賈 浩

0 引言

牽引變電站是地鐵供電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備（包括測(cè)量?jī)x表、交流保護(hù)裝置、直流保護(hù)裝置、雜散電流單元和溫控器、網(wǎng)上開關(guān)等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和供電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與OCC通信等綜合性的自動(dòng)化功能。本文闡述了對(duì)牽引變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展前沿技術(shù)的分析和設(shè)計(jì)，通過對(duì)新型通信管理機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地鐵牽引變電站系統(tǒng)的信息采集與傳輸功能。

1 變電站綜合自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)的功能

變電站自動(dòng)化改變了傳統(tǒng)的保護(hù)裝置不能與外界通信的缺點(diǎn)，完整的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的全部控制、監(jiān)視、測(cè)量和報(bào)警功能均可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成。監(jiān)控系統(tǒng)完全滿足遙信、遙測(cè)、遙控的功能，滿足無人值班的要求。從而實(shí)現(xiàn)了OCC主站與變電站之間快速實(shí)時(shí)的通信。它具有微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制與操作閉鎖、全站對(duì)時(shí)、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信人機(jī)相連、系統(tǒng)的自診斷功能以及與遠(yuǎn)方控制中心的通信等功能。

2 利用通信裝置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)模式

在地鐵變電站中，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由站級(jí)管理層、通信層、間隔層3部分設(shè)備組成。

（1）站控層由主機(jī)、監(jiān)控主站、工程師主站、遠(yuǎn)方調(diào)度中心通過通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)方便實(shí)時(shí)通信。該類通信通過各種標(biāo)準(zhǔn)和通用的主站規(guī)約模塊實(shí)現(xiàn)，通常采用局域以太網(wǎng)通信，也可以通過串口進(jìn)行通信；每個(gè)裝置可通過多個(gè)主站規(guī)約與第三方后臺(tái)SCADA系統(tǒng)通信。

（2）間隔層由各種智能單元構(gòu)成。該智能單元包括交、直流保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、各種表計(jì)，溫控器通信單元，整流器PLC，雜散電流單元等，間隔層中的設(shè)備與通信層中的設(shè)備接口，按相應(yīng)的規(guī)約直接實(shí)現(xiàn)信息的采集與控制調(diào)節(jié)。

（3）通信層。通信層設(shè)備包括通信處理裝置暨通信管理機(jī)、通信切換裝置、遠(yuǎn)程通信設(shè)備、GPS對(duì)時(shí)設(shè)備及所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)等。

3 通信裝置的應(yīng)用

3.1 NSC300通信管理機(jī)

通信管理裝置采用 PC104為技術(shù)核心，該系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用于地鐵電力監(jiān)控、BAS、FAS、車站級(jí)設(shè)備通信等自動(dòng)化系統(tǒng)。

由 NSC300裝置構(gòu)成的通信處理子系統(tǒng)提供包含以太網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)RS232、標(biāo)準(zhǔn)RS485、標(biāo)準(zhǔn)RS422等不同通信接口的綜合數(shù)據(jù)通信處理功能；其主要功能是處理上行、下行的信息；完成不同協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)、實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的應(yīng)用軟件通信的透明傳輸。NSC300全面地集散了系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)，可快速實(shí)現(xiàn)龐大實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的綜合處理功能。具有存儲(chǔ)容量大，處理數(shù)據(jù)快，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)多的特點(diǎn)，很好地適應(yīng)地鐵變電站綜合自動(dòng)化的需求。

3.2 NSC300裝置組成及其原理

NSC300通信管理機(jī)由電源模件、CPU模件、串口模件、MMI模件等構(gòu)成，通過裝置背板總線將各模件連接在一起（圖1）。

圖1 C300前端處理器電氣結(jié)構(gòu)框圖

NSC300選取的PC104模塊自帶4個(gè)10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口，并且可以擴(kuò)展2個(gè)網(wǎng)口；串行口的數(shù)量可根據(jù)需要靈活配置，串口模件上的每路串行通訊口都可以通過板上的跳線 JPA、JPB、JPC設(shè)置成RS232、RS422或者RS485通信模式。最多可配16個(gè)RS485（422/232）串口，可與多個(gè)主站和智能設(shè)備接口，每個(gè)串口可以支持多種通信規(guī)約，每個(gè) RS485口可以串接多個(gè)相同設(shè)備，可選用不同的波特率及同步、異步工作方式；CAN網(wǎng)接口為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要用于與測(cè)控設(shè)備通信。配置大容量電子盤存儲(chǔ)器，最大支持64M電子盤，分配給操作系統(tǒng)、程序、數(shù)據(jù)、參數(shù)。此外，為了實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余，配備了雙機(jī)冗余交互通信口及對(duì)時(shí)脈沖接口；為了便于設(shè)備維護(hù)，NSC300配備了圖形點(diǎn)陣液晶及鍵盤，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

3.3 NSC300裝置軟件結(jié)構(gòu)

NSC300通信管理機(jī)以著名的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)“VxWorks”為軟件平臺(tái)，并利用 VxWorks強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能及高度的穩(wěn)定、可靠性能。

NSC300軟件層次結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 NSC300軟件層次結(jié)構(gòu)圖

3.4 NSC300通信管理機(jī)的通信機(jī)制

（1）間隔單元通信：間隔層設(shè)備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及通信控制器之間的通訊符合TCP/IP協(xié)議的要求，應(yīng)用層采用國際標(biāo)準(zhǔn) IEC60870-5-103的應(yīng)用層。

（2）主站通信。NSC300裝置可以和SCADA系統(tǒng)直接通信。該類通信通過各種標(biāo)準(zhǔn)和通用的主站規(guī)約模塊來實(shí)現(xiàn)，在地鐵通信中通常采用局域以太網(wǎng)通信，也可以通過串口進(jìn)行通信。

（3）智能設(shè)備通信。這是NSC300與外部第三方的各種智能設(shè)備之間的通信。該類通信通過各種常規(guī)的和非標(biāo)的規(guī)約模塊來實(shí)現(xiàn)，采用串口通信方式，采集智能設(shè)備的數(shù)據(jù)。地鐵應(yīng)用中大量接入各廠家的設(shè)備。

3.5 NSC300通信管理機(jī)在地鐵變電站的應(yīng)用

NSC300通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)了以“四遙”為核心，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，NSC300通信裝置的數(shù)據(jù)庫是模擬量輸入數(shù)據(jù)信息的集散中心。該數(shù)據(jù)庫可提供二次值，也可提供工程值，并完成標(biāo)度轉(zhuǎn)換、乘系數(shù)、基數(shù)等運(yùn)算功能；該數(shù)據(jù)庫既可提供原始狀態(tài)、取反狀態(tài)，也可提供雙接點(diǎn)狀態(tài)；該數(shù)據(jù)庫可通過多個(gè)主站規(guī)約向各級(jí)調(diào)度控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)。方式為主動(dòng)上報(bào)和召喚上送。

站控層通過監(jiān)控軟件或?qū)Ｓ谜{(diào)試助手軟件對(duì)通信裝置進(jìn)行訪問，而通信裝置可以通過豐富的規(guī)約庫完成規(guī)約間的通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。最后，該數(shù)據(jù)庫可通過各種節(jié)點(diǎn)的物理控制源驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出控制命令和數(shù)字信號(hào)輸出狀態(tài)；NSC300通信管理機(jī)可接收和處理各級(jí)控制中心的控制命令。通過對(duì)該數(shù)據(jù)庫功能的應(yīng)用，在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)“遙控”。上述說所的就是利用通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)的變電站綜合自動(dòng)化的“四遙”功能。

目前，該設(shè)備已在國內(nèi)多條地鐵線如南京地鐵1號(hào)線，南京地鐵1號(hào)線南延線，上海地鐵10號(hào)線，北京地鐵4號(hào)線、5號(hào)線等得到了規(guī)模應(yīng)用，取得了很好的效果。

4 結(jié)束語

早期變電站中通信管理機(jī)的設(shè)置較單一，提供的串行口數(shù)量較少，沒有嵌入式以太網(wǎng)接口，對(duì)多種特殊規(guī)約有限制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間小，無法充分滿足地鐵變電站大量數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸?shù)男枰?，NSC300通信管理機(jī)針對(duì)地鐵的特點(diǎn)很好地解決了這些問題，因此采用NSC300通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)地鐵變電站自動(dòng)化具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]鐘誠.新型通信管理機(jī)及其在變電站綜合自動(dòng)化應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2006，（5）：60-61.

[2]胡明剛，王鵬.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信，自動(dòng)化與儀器儀表[J].2006，（6）：94-96.