嘉兴西门子一级代理商通讯电缆供应商

嘉兴西门子一级代理商通讯电缆供应商

2.1 机组现地控制单元

机组现地控制单元每台机组配置JNLCS-200一套，分别编号为1#LCU、2#LCU、3#LCU、4#LCU。屏上配有触摸屏、PLC模块、交流量智能变送器，每套机组现地控制单元采用温度变送器及智能温度巡检装置两种方式采集机组各测温点的温度。温度巡检装置经通信接口与本单元进行通信。相关的备用、调相、发电、故障和事故等状态指示，以及开停机、紧停、过速保护等功能按钮及连片。

PLC配置

机组现地控制单元的PLC采用西门子S7-200 CN可编程控制器（PLC）模块。该系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 CN系列的强大功能使其无论在立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200 CN 系列具有高的性能/价格比。

根据系统要求，PLC配置如下：

① 处理模块（CPU）：选用CPU226（24点DI/16点DO）。

② 数字量输入模块（DI）：选用EM221，共2块（16点DI/块）。

③ 数字量输入输出模块（DI/DO）：选用EM223，1块（16点DI/16点DO）。

④ 温度量输入模块（RTD）：选用EM231，共2块（8点/块）

⑤ PROFIBUS-DP接口模块：EM277，1块。

⑥ PROFIBUS-DP网络连接器1个。

触摸屏配置

触摸屏采用西门子K-TP178micro触摸屏。该屏是西门子专门针对中小型自动化产品用户需求而设计的全新触摸屏。通过点对点连接（PPI或者MPI）完成和S7-200CN控制器的连接，整个系统浑然一体，具有良好的稳定性和抗干扰性。通信速率可达187.5kbaud。它的操作界面非常友好，不但可以通过触摸屏来执行操作，可以通过面板上的6个按键来执行操作。此外该屏采用了32位ARM7的CPU处理芯片，同时拥有大的内存空间使操作响应加快速

公用及开关站现地控制单元配置JNLCS-200一套，编号为5#LCU，配置西门子PLC模块、温度采集模块、CM-320B多对象微机准同期装置、交流量智能变送器、西门子K-TP178micro触摸屏、开出继电器、交流采样装置等相关器件。主要对全厂公用的油、气、水辅助系统，厂用交流电源系统，直流电源系统及开关站等监控对象的数据采集及实时控制。

根据系统要求，PLC配置如下：

① 处理模块（CPU）：选用CPU226（24点DI/16点DO）。

② 数字量输入模块（DI）：选用EM221，共2块（16点DI/块）。

③ 数字量输入输出模块（DI/DO）：选用EM223，1块（16点DI/16点DO）。

④ 温度量输入模块（RTD）：选用EM231，共2块（8点/块）

⑤ 模拟量输入模块（AI）：选用EM231，1块（4点AI）。

⑥ PROFIBUS-DP接口模块：EM277，1块。

⑦ PROFIBUS-DP网络连接器1个。

2.3现地控制单元系统实现的功能：

2.3.1数据采集与处理

收集电厂内机组现地控制单元（LCU）采集的模拟量、数字量（包括状态量、顺序事件数字量、脉冲量、报警数字量）。

对采集来的数据进行分析、处理、计算，形成主站各种监控及管理功能所需的数据。

对一些数据作为历史数据予以记录、整理和保存。

2.3.2运行监视

运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。

2.3.3控制与调节

机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，而不需依赖于电站控制。在接受电站控制命令后，工况转换及调节能自动完成，也能分步自动完成。机组现地控制单元也能执行现地人机接口发出的现场命令。

机旁设控制权切换开关（上行信息不受切换开关位置影响）。开关置于“中控室”时，则机组仅受控于电站控制，置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。

机组控制单元顺序控制

机组同步并网

机组辅助设备的自动控制、监视

① 事件检测和发送

自动检测本单元所属的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状变时，将事件的性质依次检测、归类存档，并上送电站控制。

2.3.4数据通信

完成与电站控制的数据交换，实时上送电站控制所需的过程信息，接收电站控制的控制和调节命令。

机组现地控制单元接收电站控制所用的同步时钟信息以保持同电站控制同步。

与电能计量装置及其他承包商提供的微机励磁调节器、微机调速器、微机继保装置、微机测速装置、温度巡检装置等之间通信，进行信息交换，提供接口软件。

2.3.5系统诊断

机组现地控制单元硬件故障诊断：可在线或离线自检设备的故障，故障诊断能定位到模块。

软件故障诊断：应用软件运行时，若遇故障能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。

在线运行时，当诊断出故障，能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信息上送电站控制以便显示、打印和报警。

系统配备上位机一台，该机还兼做语音报务器。

2.4上位机配置

① 服务器 (DELL P4 2.8G处理器、512MB内存、80GB的硬盘)。

② 彩色显示器 (DELL 21寸彩色显示器)。

③ 语音报警设备 (多媒体声卡、音箱)。

④ CP5611网卡

⑤ SIMATIC NET 6.0。

⑥ WINCC 5.1。

上位机监控系统采用西门子WinCC人机接口软件，该软件可以很好的支持S7系列CPU，且具有强大的画面组态、报警设置、数据存档、报表设计等功能。此外还集成了多种网络连接方式，使其与自动化系统连接起来加方便。

2.5上位机监控系统实现的功能：

2.5.1数据采集与处理；

主控级自动采集和处理各现地控制单元的各类实时数据和处理电站设备的运行参数，采集的数据及处理量主要有以下几种：

① 电气量：主控级收集由现地控制单元采集的各电气量：

② 模拟量

温度：机组上导、下导、水导、推力轴承的瓦温、油温、冷却水温、转子线圈、定子线圈和铁芯的温度及变压器油温等。

③ 数字量：各现地控制单元将采集到的数字量上送主控级进行处理或现地处理

④ 脉冲量：各现地控制单元对采集到的脉冲量进行累计，换算成相应的电度量后，上送主控级进行全厂日、月、年发电量累加处理。

⑤ 数据压缩精简：对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理，去掉无用的数据后，将“压缩”了的数据存入数据库。

2.5.2运行监视；

运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。

① 全厂运行实时监视及参数在线修改：运行值班人员通过显示器对全厂各主设备及辅助设备的运行状态进行实时监视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员，其操作权限的内容也各不相同。对监控系统监控的所有设备，具有一定操作权限的运行值班人员能在线修行参数。

② 状变监视：状变分成两类。一类为自动状变即自动控制或保护装置动作所导致的状变，如断路器事故跳闸，机组的自动起动等，另一类为受控状变，即由来自人工控制的命令所引起的状变。发生这两种状变时，均可在显示器上显示。状变量以数字量形式采入。

③ 越限检查：检查设备异常状态并发出报警，异常状态信号在显示器上显示并记录。

④ 过程监视：监视机组各种运行工况（发电、调相、停机）的转换过程所经历的各主要操作步骤，并在显示器上显示；当发生过程阻滞时，在显示器上给出阻滞原因，并由机组现地控制单元将机组转换到状态或停机。

⑤ 趋势分析：分析机组运行参数的变化，及时发现故障征兆，提高机组运行的性。

⑥ 间歇运行的辅助设备的运行监视和分析：监视机组及电站各间歇运行的辅助设备（如压油泵、技术供水泵、空压机等）起动次数、运行时间和间歇时间。在机组及电站不同运行方式下，其起动及运行间隔有一定的规律，通过分析这些规律的变化情况，监视间歇运行设备及其对应的主设备是否异常。

⑦ 监控系统异常监视：监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号，并在显示器及打印机上显示记录，指示故障部位。

2.5.3实时控制和调整；

2.5.4监视、记录、报告；

在中控室装有彩色显示器，用于显示电站的运行情况。全厂所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等可记录下来，并能以中文格式在显示器上显示，在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式。

2.5.5事件顺序记录；

在电站发生事故时，由各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态量，并上送电站控制，完成事件顺序排列，显示、打印和存档。每个事件的记录和打印包括点名称、状变描述和时标，记录的分辨率不大于5ms。

2.5.6事故追忆和相关量记录；

记录在事故发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况。追忆量包括35kV线路的有功及无功功率，三相电流，35kV线路电压及频率、机组线电压、三相电流和有功、无功功率等。采样周期为1s。追忆量除了打印外还可以用曲线在显示器上显示。

相关量记录：自动记录与事故、故障有关的参数。

当机组某一参数越，监控系统同时显示打印其相关参数的对应数值。

2.5.7正常操作指导和事故处理操作指导；

① 正常操作：操作顺序提示，能根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应的标志，如操作是不允许的，则提示其闭锁原因并尽可能提出相应的处理办法；操作票编辑、显示、打印；运行报表显示、打印等。

② 事故处理：在出现故障征兆或发生事故时，由监控系统提出事故处理和恢复运行的指导性意见。

2.5.8数据通讯；

① 与地调、水情测报等系统的通信。

② 与各现地控制单元通信，向各现地控制单元发送指令，并接收各现地控制单元上送的各种信息。

2.5.9屏幕显示；

画面显示是计算机监控系统的主要功能之一，画面调用将允许以自动或召唤方式实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面能够自动推出，召唤方式则指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等。画面清晰稳定、构图合理、刷新速度快且操作简单。

2.5.10电站设备运行维护管理；

积累电站运行数据，为提高电站运行、维护水平提供依据。

2.5.11系统诊断；

电站控制系统设备如工作站、通讯网络、主站外设等设备的故障自诊断，故障时发出信号，并将记录和打印。

2.5.12软件开发；

离线进行系统软件的开发与编辑，包括画面、报表、数据库等的编辑，从而实现对系统的管理、维护与升级。

2.5.13培训；

上位机系统可具备培训功能，使用户技术人员能够掌握系统功能及原理。

WinCC控制画面

三、关键技术的使用

3.1 PROFIBUS现场总线技术

随着制造业自动化和过程自动化中分散化结构的增长，现场总线的应用日益广泛，现场总线实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制（PLC）和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到少。PROFIBUS现场总线满足了生产过程现场数据可存取性的重要要求，一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。

在宝坛一、二级站计算机监控系统中各控制单元之间通过PROFIBUS现场总线连接。装有CP5611网卡的上位机作主站，各控制单元以PROFIBUS-DP从站的方式接入上位机

WinCC连接PROFIBUS-DP从站

编程时，要配置CP5611网卡。像配置S7-300站一样将其组态为PROFIBUS主站（DP-MASTER），将其下载到硬件中。WinCC侧的组态，在WinCC程序中添加PROFIBUS-DP协议，并设置其系统参数。在DP连接协议下添加新的连接及变量即可。

3.2 数据库软件Sybase

数据库软件采用了Sybase公司的Sybase服务器软件，利用Sybase数据库强大的数据引擎，确保各个电站子控制系统的历史数据和操作、报警记录的而准确的记录，同时保证各个电站子控制系统对历史数据的报表统计、查询等功能的实现。并为将来和MIS系统的连接作好预留手段。

3.3 S7-200与PMAC通讯

系统采用的S7-200系列226CPU模块上具有两个可编程的自由通讯口， PMAC采用标准的485通讯方式，支持PROFIBUS通讯协议。我们将PMAC的485+接入CPU一个通讯口的3脚，485-接入8脚，用STEP 7-Micro/WIN软件对通讯口进行编程。

编程时在项目文件中创建一个子程序，如下图中的“pmac_com”,程序的具体语句如下图。

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于电能。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，因此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等功能均由现场单元部件立完成，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。

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。下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内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。

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，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ModiQuantum 系列PLC ，来实现变电站自动化的RTU 功能.QuantumPLC 具有模块化，可扩展的体系(con) 结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC 产品。

随着保护装置功能的日益强大，PLC 可以通过与保护装置的通讯来实现三遥功能。一些特殊要求的情况下，采用DI, DO, AI 模块来实现遥控、遥测和遥信。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。

地铁变电站自动化系统设计

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 。CPU 模块采用80586 处理器，主频66MHz ，内存2M ，并配有存放数据、可调参数和软件的RAM 和FLASH MEMORY 。能对CPU 及I/O 进行自诊断。

通讯模块采用Modbus+ 通讯模块。系统结构如图1所示:

图一系统结构图

间隔层的微机保护装置经过RS 一485 总线分成几个组，连接到网桥的Modbus 通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+ 网络送到主监控单元PLC 。

系统的主监控单元通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS 网桥NW-BM85C002 MB+ 网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS 协议的数据进行协议转化，通过MB 十网络与PLC 建立网络通讯，同时在信号屏中还配有可编程网桥NW 一BM85C485 ，通过MB+ 网络与PLC 连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS 一485 口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC 一60870-7-101 与控制通讯。

系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS 一422 接口采用IEC60870-5-101 标准规约实现与控制通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422 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。通过网桥与智能设备及控制通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC 的CPU 模块负荷率，提高系统的性。

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。

“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在信号屏内设有“就地一远方”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，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。
开放式、宜扩展性设计可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, 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、CAN 、422 、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性。

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Modbus 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Quantum 系列PLC 配套的con-cept 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。

如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块既有concept 软件的FFB libarary 提供的标准功能块，也可以自己定义，编写特制的功能块。

图二　遥控功能的组态

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。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，实时保护装置的遥测量信息，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，并将采集到的数据存放。网桥将RAM 中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制进行通讯。

网桥中的报文接析程序分析控制传来的报文，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。

系统功能及特点

变电站自动化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间开关联
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，提高系统运行性。
(2) 开关、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) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5) 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。
(6) 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。

结束语

在实际运行中，网桥与控制的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。

PLC 硬件由于应用工业级性设计，因此实际运行中非常，绝少出现死机的情况，性远采用bbbbbbs 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。模块化的设计也使的系统的检修和换为便捷。

需要改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。