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1、 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；The Application of LOGO！in the DC Traction SCADA of Urban Rail Transit WANG Wen-gong（NARI Technology Development Co.,Ltd,Nanjing 210061，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
2、解决方案，最后给出了 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:This paper briefly introduces us Urban Rail Transits PSCADA and its DC Traction total Framework，and，on the basis of factual requirements，an specific application scheme is provided to verify the implementation of LOGO！in one Beijing Ur
3、ban Rail Transit s DC Traction SCADA.lastly，LOGO！s excellence and disadvantage are put forward!KEY WORD:LOGO！;Urban Rail Transit;DC Traction;PSCADA（Power SCADA）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
4、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
5、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
6、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
7、（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
8、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
9、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
10、，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：2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 3 LOGO！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、
11、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 DPU 96）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 点描述 点类型点类型上位机上位机 DP 地址 地址 字节 位 旁路隔离开关分 DI 采集 2 0 旁路隔离开关合 DI 采集 2 1 旁路隔离开关 故障 DI 采集 2 2 上网电隔操作就
12、地方式 DI 采集 3 0 上网电隔操作遥控方式 DI 采集 3 1 上网隔离开关分 DI 采集 3 2 上网隔离开关合 DI 采集 3 3 上网隔离开关 故障 DI 采集 3 4 三轨有压 DI 采集 3 5 上网隔离开关 MCB 跳闸 DI 采集 4 0 三轨有压检测设备故障 DI 采集 4 1 3 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 1 0 旁路隔离开关合闸命令 DO 控制 1 1 上网隔离开关分闸命令 DO 控制 1 2 上网隔离开关合闸命令 DO 控制 1 3 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
13、 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 设备名称 技术规格 技术规格 订货号 订货号 数量 数量 电源模块 LOGO!Power 24V/2.5A6EP1 332 1SH22 16 CPU模块 LOGO!24 6ED1 052 1CC00-0BA6 16 后备电池 LOGO!电池卡 6ED1 056-6XA00-0BA0 16 CPU 存储卡 LOGO!存储卡 6ED1 056-7DA00-0BA0 16 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 RT2
14、1-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 S7 300（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），S7 300 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 S7 300 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
15、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。4汪文功：LOGO！在轨道交通直流牵引监控系统中的应用 图 2 LOGO！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 S7 300 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 S7 300 外，还包括用来监控两个进
16、线开关柜和一个负极开关柜的S7 300，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S7 300使用PROFIBUS DP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
17、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 S7 300 进行硬线连接中转（可
18、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，1999 年 2 汪文功，徐力强，王文荣，等.北京地铁五号线变电所综合自动化系统的设计与实现.电力系统装备.2007 年第 1 期：57-59 3 魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术.北京：电子工业出版社.2004 年 11 月 6