的可靠性、安全性。变电站综合自动化系统是轨道交通供电自动化的基本组成，是实现电力监控系统功能的基本单元。轨道交通变电站内各层之间的信息可充分共享，并通过通信接口与外系统交换信息。设计一个快速、稳定、可靠的控制网络是轨道交通变电站自动化系统的基本要求之一，是实现轨道交通供电系统运行管理功能的前提。整个上来讲，轨道交通变电站综合自动化系统划分为站级管理层，网络通信层，间隔层：1)站级管理层为设置在控制信号盘内的冗余热备的通信控制器、通用测控装置和一体化监视计算机。2)间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备、智能测控单元以及采用硬接点接入的现场设备。设备包括400V及10kV交流保护测控单元、750V直流保护测控单元、变压器温控器、轨电位限制装置、制动能量吸收装置、杂散电流监控单元、UPS直流屏、电度表、上网隔离开关、跟随所负荷开关等；3)网络通信层即为所内通信网络和接口设备，间隔单元通过所内通信网络层与站级管理层进行数据交换。整个系统面向变电所通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备、CT/PT等设备接口，实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。一般来讲，轨道交通供电系统分为高压电源系统，直流牵引供电系统，动力、照明、信号电源三个系统。在轨道交通供电系统中，作为轨道交通变电所自动化系统间隔层非常重要的组成部分，直流牵引供电系统直接给列车提供动力，其好坏直接影响整个地铁供电系统质量的高低。如果牵引供电系统出现问题，小则影响某个变电站、几个供电区间的输送电，大则引起整个牵引供电系统崩溃，给地铁列车的安全、运营造成影响。轨道交通牵引供电系统是直接为地铁列车提供动力的系统，可以保证地铁列车高速、安全、可靠、经济节电地运行。目前北京轨道交通牵引供电的运行采用双机组双边供电方式，即每个牵引变电站2台牵引机组带2台总闸，并列向直流母线供电运行，直流母线下设4台分闸，即馈线开关(加上备用共5台),分别向上行、下行车辆进行主备供电，两个相邻的牵引变电站同时向站内同一馈电区间供电，如图1所示：汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用图1轨道交通变电站直流牵引供电系统典型主接线图3LOGO！具体实现功能图1中，R1、R2为整流器装置，60、70为直流进线隔离开关，10、20、30、40和50为馈线断路器，61和71为进线断路器，65和75为负极断路器，14、24、34和44为旁路隔离开关，而16、26、36和46为上网隔离开关，813和824为越区隔离开关，除了旁路隔离开关和上网隔离开关之外，所有的保护和测控工作一般均由直流保护装置（如DPU96）进行监视和控制，而对于旁路隔离开关和上网隔离开关的监视和控制工作将是由LOGO！来完成，对于每一个隔离开关来讲，均配置一个LOGO！PLC，该PLC主要有8个字节的输出和4个字节的输入，其完成的监控功能如下表1所示：点描述点类型上位机DP地址－－－字节位旁路隔离开关分DI采集20旁路隔离开关合DI采集21旁路隔离开关故障DI采集22上网电隔操作就地方式DI采集30上网电隔操作遥控方式DI采集31上网隔离开关分DI采集32上网隔离开关合DI采集33上网隔离开关故障DI采集34三轨有压DI采集35上网隔离开关MCB跳闸DI采集40三轨有压检测设备故障DI采集413汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用旁路隔离开关分闸命令DO控制10旁路隔离开关合闸命令DO控制11上网隔离开关分闸命令DO控制12上网隔离开关合闸命令DO控制13表1，LOGO！在轨道交通直流牵引具体完成的监控功能实例4产品配置对于每一个典型的混合牵引降压变电所（单个降压变电所没有直流开关柜），LOGO！PLC的配置如下表2：设备名称技术规格订货号数量电源模块LOGO!Power24V/2.5A6EP1332–1SH2216CPU模块LOGO!246ED1052–1CC00-0BA616后备电池LOGO!电池卡6ED1056-6XA00-0BA016CPU存储卡LOGO!存储卡6ED1056-7DA00-0BA016硬线电缆若干——表2，典型站LOGO！硬件配置清单5通信流程变电所变电所自动化系统采用的是南瑞的RT21-SAS系统，而750V直流开关柜西门子的测控单元LOGO！采用以下方式与上位机RT21-SAS系统进行通信。首先，对于一个站的16个LOGO！，每一个LOGO！24均通过硬线电缆与西门子的S7300（型号为314）进行通信，其接口接入模块为数字输入模块为西门子的SM321（共计11个），S7300集中收集LOGO!24的数据与南瑞的C101通信控制器PROFIBUS主站进行连接，C101通信控制器除了S7300进行主从连接外，还提供另一路PROFIBUS-DP接口与750V直流开关柜直流保护测控单元DPU96，每个站设置2套协议及光电转换模块，从而实现现场设备实时信息的接入。具体连接方案如图2所示。汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用图2LOGO！24与轨道交通变电所自动化系统上位机连接图在图中，LOGO！通过西门子的S7300进行中转后，与C101通信控制器实现互联通信。C101通信控制器为南瑞自主研发的遵循协议转换单元，它主要完成PROFIBUS协议转换成与总控通信的CAN2.0B协议。LOGO！作为C101的从站，主要用于750V直流馈线柜的旁路隔离开关和上网隔离开关的监控、数据采集等功能。图中除了连接LOGO！的S7300外，还包括用来监控两个进线开关柜和一个负极开关柜的S7300，由于不是本文的主题，这里略。整体上，所有的LOGO！现场通信设备均通过S7300使用PROFIBUSDP规约接入南瑞自主研发的C101通信控制器，C101通信控制器通过双CAN现场总线规约送往南瑞的PSCADA总控系统C302，另外，C101还将接受C302的各种控制、查询命令，对底层现场设备进行实时监控，从而满足了直流测控的实时数据采集、监控、继电保护等各种功能。6应用体会使用西门子LOGO！可编程控制器替代继电控制，不但省略了许多繁琐的中间控制环节，还大大提高了可靠性和精确性，达到了理想的效果。LOGO！应用于轨道交通直流牵引领域，不仅在很大程度上减少了二次接线、设备，减少了后续运行维护量；取消了轨道交通牵引供电系统保护屏，大大降低了系统的造价；而且提高二次回路的智能控制能力、自动化水平和供电质量，降低故障率，使牵引供电系统能更加可靠地运行。目前该应用方案可以在北京轨道交通五号线直流牵引监控现场稳定运行。由于LOGO！具有微型化、系统实现简单、可靠性高等优点，其必将在轨道交通系统中得到广泛的应用。但LOGO！也有不足的地方，LOGO！没有PROFIBUS-DP从站接口（尽管自身也有EIB通信模块，但使用的并不广泛），与其他厂家进行第三方上位机通信时。必须通过西门子的S7300进行硬线连接中转（可以说是协议转换）后，方可实现与上位机的通信。如果可以增加标准的以太网模块和串口RS485通信模块，其在国内使用的领域将会更加广泛。5汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用7意见与建议除了上述LOGO！的不足之处，它也不具备时间记忆功能，即无对时功能，但由于LOGO！的主要定位在直流牵引隔离开关监视和控制，不涉及保护动作（保护工作主要由西门子DPU96来完成），因此，完全可以通过C101的时间戳来加以弥补。参考文献[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用北京：清华大学出版社，