赵翔

【摘要】为了提高地铁0.4kV供电系统可靠性，本文通过对地铁0.4kV供电系统主要功能及此控制要求着手研究，对该系统PLC控制系统方法得出一个构想，绘制出PLC控制框架，针对此框架再编制详细的PLC系统控制方案。从而为PLC硬件选择提供依据，在经过仔细分析比较后，选择经济实用的PLC硬件，最终设计出供电系统自动控制实现总体框图。通过科学的PLC软件编程，形成一套合理的PLC软件程序。经过合理的安装调试后，从而科学有效地实现了将地铁0.4kV供电系统自动控制。

论文本着节能环保的理念。详细研究分析PLC系统在地铁0.4kV供电系统中设计、施工及应用。形成一套就PLC系统在地铁0.4kV配电系统中设计、施工及应用完整的实施方案，为今后类似工程设计、施工提供样板，引导施工。

【关键词】地铁0.4kV供电系统；PLC系统；控制；编程；调试

绪论

地铁作为一种独立有轨交通系统，效率高，无污染，能够实现大运量要求，具有良好社会效益，成为现大中城市改善交通情况首选。配电可靠性要求地铁行业尤其突出。一旦停电，地铁无法安全运行，将导致城市交通瘫痪。因此供电系统是地铁的重要组成部分，没有供电系统的可靠安全供电，就不可能有地铁的正常运行。

为了提高供电的可靠性，保证运行可靠性和避免人为失误，地铁中采用了各种以电子计算机处理技术为核心各种自动化设备代替人工、机械、电气行车组织、设备运行和安全保证系统。同时保障地铁运行安全性，地铁0.4kV配电系统控制方式普遍采用PLC系统控制，从而保证了地铁供电的安全可靠性。

当前在地铁机电系统中已普遍使用PLC系统控制技术，上海地铁1号线、8号线、10号线及11号及其他各条地铁线路均使用PLC技术。而我国PLC技术还只是掌握在一些科技研发公司。与现场施工接口较大，对施工及以后调试造成一定难度。

1、研究解决的问题

（1）分析PLC系统在地铁0.4kV配电系统中应用特点；

（2）解决PLC系统在地铁0.4kV配电系统中设计方案及硬件选用依据问题；

（3）解决PLC系统在地铁0.4kV配电系统中编程、调试方案问题。

2、研究过程

2.1 地铁0.4KV配电系统自动控制要求

2.1.1 地铁0.4kV配电控制系统典型构成。地铁的低压配电通常采用典型的双进线一联络结构，其中1QF、2QF为进线开关，3QF为联络开关。正常工作的情况下，进线开关1QF和2QF合闸，分别为I段和II段母线供电。但是当其中一组进线电压跌落时（以1TF电压跌落为例），需要断开1QF。在甩开母线上的三级负荷后，闭合联络开关3QF，此时变压器2TF同时为I、II段母线供电。

地铁行业低压配电备自投的特点：为了减少母线段断电时间，保证低压电气设备能够顺利运行，减少经济损失，地铁的低压配电系统要求备自投功能。所谓备自投，就是当进线开关因为电压跌落脱扣时，联络开关自动闭合。

在地铁行业，备自投需要完成三个基本步骤：a、进线开关必须要脱扣，而且是因为电压跌落而非因为故障脱扣；b、三级负荷必须甩开；c、联络开关自动闭合。根据复位方式的不同，备自投又分为两种：自投自复和自投手复。自投自复：当进线掉电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线开关自动闭合。

2.1.2 PLC设计前需考虑问题。PLC硬件使用环境问题，此次PLC硬件安装在地铁中，PLC硬件选用时需符合以下环境要求：（1）环境温度：-10～+400C；（2）相对湿度：日均值不大于95%；月均值不大于90%（250C）；有凝露的情况发生。饱和蒸汽压：日平均值不大于2.2×10-3MPa；月平均值不大于1.8×10-3MPa；（3）抗地震烈度：7度；（4）振动：f<10Hz时，振幅为25/f2mm；10Hz

PLC系统控制在0.4kV配电系统主要完成工作：1）PLC系统对0.4kV配电控制系统的两进线一母联的备自投的控制；2）PLC系统链接变电所综合自动化系遥控信号控制各执行机构；3）PLC系统接入各种表计的测量数据及各執行机构的状态信号，并反馈至变电所综合自动化系。

2.2 地铁0.4kV配电系统自动控制的PLC设计

2.2.1 PLC控制系统的设计构想。通过对地铁0.4kV供电系统需主要功能及此控制要求研究，设计出PLC控制框架：PLC输入点主要有：（1）进线、母联、三级开关状态；（2）遥控合闸、分闸信号；（3）馈线开关的状态信号；（4）状态转换开关信号；（5）遥测电压/电流/功率/电量/谐波；

PLC输出点主要有：（1）断路器合闸、分闸操作；（2）电压/电流/功率/电量/谐波上传（3）馈线开关的状态信号上传（4）进线、母联、三级开关状态上传

2.2.2 PLC系统施工设计

PLC主机及扩展模块的设计：

因考虑模块式具有功能扩展灵活，维修方便（可换模块），容易判断故障等优点，另0.4kV配电控制系统主回路开关在母联柜内输入、输出I/O点分散在各进线柜和开关柜内，故考虑一台PLC主机带多台扩展模块的方案。其中CPU装于母联柜，扩展模块分别装于进线柜和各个三级负荷总开关回路开关柜内。

PLC主机与扩展模块连接方式的设计：PLC的CPU主机与扩展模块分散安装就涉及连接为问题，普通的电线连接已经不能满足CPU与扩展模块信息传递，同时也影响柜内布线的美观性，增加安装难度。故CPU与扩展模块之间通过总线电缆连接。

各种表计的测量数据采集及各种断路器的遥信、遥测设计：因各种表计数据及断路器的遥信、遥测需在进线柜、母联柜、各开关柜采集连接，用普通的模拟表计将是线路复杂，影响柜内布线的美观性，增加安装难度故采用数字智能测量表计，数字智能测量表计应具有电流、电压采集，有功功率、有功电度、无功电度、功率因数的测量功能，具有脉冲输入功能，适用于控制断路器开关，并采集断路器开关状态数据功能。同时具有标准的通信接口。

再PLC设置一通讯主站，各数据智能测量表作为通讯从站，用通讯方式连接主站与从站。

2.2.3 PLC硬件的选用。远程扩展I/O模块与PLC主机相聯的通信总线考虑到所用总线的可靠性和可维护性，课题组采用CS31总线作为研究对象。CS31总线可悬挂多个扩展模块，每个扩展模块带多个开关量I/O点。CS31总线接口规约符合RS485，其通信速率高达187kbps，远程功能扩展模块的通信功能也支持M通信协议。是通讯总线最佳选择总线电缆。

母联柜内的控制PLC主机的主站与各个从站（低压交流框架式断路器，数字智能测量表计，母联继电保护装置通讯等）的通讯方式，采用通讯总线普遍采用的RS485 MODBUS-RTU。

PLC与变电所综合自动化系统通讯采用工业以太网，工业以太网具有10/100M自适应传输速率，满足PLC与变电所综合自动化系统通讯需求。同时为上位监控系统SCADA提供有效方便的接口。

2.3 地铁0.4KV配电系统PLC软件编程

2.3.1 程序编程。程序编程是PLC施工的重要部分，根据地铁0.4kV配电系统控制要求、PLC控制框图进行程序编写，其低压开关柜测量表计为PLC模拟量输入点，低压开关柜继电保护装置及开关遥控为PLC开关量输出点。

在程序编写过程中，应将不同控制方式的程序分别编写，根据工作方式选择的开关确定执行那行程序，这样的程序结构清晰，编程方便。

2.3.2 人机界面编程。人机界面编程中主要要将以下内容编入画面：

1）低压开关柜的功能单元应有明显的三个位置：连接位置、试验位置和分离位置。各个位置应有明显的文字符号标志。

2）低压开关柜的面板上应设有红灯和绿灯，并分别表示断路器的合、分闸位置。

3）低压开关柜的面板上设置必要的测量表计。

4）低压开关柜内相同规格的功能单元应具有互换性，即使在出线端短路事故发生后，其互换性也不应破坏。

2.4 PLC系统调试

2.3.3 PLC设备、线路检测（硬件调试）。检测外部接线包括：电源接线、接地、输入输出接线，各馈出电柜二次线连接状态，使用专用工具对通讯配线进行检测，注意通讯线的阻抗匹配。检测PLC与以太网联网设备通讯连接。

2.3.4 程序语句调试（软件调试）。先调程序端内开关量语句，包括输入、输出语句调试。主点调试及状态，配置每个状态测量仪表配置规约格式，配置PLC作用通讯主站的硬件信息和规约设施。运行PLC程序，模拟调试两进线一母联的备自投的功能，模拟调试FAS信号有效状态的所有三级负荷的切断。

2.3.5 0.4kv供电系统PLC子系统联调（通讯调试）。读取所有作为分站的测量仪表通讯状态信息，结合测量仪表的点位地址把各个参数（电流、电压、有功功率、无功功率等）读入PLC缓冲内存区域，同时回应上级电力SCADA系统对这些数据访问请求。

3、结语

本次研究，详细分析了PLC系统在地铁0.4kV配电系统中应用特点，为PLC系统在地铁0.4kV配电系统中设计方案及硬件选用提供依据，同时为PLC在地铁0.4kV配电系统中编程、调试方案提供样板。同时采用了标准化的设计、施工、调试，提高了设计、施工、调试工作效率，节约了大量的人工费用和协调费用。对PLC设计、施工、编程、调试在0.4kV配电系统施工中提供参考依据。

参考文献

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