6ES7216-2BD23-0XB8支持验货

6ES7216-2BD23-0XB8支持验货

1 引言

矿用隔爆兼本质安全型六回路电磁起动器简称矿用组合开关。矿用组合开关在含有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井环境，用于额定电压为1140V或660V供电线路的单台或多台（不超过六台）三相鼠笼式异步电动机起动停止进行控制和保护。矿用组合开关是性能可靠、抗干扰能力强、操作方便、人机界面良好的智能化矿用电机专用监控系统，矿用组合开关具有至少一组处于电源与负荷之间的主隔离开关组及一组辅助隔离开关组，每组主隔离开关组包括主隔离开关、真空接触器、漏电闭锁检测、电压互感器及电流互感器，辅助隔离开关组包括辅助隔离开关、电源变压器、滤波器、隔离变压器及电源模块，还具有数据处理模块、显示模块、控制模块及先导模块。智能矿用组合开关产品如图1所示。

图1 智能矿用组合开关

2 系统解决方案

2.1 硬件配置

基于PLC系统的矿用组合开关控制系统硬件组成如表1所示。

表1 硬件组成

2.2 系统原理

（1）系统架构。系统由主辅两套PLC和台达触摸屏构成人机操作界面。台达10.4' 高亮度 TFT LCD触摸屏DOPA10THTD1的3组串行通讯端口，具有同时连接不同的通讯格式控制器能力，本案同时接入两台不同品牌的PLC，构成异构集成自动化系统，如图2所示。

图2 系统架构

（2）主控制器。组合开关保护与主控制系统采用德国西门子S7-200 系列PLC， 实现系统监测监控，并完成漏电闭锁、过载、短路、断相、欠压和过压等保护功能，具有智能化程度高、性能稳定、动作可靠等优点。

（3）辅控制器。组合开关的防爆现场数据输入是本案采用双PLC架构的原因。由于防爆现场不允许安装非防爆电器，因此必须设计防爆人机单元。考虑智能组合开关的数据输入要求，选用4*4防爆矩阵键盘，如图3所示。

图3 4*4矩阵防爆键盘

键盘的数据读入选用台达DVP12SA11T小型PLC,利用矩阵驱动原理的PLC键盘数据读入电路原理如图4所示。

图 4 PLC键盘数据输入原理

数据显示画面案例如图5所示。

图5 数据显示画面

2.3监控功能设计

（1）采用台达全中文液晶显示屏，配合台达小型PLC，实现对组合开关的工作状态、参数和故障类型显示和记忆，并可对具体参数进行修改调整，友好的用户界面，具有良好的人机对话功能，可大大提高判断故障和排除故障的效率。

（2）所有模拟信号全部处理为数字信号，具有抗干扰能力强、接线简捷、信息量大、控制可靠准确等特点。

（3）具有完备的自检、自诊断和故障模拟试验功能，可方便地检查保护和控制系统正常与否。

2.4 技术指标设计

该组合开关，充分考虑煤矿井下的工作环境，集机械制造、自动化、测控技术与仪器仪表、计算机应用科学技术等学科于一身，其主要技术指标如下:

（1）电压等级：1140/660V；频率为：50Hz
（2）总额定电流：800A、1200A，单台工作电流可达到400A
（3）电流整定范围：30-399A
（4）漏电闭锁保护：附加直流检测，1140V-40kΩ、660V-22kΩ。
（5）先导控制（本质安全控制）：Igmax<10mA,Idmax<15mA。
（6）过载保护：反时限。
（7）短路保护：鉴幅式（7-10倍），机敏（3-5倍）。
（8）断相保护：负序检测，定时限；
（9）控制方式：单机单速、单机双速、双机双速、程序控制等多种控制方式。

北京地铁2号线车辆设备消隐改造工程计划于2011年完成,其中环境与设备监控系统是该消隐改造工程的重要组成部分。该系统为已成熟运营多年的城市中心地铁线路增加监控功能, 至2009年四月车站级已实现全线所有车站主要设备控制运行,在OCC中心级平台实现全线设备的监视和控制指令及模式下发，并实现向TCC级传输相关数据。该系统的实施对全线车站的通风空调系统、给排水系统、自动扶梯系统、照明系统等车站设备进行了自动化监控及管理。

地铁2号线共有18个车站。其中包括：复兴门上层站阜成门站、车公庄站、西直门站、积水潭站、鼓楼大街站、安定门站、雍和宫站、东直门站、东四十条站、朝阳门站、建国门上层站、北京站站、崇文门站、前门站、和平门站、宣武门站、长椿街站及相应区间。BAS对本车站及所辖区间通风空调系统、给排水系统、电梯系统、低压配电与动力照明系统等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，并进行程序自动、实时、定时监视设备运行状态，控制设备的开启和关闭，检测环境参数，调控环境舒适度及节能管理。 采集、处理有关信息，进行历史资料档案和设备维修管理，确保系统处于安全、可靠、高效、节能的佳运行状态，从而提供一个舒适的乘车环境，并能在列车阻塞事故状态下，更好地协调设备运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。

系统解决方案与实施

1. 系统结构

系统设中央级、车站级和本地级三级监控方式, BAS自身不组建独立的专用网络，车站级的BAS信息通过地铁通信系统的全线双冗余的骨干网传输至OCC中央控制室，实现中央级功能。全线网络系统由18个车站及相应区间、控制中心等组成。具体由设置在OCC中央控制室BAS设备、各车站综控室的BAS设备、配电室、变电所等地的BAS设备、现场BAS设备组成。

2. 中央级全线管理

采用冗余的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY实时数据服务器作为数据采集的接口软件，通过其内置的桥连接驱动程序建立与各车站控制系统运行的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY之间的连接，通过其丰富的驱动程序建立与中心各控制系统及PLC之间的连接, 采集手的运行数据，其实时过程数据库将提供给实时监控画面提供数据，同时将作为中心级历史数据库的数据源。采用Cimplicity SQL作为历史数据库平台，将实时数据服务器的数据方便的集中管理。

3. 车站级设备监控

采用PACSystems RX3i简单冗余控制器通过Genius现场总线配置VersaMax远程I/O, 单独设置通信控制器PLC和IBP控制PLC。

对于直接接线的数字或模拟量, 通过远程IO模块和现场总线交由PLC控制, 这一类数据的信息量相对极少, 每个节点通常为几十字节, 按10个节点每个节点100字节计算, 76.8Kbps 的总线速率可以实现输入输出 30ms左右的刷新率。采用使用调频信号方式抗干扰能力极强的Genius总线, Genius 总线为对等网络逻辑结构, 具无扰切换的冗余功能，该系统采用单总线方式。使用LD语言应用程序实现应用需求, 扫描时间约在30ms左右。

对于以RS485通信方式实现的VRV空调, 变频器, 冷水机组等的控制, 每个节点有几十至几百个字节的数据量, 目前这些设备的接口通常不支持PLC厂家用于控制远程IO的现场总线方式例如GENIUS, CONTROL NET, DP, ETHERNET,MB PLUS等等, 但支持点对点的通信方式, 例如标准的MODBUS RTU或设备厂家定义的软件协议, PLC侧提供标准的MODBUS RTU接口, 也提供可自由编程的通信口实现对设备的数据采集和控制。PLC侧发送通信请求和控制到RTU从站或不提供标准RTU从站模式的设备,实现数据采集和控制。该工程统一定义通讯物理接口为RS485, 协议采用标准的MODBUS RTU协议。为保证数据刷新的实时, BAS提供单独的设备通道, 数据传输的方式不采用以太网转串口网关的方式, 避免串口本身波特率的限制造成上位机或PLC在以太网物理接口内运行多个串口通信造成阻塞, 这种以太网转串口网关的方式很难保证通信控制的实时性。我们选择通信控制器PLC先控制所有串口接口设备, 映射至CPU的内存后再使用100M以太网, 发送至主控PLC或直接交由上位机处理. 通信控制器PLC和A端B端PLC以及IBP PLC之间的以太网平台, 软件协议上使用基于广播模式的 UDP方式的EGD(以太网全局数据),在EGD的通讯过程中，网上的主站 (叫做生产者)周期性的同其它的一个或更多的从站（叫做消费者）共享其内存。各站间每次数据共享的过程就是一个数据交换的过程。这种分组的广播方式充分使用了以太网的带宽, 避免了TCP握手方式造成的数据实时性的缺失, 另一个优点是可以使得任意PLC, IBP控制器, 通讯控制器均可作为车站或中心级平台访问的节点, 因为任意节点都已经通过EGD(以太网全局数据共享)技术获得了所有节点的数据。

监控软件在系统中起着极为重要的作用，考虑软件的各项功能和使用方便，同时考虑其开放性和对Internet应用的支持（这是未来发展的方向，相信整个地铁系统也会很快实现信息化的）。选择GE 的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY作为车站及控制中心的工业级监控软件。历史数据库选择流行的商用数据库软件SQL Server软件。

通讯网络是整个FAS联动系统的动脉，控制中心采用冗余标准工业以太网（TCP/IP协议），把控制中心的所有FAS系统设备连接起来，通过通信转换接口连接到通信系统所提供的接口，实现控制中心局域网与FAS系统广域网的连接，通信速率不小于10Mps，采用10/100M自适应方式。

在控制中心构成CAT 5+冗余10/100M以太网，在各车站组成10/100M光纤冗余以太环网，局域网为交换以太网拓朴。由于交换以太网可以实现动态路由，极大限度地解决了局域网络中的通信冲突问题，提高了网络利用率。交换方式将网络的不同部分隔离成为子网，各子网只需支持连到子网上的各工作站之间的通信，这样通过交换可以极大地减轻广域网上的通信量，把珍贵的广域网带宽解放出来。通过交换机和网管软件，整个FAS联动部分可以设置成一个相对独立的虚拟专网（VPN），这样在通信中可以减少约30%的路由节点，降低了网络延迟和提高了带宽利用率。

1. 系统基本功能

上海轨道交通9号线一期工程FAS系统设置防灾报警及联动控制两个部份，其任务是建立一个智能的防灾及自动化监控体系，系统以计算机控制及信息传输网络为基础，进行信息的采集、存储、传递、处理，实现先进的自动化管理，FAS联动控制实行两级管理、三级控制的方式。在控制中心大楼设联动控制系统防灾指挥中心（为主控制级），在车站、车辆段、控制中心大楼等处设防灾控制室（为分控制级），均能对其所管辖范围独立地进行监控管理。

中央级监控系统（联动控制主机系统）由控制中心局域网络构成，网络内包括互为备用冗余服务器、冗余工作站维护计算机、通信转换接口、打印机、模拟屏、UPS等设备。中央级监控系统局域网络通过网络交换机与各车站、OCC大楼及车辆段联动控制分机连接，接收各联动分机设备状态数据及发出指令。

在控制中心大楼内设置联动控制分机，负责整个建筑物内的联动控制功能的实现。控制中心大楼内防灾报警分机通过RS-232 与联动控制分机连接；该联动控制分机与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。

在沿线各车站设置一套联动控制分机。负责所管辖范围内的联动控制功能的实现。沿线各车站内的防灾报警分机通过RS-232与联动控制分机连接；联动控制分机通过2Mbps信道与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。

两主变电所内分别设远程RI/O， 负责主变电所联动控制功能的实现。RI/O与相近的车站联动控制分机相连。

岔道井内分别设联动控制器， 负责岔道井内联动控制功能。岔道井内的联动控制器通过相邻车站联动控制分机传送及接收有关设备状态及控制指定数据。

在车辆段设置联动控制分机，负责整个车辆段内所有建筑物的联动控制功能的实现。车辆段内的防灾报警分机通过RS-232与联动控制分机连接；联动控制分机通过2Mbps信道与中央控制室防灾指挥中心联动控制主机相连。

当发生火灾时，FAS联动控制部分接受防灾报警分机的模式指令启动预定的工况模式，进行相应的消防联动工作。

2. 系统构成

2.1. 控制中心设备联动系统构成

中央级监控系统由控制中心局域网络构成，网络内包括互为备用冗余服务器、冗余工作站维护计算机、通信转换接口、打印机、模拟屏、UPS等设备。

两套性能相同的服务器对整个整个网络的数据进行处理，并作为网络内其它计算机的共享资源。系统正常工作时，主、备服务器中，一台主用，另一台备用。控制命令仅通过主服务器发出。主、备服务器均能接收来自车站的各种上行数据。

下图简要说明系统的冗余功能：

2.2. 车站设备联动系统的构成

在车控室内设置一套工控机级别的图形工作站，作为画面显示和人机对话设备。车站图形工作站是车站级的主要监控设备，它负责一切正常及事故情况下，对车站各系统设备的监视、管理、控制指令的发出。图形工作站通过车站光端交换机电口与联动控制部份的局域网连接起来，构成站内级以太网网络，同时接收或处理由现场控制器上传的设备状态或资料。

在车控室内设置IBP控制盘，IBP盘利用硬线直接控制消防专用设备。

在车控室内设置1套GE 系列90-30 PLC构成的冗余联动控制分机，接受火灾报警系统的实时信息和采集现场防灾相关设备的运行状态。同时接受图形工作站和中央控制室防灾指挥中心的控制命令。该联动控制分机通过RS-232与火灾报警分机连接。在火灾情况下，接受到火灾报警分机的火灾报警信息后，实施火灾状态下的火灾抢险模式控制；并通过2Mbps信道向中央控制室防灾指挥中心传送联动设备的运行信息。该联动控制分机可通过MODBUS标准通讯协议与BAS系统控制主机相连，接受BAS系统指令，实现正常工况下BAS系统对环控与消防兼用设备的控制， 并向BAS系统传回环控与消防兼用设备的状态。

在左右环控室内分别设置2套GE 系列 90-30 PLC构成的冗余联动控制器，监控车站内隧道通风系统设备、车站公共区通风空调设备，车站设备用房通风空调系统设备、车站导向设备、防火阀等设备。同时将数据上传至车控室内联动控制分机。如图：

2.3. 系统运作模式

1) 监视模式

在正常情况下，联动控制分机/控制器均处于监视状态，GCC显示相关工点(控制中心大楼、车站、车辆段、主变电所等地方)各联动控制对象状态。

2) 报警模式

a. 自动确认模式

联动控制分机监视防火阀动作状态，并在线监视防灾报警主机发出的火灾报警和模式指令，一旦监测到火灾报警和模式指令，联动控制系统立即转入灭火抗灾工况，同时将信息上传至防灾指挥中心。

b. 人工确认模式

联动控制分机也可接受经过密码确认的人工火灾报警模式控制，一旦监测到人工确认的火灾报警和模式指令，联动控制系统立即转入灭火抗灾工况，并将信息上传至防灾指挥中心。

c. 消防联动模式

FAS系统防灾报警部分实现火灾探测及报警功能，并将信息上传至防灾指挥中心。防灾报警分机按探测的火灾情况决定火灾模式及通知联动控制部份。FAS系统联动控制部分系统按火灾模式实现控制及监视着火区域防火阀动作状态，控制防排烟风机等消防设备的联动控制的功能并接收其反馈信号。

d. 控制仅先权

如同一控制指命因不同控制级而有冲突不能妥协时， 控制优先权顺序为：就地控制(高)、IBP控制、车控室控制、中央控制室防灾指挥中心；隧权道通风系统控制优先权顺序：就地控制(高)、IBP控制、中央控制室防灾指挥中心、车控室控制。如较低控制指令因较高控制级而不能实现或中断时，须向较低控制级报告反映。另外，车控室控制中， 手动控制比模式控制优先。