1 引言 

    地铁是我国大型城市公共交通的重点发展方向,而可靠的供电是地铁安全运营的重要保障,功能强大的地铁供电变电站自动化系统又是保证供电质量的基础。地铁供电变电站的一次设备、运行方式及管理模式与大电网变电站有一定的差异,导致了其自动化系统的功能也与大电网变电站的功能存在不少差异。

    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。  
                      
    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，已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omron c200hg中型plc，来实现变电站自动化的rtu功能。欧姆龙系列plc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。当然，对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的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。 

    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，即区域调度层、变电站调度层和现场设备层。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。

    2.1 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。主机采用研华系列的工控机进行监视和数据处理及备份等。

    电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，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。

 图1  系统组成示意图
     系统采用业界通用的三层模式，如图1所示。
    （1）底层为现场总线网controller link。它把智能仪表延伸到现场，对数字量、模拟量直接控制，信息通过现场总线传到控制站。
    （2）中间层为高速实时sysnet网，它把各站房联成一体。sysnet既可以与plc也可以与普通计算机联网，从而便于与其他类型的dcs系统互联，达到系统开放的目的。
    （3）上层为ethernet网，可与各站房和区域电力总调度相联，并与mis系统互联。ethernet的通信服务器可为远程用户提供方便，共享有关信息。    上位机采用组态软件(组态王kingview5.0) 编程。controller link是一种fa(工厂自动化)网络，它可以在omron c200hx/hg/he可编程序控制器和ibm pc机或其兼容机之间方便、灵活地发送和接收大容量数据包，采用令牌总线方式，双绞线电缆连接，最大传输距离可达500m(2mb/s)-1km(500kb/s)。通信协议宏(protocol macro)是一种通信协议，实现sysmac。系列plc同各种带有rs-232c或rs-422/485端口的通用器件的数据传送。用户可以用omron通信协议支持软件(pst)设定数据传送步骤(通信序列)，并在梯形图程序中使用pmcr指令执行该通信序列本系统中，设置了2个通讯序列，分别用于发送和接收数据，每个序列内又分成4步。    各层都配置液晶显示器，用于系统设备监控、软件维护、设备调试、站控层操作等人机接口，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，事件改变的内容、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，并进行存储。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，系统输入两路直流电源，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。 
    2.2 开放式、宜扩展性设计 

    可以与满足相应标准规约的其它公司相关的(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、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 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。编程软件采用cx-programmer编程环境。该软件是omron开发的应用于c200h plc的编程软件，运行在windows2000操作系统中，在自动化工程各方面具有友好的用户功能。本系统软件通过相应设计和配置，实现了变电站自动化的三遥功能。主程序示意图如图2 所示。 



图2  主程序示意图     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。 

    4 系统功能及特点 

    变电站自动化系统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有开关联跳功能。 

    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) 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。 

    (5) 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。 

    5 结束语 

    在实际运行中，因为是采用的双机热冗余方案，大大提高了发现问题的及时性。实际运营中即便是主机出现故障，备用主机也可以坚持长时间的正常运行，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题，并保证了万家灯火、长久璀璨的实际效果。 

    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windows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。模块化的设计也使系统的检修和更换更为便捷。 

   整个系统设计采用光纤通讯模块，可以有效的隔离各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，避免设备因意外引起的高压击穿而造成不必要的损失，对于同行来讲这是一个很好的应用经验。