引言

現場總線技術是實現現場級設備數字化通信的一種工業現場網絡通信技術。因其具有數字化、開放性、分散性以及對現場環境的適應性等特點而獲得了廣泛的應用。目前。已逐漸成熟并對工業自動化進程形成影響的現場總線主要有Profibus(Processfield bus)、HART、LonWorks、FF等。其中，Profibus總線是最為流行的現場總線技術之一。其產品廣泛應用于工業、電力、能源、交通等自動化領域。Pmfibus總線是德國國家標準DIN 19245和歐洲標準EN 50170的現場總線標準。是一種國際化、開放式并與制造商無關的現場總線。從用戶角度看，Profibus提供了3種通信協議類型：Profibus—PA(Process Automation)，Profibus-DP(DecentralizedPeriphery)(簡稱DP)，Profibus—FMS(Fieldbus Message Specification)。

廣州地鐵3號線供電監控PSCADA(PowerSuDenrisory Contml And Data Acquisition)系統設計采用的是集中管理、分散布置的模式及分層分布式系統結構。現場I／O設備分散布置必然要求使用現場總線技術或網絡技術實現監控系統與I／O設備交換信息。因此，在廣州地鐵3號線PSCADA系統中的站級管理層與1．5 kV直流開關柜使用DP現場總線實現兩者之間的信息交互。

1 廣州地鐵3號線PSCADA系統結構

廣州地鐵3號線供電系統采用2級集中供電方式，設6個供電分區，環網電壓為AC 33 kV。電力監控變電所自動化系統在車站主控設備室通過車站級的以太網交換機接入主控系統。電力監控變電所自動化系統采用集中管理、分散布置的模式。分層、分布式系統結構：系統由站級管理層、網絡通信層、間隔設備層組成。系統以供電設備為對象。通過網絡將所內的110 kV／33 kV／0．4 kV交流保護測控單元、1．5 kV直流保護測控單元、交直流電源系統監控單元等間隔層設備連接起來。電力監控變電所PSCADA系統結構如圖1所示。

圖1 電力監控變電所PSCADA系統典型結構

站級管理層設備由通信處理機(總控單元)、液晶顯示器組成，在牽引變電主所還包括當地監控計算機。通信處理機采用可靠性高、處理能力強、實時響應速度快的工業級監控計算機。通信處理機的遠程網、所內網傳輸都采用光纖以太網接口。

網絡通信層提供了RS-422、RS-485和CAN、Profibus等現場總線接口，及以太網、光纖以太網接口，可滿足自動化系統對變電所供電設備進行監控的要求，同時提供了通信接口的可擴展能力，以滿足系統擴容和增加通信手段的需要。

間隔層設備包括：1．5 kV直流開關柜(包括饋線柜、進線柜和負極柜3種類型)，33 kV GIS(Gas Insulance Switch cabinet)REF542+綜合測控保護單元。0．4 kV開關柜智能信息采集單元。110 kV線路保護。

110kVGIS測控單元。110kV分段保護、主變保護，智能監控單元和時鐘系統。每個變電所因其功能的不同可只包含部分間隔層設備，如1．5 kV直流開關柜只存在于牽引所。

在實際系統中,1.5 kV直流開關柜與站級管理層中的總控單元l直接構成DP總線網，下面詳細分析該總線網的設計及實現方案。

2 1．5 kV直流開關柜DP通信方案設計

主控單元與1．5 kV直流開關柜通過DP總線網交互信息。并構成系統中特殊的2層通信結構。DP總線不僅具有現場總線的共同優點，也具有特殊的優勢，即能夠很好地滿足系統可擴展性、可靠性、實時性等苛刻的要求，為整個地鐵系統長期穩定運行提供保障。

2．1通信方案設計原理及依據

DP協議的任務只定義了用戶數據通過總線在主站和子站之間的傳輸方式，在用戶接口層定義了設備可以使用的功能以及各種類型系統和設備的行為特性，各種具體設備或DP部件的行為特性則由電子設備數據庫文件(electronic device data sheets。簡稱GSD文件)描述。DP協議不對用戶數據進行評價和具體的描述，而是定義了不同的行規或者擴展功能，這就使得DP協議具有很大的靈活性，也使其在各個領域都得到廣泛應用。

DP的總線存取控制方式是典型的純主一從控制方式，即在單主總線網絡中只允許有1個1類DP主站(主動節點)和若干個從站(被動節點)，邏輯令牌環只含有1個主動節點；在多主總線網絡中。即使有多個1類DP主站．但1個從站只能被其中的1個DP主站配置，而不允許1個從站同時被多個DP主站配置或訪問，這樣，只有主動節點有權主動發送、存取由它所配置的從站設備，而從站只是被動地響應或應答主站的存取控制訪問要求。在DP總線網絡中，主站通過循環地與它所配置的從站交換數據，從而達到收集分散的間隔層設備信息和控制設備的目的。

2．2硬件組網方案及實現

在廣州地鐵3號線PSCADA中，站級管理層主設備選用研華工業一體化機。操作系統采用加拿大QSSL(QNX Software Svstems Ltd)公司的QNX實時操作系統，版本為6．2，其不僅能滿足用戶對數據實時處理的要求，且能安裝在一般的基于X 86平臺的工業控制機器上，同時其提供的Photon圖形庫和新動力開發工具能實現豐富的圖形顯示，是實時性和可視化要求的完美統一。DP總線主站采用了WoodHead公司的apDlicomIO系列板卡，其型號為DRL—DPM．PCI／PCI—DPIO—B，硬件版本為V4．2．O．軟件版本為V 2．2．插在研華工業一體化機PCI插槽上完成DP總線的1類DP主站組網功能，板卡通過總線連接器連接到西門子公司帶雙光纖口的光鏈路模塊OLM(Optical Link Module)上，與同樣連接到光鏈路模塊OLM的1．5 kV直流開關柜設備實現冗余的雙光纖環網。如圖2所示，在該冗余雙光纖環網中，各個OLM通過2個光纖接口和全雙工光纖電纜相互連接。形成光纖冗余環，主站(applieomIO板卡)和從站設備通過總線連接器接到對應的OLM的DP總線電接口上。這樣，其中任何一條光纖鏈路出現了故障，OLM能自動切換到另外一條鏈路，并通過連接指示信號指示總線切換信息和傳輸線故障信息。以便進行進一步的故障處理而不影響系統的正常數據傳輸。一旦故障排除，總線鏈路又返回到正常的冗余狀態。從而提高了系統的可靠性。

圖2 DP冗余光纖環網

主從站設備和光纖冗余環正確安裝、連接后。就需要對applieomIO板卡進行配置。由于站級管理層采用的操作系統是QNX實時操作系統，配置appli-comIO板卡可采用2種方法，在本方案中采用的是：根據Profibus-DP環境、運行參數以及從站設備GSD文件生成配置文件GZMetronash．ply，在ONX系統控制臺(Console)下運行qnxinstall applicomIO．2．2．O—x86．applic．qpr命令安裝好板卡的驅動程序，然后運行playerIO／GZMetroflash．ply即可實現板卡的配置。這種方法操作簡單。適合于地鐵變電所環境和運行參數一致的實際情況，且便于工程安裝。

DP總線網的從站設備由上海西門子公司提供，包括6個饋線柜(DPU96)、2個進線柜(S7)和1個負極柜(S7)。

2．3站級管理層軟件

站級管理層軟件的作用是實現整個變電所自動化系統中信息的收集并將信息傳送至主控室，同時接收主控室的命令并轉發給對應的間隔層設備。