地铁屏蔽门控制系统中PLC设备与监控系统通信方式研究.pdf

地铁屏蔽门控制系统中P L C设备与 监控 系统通信方式研究* 于航 冯进峰 1 ． 天津理工大学 自动化学院， 3 0 0 2 2 2 ， 天津； 2 ． 天津市地下铁道运营公司， 3 0 0 2 2 2 ， 天津∥第一作者 ， 讲师 摘要 以天津地铁 3号线屏蔽门控制系统为分析对象， 阐 述 了组成西门子 S 74 0 0 H容 错 系统 的方法 ， 提 出 了屏 蔽 门控制 系统中采 用德 国 赫优讯 N Ln e t L I N K 网关 实现 西 门子设备 屏蔽门主控机， s 74 0 0 H容错系统 和监控系 统通信的方案。介绍了西门子的 P L C 可编程逻辑控制器 与不同协议的上位机进行通信的成功案例。 关键词 地铁； 屏蔽 门控制系统；中央控制器；监控系统； 通信方式 中图分 类号U 2 3 1 ． 7 DoI 1 0 ． 1 6 0 3 7 ／ J ． 1 0 0 7 8 6 9 x ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 2 On PLC i n M e t r o Pl a t f o r m S c r e e Do o r a nd Co nu nu ni c a t i o n M o de ofMon i t o r i n g Sy s t e m Yu Ha n g ，F e n g J i n f e n g Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e p l a t f o r m s c r e e n d o o r P S D c o n t r o l s y s t e m o n T i a n j i n me t r o L i n e 3 i s a n a l y z e d ，t h e c o mp o s e d f a u l t t o l e r a n t s y s t e m i n S i e me n s S 7 4 0 0 H i s d e s c r i b e d．Th e a d o p t i o n o f Hi l s c h e r o p t i ma l d i s p a t c h o f NL n e t LI NK g a t e wa y i n P S D c o n t r o s y s t e m t o r e a l i z e t h e c o mmu n i c a t i o n c o n n e c t i o n b e t we e n S i e me n s e q u i p me n t a n d mo n i t o r i n g s y s t e m a r e p r e s e n t e d ．Me a n wh i l e，a s u c c e s s f u l c a s e a b o u t t h e c o mmu n i c a t i o n o f S i e me n s P LC Pr o g r a m ma b l e L o g i c Co n t r o l l e r a n d d i f f e r e n t p r o t o c o l s o f u p p e r m a c h i n e s i s i n t r o d u c e d． Ke y wo r d s me t r o；p l a t f o r m s c r e e n d o o r ； c e n t r a l c o n t r o l u n i t ；mo n i t o r i n g s y s t e m ；c o mmu n c a t i o n m o d e F i r s t - a u t h o r s a d d r e s s De p a r t me n t o f Au t o m a t i c En g i n e e r i n g ，T i a n j i n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 3 0 0 2 2 2 ， T i a n j i n ， C h i n a 天津地铁 3号线为天津市快速轨道交通网中西 南至东北方向的骨干线 ， 共设车站 2 3座。其 中， 地 天津市 自然科学基金重点项 目 1 3 z cz DGx0 3 8 【 】 5 2 下站 1 8座 ， 安装屏蔽 门； 高架站 4座 、 地面站 1 座 ， 安装半高安全 门。屏蔽 门沿站 台边缘设 置， 将 轨道 区与站台候车区隔开， 保障了乘客安全 ， 降低了列车 运行产生的噪声对车站 的影响， 有效地减少 了空气 对流造成 的站台冷热气 的流失 ， 为乘客提供 了舒适 的候车环境 ， 是地铁 系统正常运行 的一个重要安全 装置。 1 天津地铁 3号线屏 蔽 门控 制 系统 的 网络 架构 屏蔽门控制系统主要 由中央控制盘 P S C 、 就 地控制盘 P S L 、 门控 单元 DC U 及执行 电机 、 输 入／ 输出模块 、 声光报警装置和现场冗余总线 网络等 构成 ， 完成对整个车站屏蔽 门的实时控制 与监 视。 每个车站设有一个 P S C， 由两套屏蔽 门中央控制器 逻辑控制部件 和一套监控系统及接 口设备构成 。 其中 ， 屏蔽门监控系统 由机房监控系统 、 远程监视系 统 与综合监控 系统接 口 、 DC U 通信 网络等设 备 组成 。监控主机要监视每个子系统 的设备， 实现系 统内部信息 的收发 、 采集 、 汇总和分析， 以及实现与 综合监控系统 、 远程监视系统 ， 站台端头控制盘 、 紧 急控制盘、 DC U之间的信息交换 ， 并能够查询站 台 单元控制器 中各个 回路的状态 。在系统设计 时 ， 屏 蔽 门中央控制器与监控系统主机单独设计 即控制 系统的任何故障不影 响监控系统的运行 ， 监控 系统 的故障不影响屏蔽门的正常运行 ， 控制系统与监控 系统通过网络及硬线接 口通信， 保证系统整体 的有 效性。屏蔽 门监控系统可通过冗余 以太网接 口与综 合监控系统通信 。屏蔽 门中央控制器和监控主机在 中央控制盘中的关系如图 1所示 。 懑 黼 凄 嚣 2 屏蔽 门中央控制器 的结构 P S C的中央控制器 逻辑控制部件 采 用西 门 子高性能的 s 7 4 0 0 H系列冗余控制器产品， 控制 装置带有 P ROF I B US总线 和 RS 4 8 5串行接 13。 西门子 P L C 可遍程逻辑控制器 按照冗余模式运 行 ， 即符合主动冗余原理 ， 出现故障时， 可无扰动、 无 冲击地 自动切换 。中央控制器 逻辑控制部件 的硬 件结构包括 1个 UR 2 H 机架 、 2个 电源模块 P S 4 0 7 1 0 A、 2个 S 74 0 0 H 中央处理器 CP U 、 4 个 同步模块 、 2根光缆、 2个带有源背板总线 的 E T 2 0 0 M 分布式 I ／ O 输入／ 输 出 设备 ， 以及 2个 I M 1 5 3～2 、 1个数字量输入模块 S M 3 2 1 DI 1 6 X DC 2 4 V、 一个数字量输出模块 S M 3 2 2 D O 1 6 X D C 2 4 V。上位机 P S A 车控室操作 指示盘 与 P S C采用 以太网进行通信 。P S A 的界 面上 可显示屏蔽 门系 统的各种状态及信息 ， 如故 障信息 ， 各个活动门、 端 头门、 应急门的状态等， 并可以实现屏蔽门相关状态 的查询、 故障报警， 以及运营月报表生成、 运营故障 记录等。其结构如图 3所示。 S 图3 屏蔽门控制系统中西门子 S 7 4 0 0 H容错系统的结构 3 屏蔽门控制系统与监控 系统通信方案 监控系统与控制系统通信时， 传统的MP I 多 点接 口 连接方式是采用西 门子 P C 个人计算机 适 配器或 C P 5 6 1 1 ， 进行 S t e p 7程序下载 ， 组态软件通 过其与 P L C进行数据通信。但是， 西门子 P C适配 器采用串口或 US B 通用串行总线 口的方式， 通信 距离受到很大局限； 且监控系统主机如果要通过以 4 太网与西门子 P L C进行通信 ， 需要增加西门子的以 太网 P L C通信模块 如 C P 3 4 3 和 N ET软件 。特 别是对 已经使用 MP I 通信的项 目进行改造时， 用户 不仅需购买西门子以太网通信模块， 还要考虑柜内 槽位和接线 ， 同时要对 P L C程序和上位机监控软件 进行修改 ， 工作量是比较大的 ， 也存在修改的程序是 否正确等问题。针对 以上 问题 ， 在天津地铁 3号线 中， 提出了一个全新的解决方案 。 德国赫优 讯 的 n e t L I NK 网关 可将 西 门子 的 P P I 点对点 协议 、 MP I协议 、 P ROF I B US DP协 议转成以太网协议 ， 通过 OP C S e r v e r服务器 ， 可以 实现 P L C和上位 机监控软件 的通 信。从 P L C 到 NLn e t L I NK 网关 运 行 MP I协 议 ， 从 NL n e t L I NK 网关 到上位机 运行 以太 网 E t h e r n e t协 议 。在上位机 中， 组态软件和 P L C的数据交换通过 OP C S e r v e r服务器来实现。通过 OP C S e r v e r ， 监控 计算机可以对系统进行动态监控 ； 网络数据服务器 可以对系统的数据采集 、 处理和归档。 在天津地铁 3号线 中， 屏蔽门主控机 中央控制 器 采用西门子 自动化 系统 s 74 0 0 H 容错系统 ； 监控系统采用研华工控主机 ， 软件监控界面为组 态 王监控画面 ， 通过赫优讯 以太 网网关与 S 74 0 H 建立通信连接 ， 读取 s 74 0 0 H数据块中的信息并 上传至车站调度中心。赫优讯 N Ln e t L I N K网关 与 P L C及上 位机 的连 接方法 如 图 4所示 NL n e t L I NK 网关 的 MP I 端 口插入 S 7系列 C P U 的 MP I 通信 口， 另一端的以太网 R J 4 5端 口插入计算 机以太 网网卡或交换机。 S I E ME NS s 7 系 J P L C ■ E t h e r n e t ●__。。 ___ __。。。一 监控计算机 O P C 图 4 系统配置简图 使用德国赫优讯 N Ln e t LI NK转换器 ， 并在 上位机安装赫优讯 S y C o n OP C S e r v e r 软件 ， 上位机 可轻松通过以太网连接西门子 P L C， 实现组态软件 与 P L C之间进行 以太 网数据通信 ， 且不需要对原有