关于地铁一号线电力监控系统点位增加的研究.doc

关于上海地铁1号线电力监控系统点位增加的研究华 晟（上海地铁运营有限公司 上海 200070）摘 要 本文介绍了上海地铁1号线调度对设备的操作和监控，为实现无人值班变电站，对供电系统各站增加若干遥控和遥信点位。同时，研究了系统的结构和原理，设定了改造方案。关键词 地铁；电力监控系统；遥控；遥信；改造Abstract This paper introduces the operation and monitoring by scheduler, of the equipment for Line 1 Shanghai Rail Transit to realize an operation of attendant-free sub-station. It is to add some telecommand and teleindication points of position, at the same time, to study systems construction and principles, to set out a transformation procedure.Keywords metro；supervisory control and data acquisition；telecommand；teleindication；transformation1 系统简介上海地铁1号线电力监控系统（不包括北延伸）由29套远方终端设备和一套主站设备组成。其中主站设备由一套UPS、一套通讯机柜、两台前置机、一台维护机、两台服务器、两台工作站、一套屏控机和一套模拟屏组成，采用100M双以太网互为备用。使用的是新华公司提供的XURT-2000电力监控软件，数据库平台采用标准关系型商用数据库管理系统Sybase，具有强大的处理能力和完全的开放性，为各种改造提供了便利。远方终端设备是西门子90年代初的产品SINAUT 8-FW 1024单板机系统，不是很利于改造。图1 远动信息传输形式如图1所示，它是1号线正线29个站中的一个站与控制中心的传输形式，为点对点的配置形式，即主站与子站通过专用的传输链路相连接，对一号线全线来说就是多路点对点。它使用的是西门子的SINAUT通讯规约，在控制中心转换成IEC60870-5-101规约。它采用的信息传输模式是循环传输模式（CDT），信息的传送是周期性的、周而复始的。信息传递过程如下：RTU将所采集的变电站的所有数据经数字脉冲宽度调制编码（即DPDMDigital Pulse Duration Modulation）成数字信号，它不是用脉冲电平的高低表示数字“0”和“1”，而是用脉冲的宽窄表示“0”和“1”。本系统传输波特率为600Baud，脉宽比为1：2.2 ，即脉宽1.66ms=“0”, 脉宽3.66ms=“1”。当脉宽大于4.4 ms时一帧报文结束。由232/422串口转换器经电话线传输至车站通信机械室，在通信机械室的PCM（即Pluse Code Modulation脉码调制）电端机上与该车站的其他数据经时分多路复用（即TDMTime Division Multiplexing，本系统中由于在通信机械室内远动信号与站内其他信号共用通道所以使用此技术）共用一个物理信道，再经由光端机将数字信号频谱搬移到较高频率的光波信号频率上产生载有信息的光信号完成电光转换，由单模光纤传输至控制中心，在控制中心的通讯机房由光端机和电端机将信号进行逆处理，得到传输前的DPDM码，此时仍回到RS422电气连接方式，传输到远动机房的转换箱上，由转换箱将422转换成232后经89C51芯片将DPDM码转换成一般计算机能识别的PCM码，分两路互为冗余传输至终端服务器（具有独立CPU和存储单元，本系统中其利用TCP/IP网络将信息发给前置机，其数据收发处理能力强，不占主机资源）用于串/网转换将串口信息与以太网（本系统采用星形拓扑结构）互换，最后通过交换机将线缆汇聚在一起，使每个端口都能独享带宽，所有端口能同时进行通信，分别与两台前置机连接，由前置机将RTU传来信息的进行接收和预处理，并实时向网上广播将数据传递给服务器。以上为信息的上行传输过程，下行可认为上行的逆变换。2 硬件分析与改造如图2所示，以电流值为例遥测过程如下：现场设备的大电流经互感器变换成01A的交流值，接入RTU柜内的变送器，由电流变送器将其转换成020mA的直流小电流输出给AEE模板，由模板内的多路模拟开关选择一路经由A/D转换成数字量，最后通过SINAUT背板总线传送给FWP模板。以断路器的位置信号为例遥信过程如下：现场设备分闸线圈得电带动断路器分闸断开，断路器辅助常闭触点闭合使开关柜内的中间继电器得电动作，从而使RTU柜内KM继电器得电动作，常开触点闭合送电给DEA模板，由滤波器滤波并经电压阀值传感器变为数字量，最后通过SINAUT背板总线传送给FWP模板。遥控过程如下：控制中心调度员在工作员站上输入个人密码取得相应权限，对目标开关发预置命令，返校正确后发执行命令，FWP模板接收后经处理传至BFR模板，再传给BAG模板由它来选择使相应的KM中间继电器得电，触点得电送至现场开关柜。图2 RTU内部信息传递逻辑FWP：即Telecontrol Processor远动处理器，也就是RTU的大脑，它有两个独立的处理单元，一个负责中央控制，一个负责信息的接收和发送。BFR：即Command Release Board命令释放板，它被用于保障命令的可靠输出，它控制和监视次一级的BAG模板。BAG：即Command Output Board命令输出版，也就是遥控板，它具有32路指令输出，由BFR模板控制和监视。DEA：即Digital Input Board数字量输入板，也就是遥信板，它具有32路开关量输入。AEE：即Analog Input Board模拟量输入板，也就是遥测板，它具有32路模拟量输入。返校：是RTU收到控制中心所发的预置命令后，自己检查一下相应开关的位置是否处于与预置命令相反的状态，若是则回返校正确的报文给控制中心A/D转换：本系统采用的是电压频率（V/F）变换型转换器，是将电压转换成相应频率的脉冲信号的变换电路，具有良好的精度、线性和积分输入特性。上文介绍过RTU内各模板之间的逻辑关系，现在对于改造中主要涉及的几个方面再作进一步的分析。RTU的单线图（single line diagram）如图3所示。从图中可以看到各设备之间的电气连接关系，也可以看到各端子排的作用。其中对于遥控来说，要观察X104和X3端子排。对于遥信要观察X109X113以及X1和X3端子排。9图3 RTU单线图如图4所示为遥信原理图，RTU的遥信继电器使用的是西门子的单触点（常开）的线圈电压为220VDC触点额定电压为24VDC的继电器。对照图3可知，线圈的一端并接在X3端子排的-110V端子上，另一端由现场设备通过编号为CX的电缆接入，均为有源触点。触点的一端并接在X1端子排的+24V端子上，另一端接入DEA模板。图4 遥信的电气原理图5 遥控的电气原理如图5所示， RTU的遥控继电器使用的是西门子的单触点（常开）的线圈电压为24VDC触点额定电压为220VDC的继电器。对照图3可知，触点的一端并接在X3端子排的+110V端子上，另一端通过编号为CC的电缆接入现场设备。线圈的一端直接接入BAG模板以获取24V电，另一端并接后通过X101端子排接入BFR模板。BFR与BAG的关系可从下图略窥一二。图6 BFR与BAG的联系如图6所示，可以认为BFR和BAG在电路上是逻辑门“与”的关系，两者同时动作才能使得遥控命令发至具体的继电器，而两者中BFR又处于上一级的位置，FWP接到的遥控命令传递给BFR，BFR动作后电路接通给BAG 中的继电器的触点供电，同时FWP使得BAG模板上相应的继电器动作触点闭合，这样相应的遥控继电器动作。至此，似乎在RTU端的改造可以依照以上各图完成了。但阅读了点表后，发现现有的遥控继电器不被使用的所剩无几，多余的点位不够，如此只好增加一块BAG模板，以及遥控继电器若干。但又发现BAG的前插板已没有备件，由于是老产品必须从德国西门子邮购，而这样费时又费钱。在仔细阅读了相关图纸后发现，可以将DEA模板的前插板改造成BAG的，只需拆开后重新布线即可。具体实施情况如图7说明。图7 具体实施情况左边是DEA前插板的并接的端子，右边是BAG前插板并接的端子。改接的方法有很多种，就不累述了。改接完之后，继电器也装设完毕之后，就要试验一下看看改造的结果是否正确。在这里我们使用西门子的PDT在实验用RTU上进行测试。PDTParameter setting, diagnosis and test device，即参数设置、诊断和测试装置，它类似于一台笔记本，主要部件是FWP模板，有一块单色LCD显示屏，最主要的是能直接发送和接收SINAUT报文。将它的两针通信线连接至FWP的X4接口，插入其上端的测试数据接收口.。键入“SA”为编辑指令，“SS”为发送指令。如何使指令号与相应继电器对应如图8所示。图8 指令号与相应继电器对应图上图为BAG模板的电气原理图，图中的AD和18均为继电器。分析上图再联系RTU内一块BAG控制32个中间继电器可得出以下结论，类似于七段LED，AB为一般意义上的片选继电器，18为段选继电器，即32个继电器被分成四组，每组8个继电器。它们与柜内相应中间继电器以及指令的对应关系如表1所示。表1 继电器与柜内相应中间继电器以及指令的对应关系A B C D1 2 3 4 5 6 7 8第n个继电器指令1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 0108 800 1 0 00 0 1 0 0 0 0 01104 200 0 1 01 0 0 0 0 0 0 01702 800 0 0 10 0 0 0 0 1 0 03001 04由表可知此为8421编码。经测试证实试验成功，此套改造方法可应用于全线。对于RTU端遥信点位的增加和测试较为简单，由于不用像遥控那样考虑到误操作，所以测试时在实地短接相应继电器的触点即可。但是注意，有的遥控是用来复位故障信号的，由于它不像位置信号那样有反馈信号，改动继保装置又极不方便，就需要人为地增加一个遥信信号，将遥信继电器线圈一端直接接入遥控继电器的触点。3 软件设定以上在RTU端的硬件改造可视为完成，接下来就需要在控制中心端进行软件上的设定。首先使用XURT-2000系统中的maker图形编辑软件进行图元的制作，此软件界面类似于CAD。在绘制好所需图元后，打开dbms数据库管理软件，按规律填写“代码，YX号，次YX号，遥控号”等，在“描述”上填写站名和所编辑的图元的名称，然后装载入数据库。之后即可在maker上对图元的“参数设置”进行相应选择，至此图元与数据库联系在了一起。在绘制连接新图元和老图元的线之后，要重新确定拓扑关系，即重新定义各图元在网络上的连通性及逻辑关系，否则关系不正确将造成图元颜色显示不正常，甚至导致调度误判断。解决这个问题首先可以由maker“收集联接线信息”，一般来说大部分拓扑关系就此可以确定了，但有时由于逻辑关系复杂或所连图元过多导致拓扑关系的遗漏，此时就需要人工手动来补足了。打开xems数据库系统下的topo文本文档，依据线的代码和所连元器件的代码查找有否遗漏的组合关系。举例来说若线的代码是a，连接其上的器件的代码分别是b、c、d和e，那么逻辑组合应当是：abc，abd，abe，acd，ace和ade。Dbms、maker和topo的界面分别如图9、图10、图11所示。图9 dbms界面图10 maker界面图11 topo界面4 结语在编写论文的过程中，不可避免地遇到了一些困难。在此感谢提供帮助的同事和朋友。由于水平所限也可能会有错误和纰漏请有识之士指正谢谢。参考文献1 李敏. 远动技术基础M. 北京：中国铁道出版社，2006. 2 杨明福. 计算机网络技术M. 北京：经济科学出版社，2000. 3 李朝青. 单片机原理及接口技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，1999. 4 吉大鹏