1、城市軌道交通 電氣化鐵道 2006年第3期DeviceNet總線在地鐵低壓智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用邵東波摘 要：通過DeviceNet總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊模式等技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合DeviceNet現(xiàn)場總線的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)配置需求以及同相關(guān)系統(tǒng)的接口通訊，介紹了DeviceNet總線在廣州地鐵三號線和四號線低壓智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對低壓智能系統(tǒng)的自動化程度及信息化管理有較大的提升，并且為設(shè)備維護(hù)的及時(shí)性、方便性和經(jīng)濟(jì)性提供了便利。關(guān)鍵詞：DeviceNet；低壓智能配電系統(tǒng)；地鐵Abstract: By introducing the technical characters of net

2、work structure and communication mode, and based on therequirements of the network configurations and the interface communication with other system, the paper introduce the applications of DeviceNet Bus in the intelligent switching system of low-tension of Guangzhou Metro Line 3 and Line 4. By using

3、 the DeviceNet Bus, the automation grade and information level of intelligent switching system of low-tension is upgraded evidently, and then it offers swiftness、convenience and economy for the equipment maintenance .Key words: DeviceNet; LV intelligent switching system; metro中圖分類號：U223.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章

4、編號：1007-936X(2006)03-0040-030 引言采用智能化現(xiàn)場總線設(shè)備及工控組態(tài)軟件，可有效地提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也能大大減小運(yùn)營維護(hù)周期的費(fèi)用。DeviceNet（GB/TI8858.3-2002）現(xiàn)場總線是美國羅克韋爾自動化公司開發(fā)的，基于CANBus技術(shù)的一種現(xiàn)場總線，用于實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的設(shè)備互聯(lián)。同時(shí)DeviceNet也是我國第一個(gè)現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)。本文以DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合地鐵應(yīng)用實(shí)際，闡述該技術(shù)在廣州地鐵三號線、四號線低壓智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。1.1 DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)框架DeviceNet遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型，分成物理層、數(shù)

5、據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。DeviceNet的物理層與OSI標(biāo)準(zhǔn)參考模型的第一層相同，主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，傳輸介質(zhì)為5芯電纜。其中一對用于DC 24 V電源（+V、-V），另一對用于CAN數(shù)據(jù)通訊（CAN-H、CAN-L），一根用于信號屏蔽（SHLD）。DeviceNet數(shù)據(jù)鏈路層分為傳輸層和目標(biāo)層。該層主要是規(guī)定傳輸規(guī)則：控制幀結(jié)構(gòu)、仲裁和檢錯(cuò)等，以及報(bào)文濾波、報(bào)文處理和提供應(yīng)用層接口等工作。DeviceNet的應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備描述、程序庫使用及對設(shè)備I/O數(shù)據(jù)格式描述等功能。 1.2 生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通訊模式DeviceNet用于現(xiàn)場設(shè)備（馬達(dá)保護(hù)器、軟啟動器、小

6、型PLC和人機(jī)界面等）與通訊管理器之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，它采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/consumer）的通訊模式。即對于網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（生產(chǎn)者即數(shù)據(jù)源）發(fā)出的信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)設(shè)置，其他節(jié)點(diǎn)由標(biāo)識符決定是否取用1 DeviceNet總線的特點(diǎn)DeviceNet是CAN技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，通訊模式先進(jìn)，傳輸速率為125500 kb/s，主干不經(jīng)中繼的傳輸距離最長可達(dá)500 m，節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可支持63個(gè)；同時(shí)DeviceNet可根據(jù)應(yīng)用要求動態(tài)或靜態(tài)地分配標(biāo)志符，在線增減節(jié)點(diǎn)，允許在線組態(tài)和帶電插拔，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。作者簡介：邵東波.廣

7、州地鐵運(yùn)營事業(yè)總部，助理工程師，廣州 510380，電話 40DeviceNet總線在地鐵低壓智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用 邵東波 城市軌道交通此信息，取用者則成為消費(fèi)者，不取用者則忽略它。這樣，網(wǎng)絡(luò)上不同地址的多個(gè)節(jié)點(diǎn)可同時(shí)收到同一生產(chǎn)者發(fā)出的信息，保證了傳送信息時(shí)間的確定性和同步性。因?yàn)樗鼪]有帶寬損失，傳輸效率高，使其網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)越。在現(xiàn)場增加或減少節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以即插即用，使網(wǎng)絡(luò)可靠性極大提高。2.1 低壓智能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置 2.1.1 通訊管理器通訊管理器采用AB公司的工業(yè)型PLC系統(tǒng)Logix5000系列。2臺通訊管理機(jī)通過現(xiàn)場總線與3UF5智能馬達(dá)保護(hù)器、小型PLC

8、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能，具有網(wǎng)絡(luò)冗余特性，圖1為DeviceNet系統(tǒng)圖。每臺通訊管理機(jī)均帶有2個(gè)BNC接口，采用ControlNet總線與EMCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。同時(shí)2臺通訊管理機(jī)配置一臺工控機(jī)（觸摸屏），顯示相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，遙控電機(jī)的分合，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)表打印和存儲功能。2 DeviceNet在地鐵中的應(yīng)用基于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備底層特點(diǎn)，為獲得高可靠性、易維護(hù)的低壓配電系統(tǒng)，廣州地鐵三號線、四號線的低壓配電系統(tǒng)采用了基于DeviceNet總線的低壓智能控制系統(tǒng)。馬達(dá)保護(hù)器2 軟啟動器2圖1 DeviceNet系統(tǒng)圖2.1.2 電機(jī)保護(hù)控制模塊電機(jī)保護(hù)控制模塊采用 3UF50 智能

9、馬達(dá)保護(hù)器。風(fēng)機(jī)回路、電動蝶閥回路、水泵回路、軟啟動等配置3UF5智能馬達(dá)保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)對馬達(dá)回路的過載保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、相故障保護(hù)、接地故障保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等保護(hù)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測馬達(dá)的運(yùn)行狀況和運(yùn)行電流值，同時(shí)通過3UF5智能馬達(dá)保護(hù)單元所配置的RS485接口將所采集的電流值、開關(guān)的狀態(tài)量和馬達(dá)的保護(hù)設(shè)定值和實(shí)時(shí)值向通訊管理機(jī)傳送。2.1.3 智能I/O或小型PLC智能I/O和小型PLC采用的是AB公司的工業(yè)小型PLC系統(tǒng)Micrologix1500。小型PLC單元配置在風(fēng)閥回路，用于采集風(fēng)閥回路的狀態(tài)值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)風(fēng)閥和風(fēng)機(jī)回路的連鎖功能，同時(shí)通過小型PLC上所配置的RS485接口將所采集的

10、開關(guān)實(shí)時(shí)狀態(tài)量向通訊管理機(jī)傳送。 2.2 地鐵低壓智能系統(tǒng)的功能地鐵低壓智能系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制和保護(hù)，包括對組合空調(diào)器、新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、冷水泵及風(fēng)閥等電動設(shè)備的監(jiān)控和測量。它主要是通過對環(huán)控電控室的智能終端馬達(dá)保護(hù)器的監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)這一功能，同時(shí)也能通過DeviceNet實(shí)現(xiàn)對在線智能模塊的參數(shù)設(shè)定、復(fù)位41城市軌道交通 電氣化鐵道 2006年第3期等功能。通風(fēng)空調(diào)設(shè)備通常設(shè)就地控制、環(huán)控電控室控制、上位監(jiān)控系統(tǒng)控制3級控制，低壓智能系統(tǒng)為此要實(shí)現(xiàn)3級控制轉(zhuǎn)換及運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)顯示功能。同時(shí)，通過低壓智能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對其它機(jī)電設(shè)備（如水系統(tǒng)碟閥、區(qū)間消防碟閥、以及軟啟動器等

11、）的監(jiān)控和采集運(yùn)行參數(shù)的功能。 2.3 低壓智能系統(tǒng)與EMCS系統(tǒng)的接口EMCS系統(tǒng)（機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）的主要功能是實(shí)現(xiàn)對車站通風(fēng)空調(diào)的集群控制，同時(shí)它也能通過環(huán)境參數(shù)的變化，自動調(diào)節(jié)地鐵車站的環(huán)控設(shè)備，以達(dá)到舒適環(huán)境及救災(zāi)防災(zāi)的作用。低壓智能系統(tǒng)則側(cè)重于設(shè)備的單體控制，同時(shí)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備參數(shù)的采集，以達(dá)到對設(shè)備的控制、保護(hù)等作用。在環(huán)控電控室、區(qū)間風(fēng)機(jī)房、集中冷站低壓室等地方，低壓智能系統(tǒng)與EMCS的接口位置在兩者的通訊管理器之間，圖2為其接口示意圖。電機(jī)保護(hù)控制模塊、小型PLC、智能I/O、軟啟動器等智能模塊通過現(xiàn)場總線與低壓智能系統(tǒng)的通訊管理器連接。低壓通訊管理器通過ControlNet總線連至EMCS控制器。圖2 接口示意圖兩者之間接口協(xié)議：低壓智能系統(tǒng)從下層設(shè)備層DeviceNet收集到的數(shù)據(jù)通過控制層ControlNet傳輸給EMCS，協(xié)議使用AB公司的標(biāo)準(zhǔn)ControlNet協(xié)議；EMCS一側(cè)先讀低壓智能系統(tǒng)的通訊管理器寄存器，然后EMCS側(cè)的PLC再更新自己側(cè)的數(shù)據(jù)寄存器，從而獲得從設(shè)備層DeviceNet上采集到的設(shè)備狀態(tài)或報(bào)警信息；EMCS系統(tǒng)與低壓智能系統(tǒng)采用“心跳值”的方式來檢查二者間通訊通道是否正常。DeviceNet無疑發(fā)揮了高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。同時(shí)針對廣州地鐵三號線、四號線的低壓智能配電系統(tǒng)，De