1、广州地铁智能低压配电系统摘要：本文主要叙述了广州地铁智能低压系统的方案设计、系统组成、各部分元器件功能、参数设置等内容。该系统的采用提高车站低压系统的可靠性，简化了低压系统与 EMCS、SCADA 等其他系统的接口，初步实现了低压系统的智能化。 关键词：低压智能控制系统；PLC；智能 I/O；马达保护器 Abstract: This paper describes the Guangzhou Metro intelligent low voltage system design, system composition, functions of the components of each p
2、art, parameter setting etc. Using the system to improve the reliability of the station low pressure system, simplifies the low-pressure system and EMCS, SCADA and other system interface, preliminary implementation of intelligent low voltage system. Key words: low-voltage intelligent control system;
3、PLC; intelligent I/O; motor protector 中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号： 前言 当前在工业自动化控制领域，相比较于传统的低压电气控制即接触器与热继电器控制，智能低压已经飞速发展起来，随着低压智能元器件的日益丰富和成熟，低压智能控制系统已广泛应用到各行各业中，广州轨道交通顺应智能低压控制系统的发展，率先在国内地铁行业中引入低压智能控制系统，广泛采用 PLC、马达保护器、软启动、智能仪表、人机界面等智能元器件，解决了传统低压电气控制系统中一些难以解决的问题，并增加了许多新的功能和特点。 一、系统组成 智能低压系统：主要实现变电所各回路主要包
4、括进线、母联、三级负荷总开关、馈出至环控电控室开关的测量、控制、监视等功能；实现对变电所各馈出回路运行状态的监视功能。系统以通信口的方式与上位监控系统 SCADA 进行通信，SCADA 主要实现对变电所主要断路器（进线、母联、三级负荷总开关）的远方控制和各回路运行状态的监视。智能低压系统由智能仪表、小型 PLC 或智能 I/O、现场总线组成，并通过智能通信模块与 SCADA 连接。 智能低压控制系统由智能元器件、现场总线、通信管理器、人机界面组成，并与 EMCS 控制器连接。智能元器件主要包括变频器、软启动器、电机保护控制模块、小型 PLC 或智能 I/O。通信管理器可以采用工控机或PLC，考
5、虑到可靠性的要求推荐选用 PLC，主要由电源模块、CPU 模块、通信模块等组成。通信管理器根据智能元器件的数量和监控功能的重要性，分为冗余配置和非冗余配置两种。车站环控电控室、控制中心变电所采用冗余配置，而区间变电所、集中冷站变电所采用非冗余配置。人机界面采用可编程序终端，即工业级平板电脑。现场总线通常为线形结构，如，单总线、双总线，而环形结构是很少见的。单总线是一种常用的结构，如果没有特殊要求，均会采用这种形式。双总线结构一般用于可靠性要求很高的特殊生产过程控制或特殊环境。 二、系统方案设计 1、采用工业现场总线技术 经济、安全、可靠地传递信息；正确使用、及时处理所传信息。现场总线在传递信息
6、的同时，解决现场装置的供电问题，并要求传输介质较廉价。解决环境适应性问题，包括电磁环境适应性（传输时不产生干扰，也不受干扰） 、气候环境适应性（要耐温、防水、防尘） 、机械环境适应性（要耐冲击、耐振动） 。 2、环控方案 各个车站单端的通讯管理器采用了高性能的冗余 PLC 结构，由于系统中控制的点数多，线路长，为了分散由于单总线故障造成的风险从而保证总线的可靠性。在设备网中根据设备的分布情况及密集程度, 分别采用 3 路独立的单总线方式进行基层设备的信息采集及监控。 因此在每个通讯管理器中用了 3 个设备网扫描器，共 3 条设备网网络与底层被控设备相连，基层的智能 I/O 和马达保护器主要进行
7、现场设备的控制, 信号采集及与环控电控室的通讯管理器通讯。 将现场设备的状态, 信号上传至上位机监控系统（EMCS） 。 智能 I/O 分别安装于每面控制柜的上端，硬接线将柜内各个风阀与I/O 相连，然后通过设备网通讯模块将智能 I/O 挂接在设备网上。马达保护器安装于柜子的抽屉中，通过内置的设备网接口挂接在设备网上，软启动器通过设备网接口挂接在设备网上。 所有现场设备的工作状态、工作参数、故障信息等均通过设备网传送至位于环控电控室的通讯管理器，通讯管理器接收 EMCS 系统发送的控制指令，对现场设备实施的各种控制及改变控制参数也是通过设备网络进行的。系统中连接到控制网上的人机界面计算机采用工
8、业级组态软件，以丰富的文字、形象的图形显示各个现场设备的运行状态、运行参数、自动弹出故障报警画面、记录故障点、调出相关的控制程序及电控图纸、也可进行运行信息的自动记录、统计管理等，并可将报警信息（故障点、故障原因、故障时间等）传送至 EMCS 系统，系统具有完善的 PLC 故障自动诊断程序和 HMI 报警系统，使设备故障的查询极其快速、方便、准确，能大大节省了系统的设备单体调试时间及联机调试时间，并为以后的运营提供了维修查询的方便。 系统网络图如下： 三、主要元器件 1、通信管理器 通信管理器为工业型 PLC，完成电机保护控制模块各种参数的设定及与 EMCS 的通信转换、智能化模块（包括电机保
9、护控制模块、软启动、PLC、智能 I/O 等）与 EMCS 的数据交换及管理。两台通信管理器互为热备，切换时间不大于 2 秒。通信管理功能满足 EMCS 功能要求，与上位监控系统控制器能够实现冗余总线连接。电机保护控制模块、软启动、小PLC 等通过总线与通信管理器连接。 2、电机保护控制模块 电机保护控制模块采用工业型产品，可编程的 I/O 在满足监控功能条件下留有一定的裕量以便扩充和修改。模块通过内置或外置电流互感器自动采集电机一次侧电流，完成过载保护、电流不平衡保护、相故障保护、接地故障保护、堵转保护。通过模块实现电机三级控制及控制转换，三级控制为：车站控制室控制、环控电控室控制、设备就地
10、控制，控制优先级顺序为：就地控制、环控电控室控制、车站控制室控制，即就地控制优先级别最高。在环控电控室、就地控制箱实现电机运行状态显示和故障显示。并将电机运行状态、故障信息（包括故障类型、参数） 、电机一次侧电流值、控制状态等参数送通信管理器和 EMCS。 3、软启动器 软启动器标称电流应满足电机功率要求，为现场总线产品，具有与电机保护控制模块一致的通信协议和通信速率。能与上位监控系统进行双向通信，传输有关参数设定、运行信息、控制命令等。运行方式及参数现场可调，且有宽阔的启动电压、启动电流和启动时间调节范围。具有 3 个以上数字量输入点，满足启动、停止、复位和控制转换等要求； 3 个以上可编程
11、继电器输出作为故障、运行等信号指示，有 LCD 状态显示设置功能。 启动器应对电机具有过负荷、缺相、三相不平衡保护功能，启动时间过长可进行保护。具有故障诊断功能，可快速确定故障类型。 4、变频器 变频器必须采取矢量控制方式，而且变频器必须对电机进行自动适配，对电机建立相应的数据模型。为到达最佳的节能效果、变频器要求具有自动能量优化功能，当电机在 50HZ 运行时，如非满载，也要求具有节能和降噪效果。变频器有载波频率控制功能,当变频器过载时,降低载波频率,又降低变频器的损耗。 5、小型 PLC 或智能 I/O 为了提高控制可靠性，所有开关量输出均采用继电器输出并加中间继电器的方式。在环控电控室实
12、现设备运行状态显示和故障显示，将设备运行状态、故障信息、控制状态等参数送通信管理器和 EMCS。具有存储功能及一个以上通信口。在总线故障或通信管理器故障时，通过模块还能实现就地、环控电控室两级监控功能，同时实现风机风阀之间的联锁。 6、智能仪表或智能断路器 智能断路器具有智能对话单元，能与上位监控系统进行双向通信，可接收监控系统发送的开启或闭合命令，并动作断路器。接收监控系统发送的电流设定值、保护设定值、单元配置参数等。智能对话单元可以向监控系统传送断路器位置状态、运行状态和储能装置状态、保护动作、参数设定值等。智能对话单元具有友好的人机界面，便于进行参数设定、查看有关历史记录、显示运行参数及
13、数字表计等，具有编辑、记忆、显示、预告、报警等功能。 7、人机界面 该系统中的人机界面（可编程序终端及操作显示面板）均采用触摸式工业计算机。每个车站环控电控室，集中冷站变电所低压室、控制中心变电所低压室均设一个人机界面。 四、地铁智能低压系统与其它行业（电力、物流）智能系统的比较 地铁智能低压控制系统与其他智能系统相比较而言，有自己的特点，地铁智能低压控制系统有模式控制的概念，而模式控制最终而言，主要设备控制对象是控制各种马达，但要达到准确与安全的控制效果并非易事。而对于其它行业如电力智能控制系统是一个模拟量占多数的连续控制系统，对于马达控制，主要是一些水泵、给煤机、引送风机的控制，这种设备数
14、量不多，所以大多未采纳智能低压控制这个概念。对于物流行业比如机场行李输送系统，虽然马达数量比较多，但由于都是小功率马达，并且对于马达运行也没有读取设备电流的需求，所以控制系统还局限于传统电气阶段。 在地铁智能低压控制系统中，因实际需要采用了控制网/设备层网络/MB+网络，这在其他低压控制系统中是不多见的，这几种网络的先进性在于它的高速度、透明性、实时性、开放性。这种网络架构也使得系统架构显得特别简单，层次明晰清楚。 地铁智能低压控制系统是一个有很高控制要求的系统，既要求系统结构简单，达到安全控制要求，又需要系统硬件冗余、网络冗余。地铁智能低压控制系统是一个高可靠性、先进性的控制系统。 五、总结及展望： 目前，广州地铁已建成开通一至五号线、八号线、珠江集运线等线路，六号线、广佛线二期工程等多条线路同时在建设，伴随着地铁线网的延伸，广州地铁将不断追求技术进步。智能低压系统的采用节省了硬件投资，提高了系统的可靠性、降低了运行维护成本，在不久的将来，现场总线设备的智能化、数字化，系统控制的精确化成为一个必然的趋势。
