Profibus-DP技术在地铁供电监控系统中应用

在DP主站完成配置并组建完成OLM等硬件设备与各个开关柜的DP总线网络后，applicomIO板卡上的嵌入式DP协议处理器就可以根据配置好的子站参数生成从站轮询表，嵌入式DP协议处理程序由该表循环读写1．5 kV直流开关柜设备，并根据开关柜响应的数据信息刷新板卡双口RAM(DPRAM)上的内容，以便上层应用程序对信息数据的读取。由于DP协议不对用户数据进行评价，因此。板卡此时在DPRAM中的数据是透明的，不能在地铁PSCADA系统中直接进行分析和利用，必须将其转换成项目中使用的IEC 60870—5—104远动规约信息格式的数据。主控中心才能进行识别和利用。同样，来自主控中心的控制和设置命令也必须将IEC 60870—5—104远动规约信息格式转换成符合DP协议的透明传输数据，才能最终实现对间隔层设备的信息收集和控制。这个转换过程也就是不同应用协议信息格式的数据转换过程。

站级管理层软件包括了3个进程，图3是软件JACKSON示意图，进程1负责图形界面显示及与主控中心的通信管理：进程2负责与各通信管理单元(即图1中的网络通信层)的通信及信息采集：进程3负责将Profibus．DP从站的信息和来自主控中心的控制命令进行协议转换，使用applicomIOQNX动态或者静态API函数库对板卡DPRAM上的数据进行读写。进程1与进程3通过QNX系统下提供的命名管道(name pipe)进行双向数据交换。

图3 站级管理层软件JACKSON图

2．4系统实时性分析

地铁供电监控系统对实时性要求很高。系统通信方案能否满足实时性要求决定了该方案能否得到应用。根据广州地铁3号线的实际通信参数及软硬件环境对上述方案进行实时性分析。在本系统中，DP总线传输波特率为187．5 Kbit／s，即传输1个位的时间为5．333μs。在DP总线上，包含了1个主站，9个从站；输入数据块长度最大值为48 Byte，输出数据块长度最大值为28 Byte。1个DP报文循环所需要的时间如图4所示，tbit妇为传输1个位需要的时间。

图4 DP循环时间计算

即1个总线循环时间为10 998×5．333μs=58．65 ms。根据EN 50170 V2标准中的规定，现场计算时考虑10％～20％的余量，则实际1个信息循环传输时间为70．38 ms(最大值)。

供电监控系统信息延时包括信息产生、信息处理、信息传输和信息显示等，其中信息处理和信息传输时间占70％。例如，当馈线柜上一个断路器产生变位。其在DPU96上I／O滤波消耗时间为3ms，内部总线运行需1 ms。程序循环时间20 ms：总控单元程序处理(接收和显示)时间300 ms。加上信息在DP总线上循环时间70．38 ms，1个变位信号从产生到传输至总控单元的时间小于500 ms：再经光纤以太网上送到主控室小于1 s。若是对断路器或者隔离开关的遥控输出，还应加上遥控执行回路校验时间60。100 ms和机构动作时间，最大遥控输出并执行成功(无故障情况)时间小于2 s。符合电力系统国家标准。

从以上分析得出，在PSCADA系统中采用DP总线能对现场设备信息作出实时响应，也能对断路器或者隔离开关进行实时遥控，DP总线方案能够满足用户对实时性的要求。

3结论

本方案针对广州地铁3号线设计，引进了加拿大OSSL公司的ONX实时操作系统，在软硬件设计时利用了QNX实时操作系统的实时性和可靠性等特性，充分发挥了DP总线网的实时性优点。在DP总线网络中使用了0LM模块。组成光纤环网，加上良好的接地设计，使系统不受恶劣环境下通信线路上的电磁干扰影响，满足系统可靠性要求。

光纤环网采用总线结构。通过通信链路的冗余，使得增加新的间隔层设备而不影响其他设备的正常工作。通过DP现场总线在PSCADA系统中的应用。极大增强了间隔层设备的信息集成能力，同时降低了系统的工程成本，提高了整个系统的可靠性和可维护性及扩展能力。

该方案顺利通过了广州地铁3号线PSCADA系统首通段的调试并于2005年12月正式投入运行。运行效果表明，系统能够满足用户对可靠性、实时性和可扩展性等的要求，有良好的推广价值及应用前景。系统运行至今。稳定可靠，得到了用户的一致好评。