電氣工程師職稱論文發(fā)表期刊推薦《華中電力》雜志是經(jīng)國家新聞出版總署正式批準(zhǔn)，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級期刊，已被《中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫》、《中國期刊全文數(shù)據(jù)庫》、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》、《中國期刊網(wǎng)》等數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊，雜志集權(quán)威性、理論性與專業(yè)性于一體，具有高端的學(xué)術(shù)價值，是作者科研、晉級等方面的權(quán)威依據(jù)，歡迎廣大作者積極撰寫論文，踴躍投稿！
　　摘要：本文主要敘述了廣州地鐵智能低壓系統(tǒng)的方案設(shè)計、系統(tǒng)組成、各部分元器件功能、參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容。該系統(tǒng)的采用提高車站低壓系統(tǒng)的可靠性，簡化了低壓系統(tǒng)與EMCS、SCADA等其他系統(tǒng)的接口，初步實現(xiàn)了低壓系統(tǒng)的智能化。

　　關(guān)鍵詞：低壓智能控制系統(tǒng)；PLC；智能I/O；低壓智能控制系統(tǒng)

　　前言

　　當(dāng)前在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，相比較于傳統(tǒng)的低壓電氣控制即接觸器與熱繼電器控制，智能低壓已經(jīng)飛速發(fā)展起來，隨著低壓智能元器件的日益豐富和成熟，低壓智能控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中，廣州軌道交通順應(yīng)智能低壓控制系統(tǒng)的發(fā)展，率先在國內(nèi)地鐵行業(yè)中引入低壓智能控制系統(tǒng)，廣泛采用PLC、馬達(dá)保護器、軟啟動、智能儀表、人機界面等智能元器件，解決了傳統(tǒng)低壓電氣控制系統(tǒng)中一些難以解決的問題，并增加了許多新的功能和特點。

　　一、系統(tǒng)組成

　　智能低壓系統(tǒng)：主要實現(xiàn)變電所各回路主要包括進線、母聯(lián)、三級負(fù)荷總開關(guān)、饋出至環(huán)控電控室開關(guān)的測量、控制、監(jiān)視等功能；實現(xiàn)對變電所各饋出回路運行狀態(tài)的監(jiān)視功能。系統(tǒng)以通信口的方式與上位監(jiān)控系統(tǒng)SCADA進行通信，SCADA主要實現(xiàn)對變電所主要斷路器（進線、母聯(lián)、三級負(fù)荷總開關(guān)）的遠(yuǎn)方控制和各回路運行狀態(tài)的監(jiān)視。智能低壓系統(tǒng)由智能儀表、小型PLC或智能I/O、現(xiàn)場總線組成，并通過智能通信模塊與SCADA連接。

　　智能低壓控制系統(tǒng)由智能元器件、現(xiàn)場總線、通信管理器、人機界面組成，并與EMCS控制器連接。智能元器件主要包括變頻器、軟啟動器、電機保護控制模塊、小型PLC或智能I/O。通信管理器可以采用工控機或PLC，考慮到可靠性的要求推薦選用PLC，主要由電源模塊、CPU模塊、通信模塊等組成。通信管理器根據(jù)智能元器件的數(shù)量和監(jiān)控功能的重要性，分為冗余配置和非冗余配置兩種。車站環(huán)控電控室、控制中心變電所采用冗余配置，而區(qū)間變電所、集中冷站變電所采用非冗余配置。人機界面采用可編程序終端，即工業(yè)級平板電腦。現(xiàn)場總線通常為線形結(jié)構(gòu)，如，單總線、雙總線，而環(huán)形結(jié)構(gòu)是很少見的。單總線是一種常用的結(jié)構(gòu)，如果沒有特殊要求，均會采用這種形式。雙總線結(jié)構(gòu)一般用于可靠性要求很高的特殊生產(chǎn)過程控制或特殊環(huán)境。

　　二、系統(tǒng)方案設(shè)計

　　1、采用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)

　　經(jīng)濟、安全、可靠地傳遞信息；正確使用、及時處理所傳信息。現(xiàn)場總線在傳遞信息的同時，解決現(xiàn)場裝置的供電問題，并要求傳輸介質(zhì)較廉價。解決環(huán)境適應(yīng)性問題，包括電磁環(huán)境適應(yīng)性（傳輸時不產(chǎn)生干擾，也不受干擾）、氣候環(huán)境適應(yīng)性（要耐溫、防水、防塵）、機械環(huán)境適應(yīng)性（要耐沖擊、耐振動）。

　　2、環(huán)控方案

　　各個車站單端的通訊管理器采用了高性能的冗余PLC結(jié)構(gòu)，由于系統(tǒng)中控制的點數(shù)多，線路長，為了分散由于單總線故障造成的風(fēng)險從而保證總線的可靠性。在設(shè)備網(wǎng)中根據(jù)設(shè)備的分布情況及密集程度,分別采用3路獨立的單總線方式進行基層設(shè)備的信息采集及監(jiān)控。因此在每個通訊管理器中用了3個設(shè)備網(wǎng)掃描器，共3條設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與底層被控設(shè)備相連，基層的智能I/O和馬達(dá)保護器主要進行現(xiàn)場設(shè)備的控制,信號采集及與環(huán)控電控室的通訊管理器通訊。將現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài),信號上傳至上位機監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）。

　　智能I/O分別安裝于每面控制柜的上端，硬接線將柜內(nèi)各個風(fēng)閥與I/O相連，然后通過設(shè)備網(wǎng)通訊模塊將智能I/O掛接在設(shè)備網(wǎng)上。馬達(dá)保護器安裝于柜子的抽屜中，通過內(nèi)置的設(shè)備網(wǎng)接口掛接在設(shè)備網(wǎng)上，軟啟動器通過設(shè)備網(wǎng)接口掛接在設(shè)備網(wǎng)上。

　　所有現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障信息等均通過設(shè)備網(wǎng)傳送至位于環(huán)控電控室的通訊管理器，通訊管理器接收EMCS系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，對現(xiàn)場設(shè)備實施的各種控制及改變控制參數(shù)也是通過設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進行的。系統(tǒng)中連接到控制網(wǎng)上的人機界面計算機采用工業(yè)級組態(tài)軟件，以豐富的文字、形象的圖形顯示各個現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)、自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調(diào)出相關(guān)的控制程序及電控圖紙、也可進行運行信息的自動記錄、統(tǒng)計管理等，并可將報警信息（故障點、故障原因、故障時間等）傳送至EMCS系統(tǒng)，系統(tǒng)具有完善的PLC故障自動診斷程序和HMI報警系統(tǒng)，使設(shè)備故障的查詢極其快速、方便、準(zhǔn)確，能大大節(jié)省了系統(tǒng)的設(shè)備單體調(diào)試時間及聯(lián)機調(diào)試時間，并為以后的運營提供了維修查詢的方便。

　　三、主要元器件

　　1、通信管理器

　　通信管理器為工業(yè)型PLC，完成電機保護控制模塊各種參數(shù)的設(shè)定及與EMCS的通信轉(zhuǎn)換、智能化模塊（包括電機保護控制模塊、軟啟動、PLC、智能I/O等）與EMCS的數(shù)據(jù)交換及管理。兩臺通信管理器互為熱備，切換時間不大于2秒。通信管理功能滿足EMCS功能要求，與上位監(jiān)控系統(tǒng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)冗余總線連接。電機保護控制模塊、軟啟動、小PLC等通過總線與通信管理器連接。

　　2、電機保護控制模塊

　　電機保護控制模塊采用工業(yè)型產(chǎn)品，可編程的I/O在滿足監(jiān)控功能條件下留有一定的裕量以便擴充和修改。模塊通過內(nèi)置或外置電流互感器自動采集電機一次側(cè)電流，完成過載保護、電流不平衡保護、相故障保護、接地故障保護、堵轉(zhuǎn)保護。通過模塊實現(xiàn)電機三級控制及控制轉(zhuǎn)換，三級控制為：車站控制室控制、環(huán)控電控室控制、設(shè)備就地控制，控制優(yōu)先級順序為：就地控制、環(huán)控電控室控制、車站控制室控制，即就地控制優(yōu)先級別最高。在環(huán)控電控室、就地控制箱實現(xiàn)電機運行狀態(tài)顯示和故障顯示。并將電機運行狀態(tài)、故障信息（包括故障類型、參數(shù)）、電機一次側(cè)電流值、控制狀態(tài)等參數(shù)送通信管理器和EMCS。

　　3、軟啟動器

　　軟啟動器標(biāo)稱電流應(yīng)滿足電機功率要求，為現(xiàn)場總線產(chǎn)品，具有與電機保護控制模塊一致的通信協(xié)議和通信速率。能與上位監(jiān)控系統(tǒng)進行雙向通信，傳輸有關(guān)參數(shù)設(shè)定、運行信息、控制命令等。運行方式及參數(shù)現(xiàn)場可調(diào)，且有寬闊的啟動電壓、啟動電流和啟動時間調(diào)節(jié)范圍。具有3個以上數(shù)字量輸入點，滿足啟動、停止、復(fù)位和控制轉(zhuǎn)換等要求；3個以上可編程繼電器輸出作為故障、運行等信號指示，有LCD狀態(tài)顯示設(shè)置功能。啟動器應(yīng)對電機具有過負(fù)荷、缺相、三相不平衡保護功能，啟動時間過長可進行保護。具有故障診斷功能，可快速確定故障類型。

　　4、變頻器

　　變頻器必須采取矢量控制方式，而且變頻器必須對電機進行自動適配，對電機建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。為到達(dá)最佳的節(jié)能效果、變頻器要求具有自動能量優(yōu)化功能，當(dāng)電機在50HZ運行時，如非滿載，也要求具有節(jié)能和降噪效果。變頻器有載波頻率控制功能,當(dāng)變頻器過載時,降低載波頻率,又降低變頻器的損耗。

　　5、小型PLC或智能I/O

　　為了提高控制可靠性，所有開關(guān)量輸出均采用繼電器輸出并加中間繼電器的方式。在環(huán)控電控室實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)顯示和故障顯示，將設(shè)備運行狀態(tài)、故障信息、控制狀態(tài)等參數(shù)送通信管理器和EMCS。具有存儲功能及一個以上通信口。在總線故障或通信管理器故障時，通過模塊還能實現(xiàn)就地、環(huán)控電控室兩級監(jiān)控功能，同時實現(xiàn)風(fēng)機風(fēng)閥之間的聯(lián)鎖。

　　6、智能儀表或智能斷路器

　　智能斷路器具有智能對話單元，能與上位監(jiān)控系統(tǒng)進行雙向通信，可接收監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的開啟或閉合命令，并動作斷路器。接收監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的電流設(shè)定值、保護設(shè)定值、單元配置參數(shù)等。智能對話單元可以向監(jiān)控系統(tǒng)傳送斷路器位置狀態(tài)、運行狀態(tài)和儲能裝置狀態(tài)、保護動作、參數(shù)設(shè)定值等。智能對話單元具有友好的人機界面，便于進行參數(shù)設(shè)定、查看有關(guān)歷史記錄、顯示運行參數(shù)及數(shù)字表計等，具有編輯、記憶、顯示、預(yù)告、報警等功能。

　　7、人機界面

　　該系統(tǒng)中的人機界面（可編程序終端及操作顯示面板）均采用觸摸式工業(yè)計算機。每個車站環(huán)控電控室，集中冷站變電所低壓室、控制中心變電所低壓室均設(shè)一個人機界面。

　　四、地鐵智能低壓系統(tǒng)與其它行業(yè)（電力、物流）智能系統(tǒng)的比較

　　地鐵智能低壓控制系統(tǒng)與其他智能系統(tǒng)相比較而言，有自己的特點，地鐵智能低壓控制系統(tǒng)有模式控制的概念，而模式控制最終而言，主要設(shè)備控制對象是控制各種馬達(dá)，但要達(dá)到準(zhǔn)確與安全的控制效果并非易事。而對于其它行業(yè)如電力智能控制系統(tǒng)是一個模擬量占多數(shù)的連續(xù)控制系統(tǒng)，對于馬達(dá)控制，主要是一些水泵、給煤機、引送風(fēng)機的控制，這種設(shè)備數(shù)量不多，所以大多未采納智能低壓控制這個概念。對于物流行業(yè)比如機場行李輸送系統(tǒng)，雖然馬達(dá)數(shù)量比較多，但由于都是小功率馬達(dá)，并且對于馬達(dá)運行也沒有讀取設(shè)備電流的需求，所以控制系統(tǒng)還局限于傳統(tǒng)電氣階段。

　　在地鐵智能低壓控制系統(tǒng)中，因?qū)嶋H需要采用了控制網(wǎng)/設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)/MB+網(wǎng)絡(luò)，這在其他低壓控制系統(tǒng)中是不多見的，這幾種網(wǎng)絡(luò)的先進性在于它的高速度、透明性、實時性、開放性。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也使得系統(tǒng)架構(gòu)顯得特別簡單，層次明晰清楚。

　　地鐵智能低壓控制系統(tǒng)是一個有很高控制要求的系統(tǒng)，既要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，達(dá)到安全控制要求，又需要系統(tǒng)硬件冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余。地鐵智能低壓控制系統(tǒng)是一個高可靠性、先進性的控制系統(tǒng)。

　　五、總結(jié)及展望：

　　目前，廣州地鐵已建成開通一至五號線、八號線、珠江集運線等線路，六號線、廣佛線二期工程等多條線路同時在建設(shè)，伴隨著地鐵線網(wǎng)的延伸，廣州地鐵將不斷追求技術(shù)進步。智能低壓系統(tǒng)的采用節(jié)省了硬件投資，提高了系統(tǒng)的可靠性、降低了運行維護成本，在不久的將來，現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，系統(tǒng)控制的精確化成為一個必然的趨勢。

---

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/21394.html