一、工程概况
大学城南站牵引降压混合变电所综合自动化系统站级RTU主要负责实时监控大学城南站牵引降压混合变电所相关供电系统设备的运行状态，使控制中心调度能够直观地掌握牵引降压混合变电所供电设备的运行状态，为其作出正确及时的调度决策提供有效的支持。大学城南站牵引降压混合变电所综合自动化系统于2005年12月28日投入正式运营，目前已连续运行达7年。各类模块均出现老化现象，并且故障率逐年升高。期间各类模块已升级换代，原所用通信控制器及测控单元由于技术发展和芯片停产均已无法获得备件，且升级后的模块和原有模块不能兼容使用。为保证四号线变电所综合自动化系统能够在未来一段时间继续稳定运行，故探讨升级改造方案。涉及的范围包括：控制信号盘及相关的通讯采集设备硬件升级更换、软件升级更换、软硬件调试等。
本项目原站级RTU软硬件资料如下：
二、原系统分析
2.1 原系统功能
原RTU功能包括：变电所内设备开关状态、电气量采集；远程集中控制功能；与配电各电压等级测控系统通讯；将站内信号上传至站控主机及OCC；现地人机界面等交互功能。
原站内监控工作站功能包括：站点配电网络、通讯网络及开关状态等直观显示；站内各电压等级母线、变电设备、保护设备的状态、参数显示；站内开关集中控制；站内报警状态显示及故障分析；站内运行数据存储及事件顺序记录等功能。
2.2 原系统网络结构
原RTU内设备包括：
1）通信控制器：NSC302；
2）NSD202监控模块：
原测控功能信号点数：16AI/64DI/20DO，其中模拟量输入信号为变送器输出的上、下行轨电位直流信号。
1）彩色液晶显示器：15寸；
2）电压变送器；
3）光电转换器ETD；
4）滤波器、中间继电器、空气开关、按钮等。
需要通讯采集电气参数的柜外配电相关设备包括：
1）400V开关柜测控设备NSC301：MODBUS（485串口）
2）33kV GIS保护测控单元NSC301：IEC60870-5-103（485串口）
3）1500V直流开关柜保护测控单元NSC301：MODBUS（485串口）
4）站用直流电源：MODBUS（485串口）
RTU需要提供数据上传服务设备包括：
1）OCC控制中心：传输协议未知（传输介质光纤）；
2）站内监控工作站：以太网。
原站内监控工作站采用南瑞NS2000监控软件完成站内集中监视、控制、报警、数据存储、事故追忆等功能，使用以太网连接通信控制器进行数据采集。
原系统网络结构如下图所示：
2.3改造难点
由于各电压等级控制系统的通讯控制器NSC301在改造范围，其通讯连接的端口较多，且使用MODBUS总线通讯设备较多，对于变电所这样通讯实时性、连续性和可靠性要求较高的场合，保持原系统通讯采集功能且具备相当或优于原有通讯性能成为难点之一。
三、方案选择与比较
方案一：部分改造
部分改造拟保留通讯控制器NSC302，对通讯控制器NSC301、触摸屏NSC221、光电转换器ETD、监控模块NSD202等进行更换。
方案措施：
1、用PLC替代原监控模块NSD202；
2、用通讯管理机替代原通讯控制器NSC301；
3、以深圳步科电气触摸屏取代原有的NS221触摸显示器，并建立与PLC之间的通讯联系。
本方案需要进一步解决的问题：
1、需确认各电压等级开关柜设备与相应的原NSC301之间通讯地址映射表；
2、需确认原NSC301与NSC302之间的通讯地址映射表，改造使用的通讯管理机必须保持这个地址映射关系；
3、需确认NSC302与原监控模块NSD202之间的通讯地址映射表，改造使用的PLC必须保持这个地址映射关系；
评价：部分改造保留原通讯控制器NSC302，保持中控软件采集通讯过程无变化，但必须保证所有与其连接的通讯控制器NSC301的替代品及信号控制盘控制器替代PLC内的数据存放地址不变，要求较高。
方案二：整体改造
整体改造拟对通讯控制器NSC302，通讯控制器NSC301，触摸屏NSC221，光电转换器ETD，监控模块NSD202，NS2000软件进行更换。
方案措施：
1、用通讯管理机1替代原通讯控制器NSC302；
2、用通讯管理机2~n替代原通讯控制器NSC301；
3、用PLC替代原通讯控制器NSD202；
4、以深圳步科电气触摸屏取代原有的NS221触摸屏，并建立与通讯管理机1之间的通讯联系。
本方案存在的问题：
1、需确认各电压等级开关柜设备与相应原NSC301之间通讯地址映射表；
2、需确认原通讯控制器NSC302与中控软件之间的通讯地址映射表，改造使用的通讯管理机1必须保持这个地址映射关系；
评价：整体改造更新所有原通讯控制器NSC301与NSC302，为了保持中控软硬件设备无变化，须保证通讯控制器NSC302的替代品对中控软件的协议及数据存储地址无变化，但其与各电压等级系统通讯管理机和信号控制盘控制器替代PLC之间的地址等可以重新编排，不用严格与改造前存储地址一致，相对简单。
结论：综上，建议采用方案二整体改造方式。
采用方案二改造后的变电所网络结构示意如下图：
四、拟采用设备说明
4.1 通讯管理机
拟采用通讯管理机取代通讯控制器NSC301和NSC302，其功能有：
①提供丰富规约库。IEC 870-5-101、103、104，DNP3.0 CDT、MODBUS SPABUS SC1801 COURIER DL645 及国内外各主要电力厂家各设备通讯规约，根据现场需求进行特殊规约的开发；
②提供双机冗余，双以太网等多种级联工作方式；
③实现通信管理、数据网关、数据转发、规约转换、前置处理等各种角色；可以按需组合成分布网络、分层级联、双以太网、双机冗余的灵活通信处理方案；
④具有实时数据库功能。装置内部自用的模拟量输入、数字量输入、累加量输入、控制输出、设点输出、通用数据块输入、通用数据块输出；
⑤实现透明传输功能。装置可实现与不同的装置之间实现其应用软件的透明传输功能；
⑥提供多种通信接口功能。装置提供串口、10/100M 网口、光纤接口等与各级调度、集控中心数据网通信；
⑦实现外部输入 IRIG-B 对时时钟，对装置进行精确对时。
4.2 PLC可编程控制器
拟采用PLC配置如下：
4.3触摸屏
控制面板采用深圳步科电气有限公司MT4000系列产品。
其具有以下特点：
◆65536色TFT真彩显示，效果胜人一筹，支持BMP、JPG、GIF等格式的图片导入，个性化图片尽情展示，支持Windows系统所有字体，可根据用户需求任意变换个性化字体，支持任意Windows语言文字界面显示，最多可在4种语言中任意切换；
◆采用高性能32位400MHzRISC CPU，快速的处理能力保障更高的工作效率；
◆集成1个USB SLAVE口，快速下载组态程序，大大提高工作效率；
◆集成3个COM口，支持与3种不同协议的控制器同时联机，支持RS232/RS422/RS485通讯方式，可通过软件切换串口；
◆集成一个DB15/DB25打印机接口；
◆内部集成配方存储卡，MT4000系列配方卡为256K bytes，可实现数据、历史操作记录、历史趋势图断电保存等，方便用户查询；
◆更大的存储空间，8M FLASH ROM+16M SDRAM；
◆自带实时时钟，时间断电保持2年以上；
◆支持和绝大多数主流PLC及控制器直接通讯，可根据用户需求快速定制通讯驱动程序；
◆支持最小时基为100ms定时器，实现定时数据传输、定时数值加减、定时执行宏程序等；
◆EV5000组态软件功能强大，支持C语言宏脚本，简单易学，丰富的图库提供给用户自由选择，用户可以编辑触摸屏启动LOGO画面，导入公司LOGO图片；
论文作者:赖志峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：通讯论文; 控制器论文; 站内论文; 变电所论文; 设备论文; 功能论文; 方案论文; 《电力设备》2017年第17期论文;