以太网在重庆跨座式单轨交通系统中的应用_组态王_电机

以太网在重庆跨座式单轨交通系统中的应用

2009/4/23 11:08:00

摘要：研究目的:将以太网技术运用到的供电监控系统中。提高城市轨道交通供电系统的自动化水平。研究方法:对重庆跨座式单轨交通系统电力监控系统（SCADA）的结构和特点进行了详细论述,其中对控制中心主站系统配置、系统通信结构、系统软件构成以及变电所综合自动化系统结构进行了重点介绍;对实际运用过程中出现的变电所设备工况频繁退出及通信数据丢包问题原因进行了分析,进行反复调试和试验。研究结果:通过多次的试验研究,光纤以太网在重庆跨座式单轨交通SCADA系统得到成功应用。研究结论:通过以太网在重庆跨座式单轨交通SCADA系统中的成功应用,希望光纤以太网结构形式在未来轨道交通监控系统中得到广泛的运用。

关键词：跨座式单轨;SCADA;以太网

1 概况

　　重庆轻轨较新线（二号线）东起市中心商业繁华地带的较场口,至西部工业中心新山村,共设18个车站,1个车辆段,全长19.06km。

　　重庆轻轨较新线采用跨座式单轨交通型式,轨道梁两侧安装刚性接触网,接触网供电电压为直流1500V,供电系统采用集中供电方式,设2座110kV/10kV主变电所,每座主变电所分别由城市电网引入两路110kV独立电源,经降压为后向牵引降压混合变电所（10kV/1500V/0.4kV）和降压变电所（10kV/0.4kV）供电。全线共设7座牵引降压混合变电所、13座降压变电所和1座配电所。

　　重庆轻轨较新线SCADA系统包括1个控制中心主站（含供电复视系统）,完成对2个主变电所、6个牵引降压混合变电所、9个降压变电所、1个车辆段跟随式变电所、1个配电所（大堰村）及全线的接触网的监控。

　　SCADA系统除车辆段牵引降压混合变电所、主变电所近期按有人值班设计外,其他牵引降压混合变电所及降压变电所均按无人值班设计。控制方式采用控制中心远动控制、变电所内集中控制、供配电设备本体控制三级控制方式,正常运行时采用远动控制,当设备检修或故障时,采用所内集中控制或设备本体控制,3种控制方式相互闭锁。

2 控制中心主站系统

　　2.1 系统配置

　　控制中心主站如图1所示,系统硬件由双100M以太网构成局域网及网络接口设备、网桥设备、SCADA主机、调度员工作站、工程师工作站、复视系统、模拟盘系统设备、打印服务器及打印机、UPS电源、电池柜、配电柜等设备构成。

　　2.1.1 主机采用2台基于RISC技术、字长为64位的ALPHAServerDS20E服务器,冗余配置,互为热备用,故障时系统可自动切换到另一台备用主机上。2套主机同时接收或发送网上数据,但仅在线机具备数据流控制及管理功能。支持数据校验以保证2套主机有完整一致的数据库,同时提供对双机工作状态的在线检测。为保证整个远动装置的时钟同步,SCADA主机通过RS422接口采集控制中心的主母钟发出的时钟信号,进行SCADA系统的对时。

　　2.1.2 交换机及网络接口设备采用CISCO2950-24,其主要特性:

　　（1）快速10BASE-T/100BASE-TX自适应以太网口（RJ45）;每台设备以太网接口数目24。

　　（2）有系统扩展插槽,可多个交换机单元堆栈工作,也可中继使用,提高网络连接节点的数量。

　　2.1.3 网桥设备采用Cisco2621路由器（2个100M以太网口1个10M以太网口）。该设备用于控制中心100M局域网与主备10M以太网通信通道的网间连接,实现信息的互连互通。该设备按主备方式进行设置,其主要特性有:

　　（1）有主备设备自动切换的功能;

　　（2）对应每个网段的接口数不低于2个;

　　（3）与通信系统设备的接口形式为10M接口（RJ45）,与控制中心100M局域网的接口形式为RJ45接口。

　　2.1.4 调度员工作站为ALPHAXP1000,用于电力调度人员的日常控制、监视和调度管理工作,以及系统采集数据的归档、统计、报表、检索、维修计划、记录等。

　　2.1.5 工程师工作站装有Windows2000系统,用于生成、修改和管理系统实时数据库、历史数据库及用户画面,定义、修改系统运行参数和维护、开发系统程序等,工程师工作站可与任意调度员工作站互换,成为调度员工作站的备用设备。其硬件配置与调度员工作站相同。

　　2.2 系统通信结构

　　系统的主站设备设在控制中心,供电复视系统设备设于车辆段,变电所综合自动化系统设备设于各变电所内,通过10M光纤以太网通信通道构成SCADA系统。控制中心与各变电所内的综合自动化设备、供电复视系统设备通信方式为对等通信方式,通信协议为工业ETHERNETTCP/IP,应用层协议采用专用工业控制协议。通过此协议SCADA系统能进行远程诊断、维护和服务。

　　通信通道采用光纤数字传输方式,网络采用首尾相连接构成的自愈环。采用光纤连接主站和被控站,能很好的解决远距离通信问题,由于光缆具有很好的电磁兼容性,能很大程度的提高通信网路的抗干扰能力和可靠性,使通信能畅通。同时由于光缆具有比较大的带宽,为以后系统升级,网络的扩展留下了空间。对于SCADA系统,计算机通信的主要要求是快。对网络不仅要求传输速度快,在过程控制领域还要求响应快,即实时性要求。这样“快”就有3种含义。

　　2.2.1 传输速度快

　　指单位时间内传输的信息要多,通常用波特率来衡量。这条要求与普通计算机通信是一致的。

　　2.2.2 响应时间短

　　指突然发生意外事件时,仪表将该事件传输到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的时间。这个时间是由4个方面决定的:

　　（1）仪表或执行器控制中断的能力;

　　（2）信息在通信协议的应用层与物理层之间的传输时间;

　　（3）等待网络空闲的时间;

　　（4）避免信息在网络上碰撞的时间。

　　由于这个时间对大多数通信协议是1个随机数,因此大部分通信协议不给这个参数。过程控制系统通常并不要求这个时间达到最短,但它要求最大值是预先可知的,并小于一定值。

　　2.2.3 巡回时间短

　　指系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。这个时间一般可由系统组态来调整。对那些单纯靠优先级解决实时性的抢先式通信系统,当高优先级事件发生比较频繁时,低优先级事件会长时间得不到响应;对这类通信协议,巡回时间是随机量,预先不可知。过程控制系统希望最长巡回时间是预先可知的,并小于一定值。

　　响应时间和巡回时间反映了实时性,而实时性与通信协议有很密切的关系。重庆轻轨采用的这种以太网结构加上工业ETHERNETTCP/IP就能很好地满足上述要求。

　　2.3 系统软件构成

　　控制中心主站系统软件平台采用安全性很高的TRU64UNIX操作系统,Sybase数据库系统软件和国产OPEN2000SCADA系统软件。

　　控制中心主站系统具有较强的功能,具有控制功能（包括单独遥控、程序遥控、复归遥控及遥控试验功能等）、遥信处理功能（包括设备运行状态监视、报警信息处理等）、遥测监视和报表管理功能（包括遥测数据采集和处理功能、报表管理和打印功能）、人机交互功能强的画面显示功能、运行调度管理功能（包括值班调度记录功能等）、远程维护功能等。

　　此外,系统还具有事故追忆功能,系统可以提供在一个特定事件（扰动）发生后,重新显示事件（扰动）前后的运行情况和状态;系统还具有培训功能,系统可以提供和实际系统同样的操作环境及操作画面,但其操作不影响系统的正常运行。

3 牵引降压混合变电所及降压变电所综合自动化系统

　　牵引降压混合变电所综合自动化系统,既RTU,采用分层分布式模块化结构,系统分为3个部分:站级管理层,网络通信层,间隔层。

　　其一个典型所牵引降压混合变电所结构图如图2所示。