Profibus-DP技术在地铁供电监控系统中应用

选用研华工业一体化机。操作系统采用加拿大QSSL(QNX Software Svstems Ltd)公司的QNX实时操作系统，版本为6．2，其不仅能满足用户对数据实时处理的要求，且能安装在一般的基于X 86平台的工业控制机器上，同时其提供的Photon图形库和新动力开发工具能实现丰富的图形显示，是实时性和可视化要求的完美统一。DP总线主站采用了WoodHead公司的apDlicomIO系列板卡，其型号为DRL—DPM．PCI／PCI—DPIO—B，硬件版本为V4．2．O．软件版本为V 2．2．插在研华工业一体化机PCI插槽上完成DP总线的1类DP主站组网功能，板卡通过总线连接器连接到西门子公司带双光纤口的光链路模块OLM(Optical Link Module)上，与同样连接到光链路模块OLM的1．5 kV直流开关柜设备实现冗余的双光纤环网。如图2所示，在该冗余双光纤环网中，各个OLM通过2个光纤接口和全双工光纤电缆相互连接。形成光纤冗余环，主站(applieomIO板卡)和从站设备通过总线连接器接到对应的OLM的DP总线电接口上。这样，其中任何一条光纤链路出现了故障，OLM能自动切换到另外一条链路，并通过连接指示信号指示总线切换信息和传输线故障信息。以便进行进一步的故障处理而不影响系统的正常数据传输。一旦故障排除，总线链路又返回到正常的冗余状态。从而提高了系统的可靠性。

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图2 DP冗余光纤环网

主从站设备和光纤冗余环正确安装、连接后。就需要对applieomIO板卡进行配置。由于站级管理层采用的操作系统是QNX实时操作系统，配置appli-comIO板卡可采用2种方法，在本方案中采用的是：根据Profibus-DP环境、运行参数以及从站设备GSD文件生成配置文件GZMetronash．ply，在ONX系统控制台(Console)下运行qnxinstall applicomIO．2．2．O—x86．applic．qpr命令安装好板卡的驱动程序，然后运行playerIO／GZMetroflash．ply即可实现板卡的配置。这种方法操作简单。适合于地铁变电所环境和运行参数一致的实际情况，且便于工程安装。

DP总线网的从站设备由上海西门子公司提供，包括6个馈线柜(DPU96)、2个进线柜(S7)和1个负极柜(S7)。

2．3站级管理层软件

站级管理层软件的作用是实现整个变电所自动化系统中信息的收集并将信息传送至主控室，同时接收主控室的命令并转发给对应的间隔层设备。

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。

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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。

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图4 DP循环时间计算

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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)。