0 引 言
為了減少制動能量在列車制動電阻上的耗散，抑制地鐵隧道內(nèi)溫度的升高和減少車載設備，國外一般在牽引變電所的直流母線上設置再生制動能量吸收裝置。設置再生制動能量吸收裝置的供電系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的二極管不控整流供電系統(tǒng)，又被稱為城市軌道交通新型供電系統(tǒng)。
新型牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由若干整流器單元多重化并聯(lián)組成。采用這種結(jié)構(gòu)方式，可以提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量，同時供電裝置擴容容易，并可以提供一定的冗余性。另外其直流側(cè)的制動能量可以回饋到交流電網(wǎng)，交流側(cè)功率因數(shù)可調(diào)，并且直流側(cè)的輸出特性完全可控。
為了保障供電系統(tǒng)調(diào)試及運行的正常，要求對供電系統(tǒng)動態(tài)過程中的各電氣參量、溫度值及開關量等進行測量、傳輸、顯示、存儲及故障診斷，方便用戶觀察數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。而目前測量電參數(shù)主要依靠示波器、電壓表、電流表以及萬用表等儀表裝置，這些儀表會影響PWM整流器的正常運行、威脅技術(shù)人員人身安全、使調(diào)試過程復雜化等，急需開發(fā)一種新的技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器。此外，為方便設計人員調(diào)試修改供電系統(tǒng)底層程序，需要設計控制系統(tǒng)，實現(xiàn)與主控板的數(shù)據(jù)通訊。
為了解決以上問題，本文研究了新型供電系統(tǒng)的監(jiān)控要求，以PWM整流器子系統(tǒng)為監(jiān)控對象，設計了包含監(jiān)測子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)的監(jiān)控試驗平臺。
1 監(jiān)控系統(tǒng)方案
根據(jù)系統(tǒng)的設計要求、考慮到設計人員和使用人員的應用層次不同，本文設計的新型能饋式牽引供電系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩個部分，即監(jiān)測子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，如圖1所示。
由圖1可知，本監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要由監(jiān)測子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)構(gòu)成，其中監(jiān)測子系統(tǒng)又包括下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)主要通過設計控制器實現(xiàn)。新型能饋式牽引供電系統(tǒng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
1．1 監(jiān)測子系統(tǒng)研究
新型能饋式牽引供電系統(tǒng)監(jiān)測子系統(tǒng)的示意圖如圖3所示，監(jiān)測子系統(tǒng)由下位機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)構(gòu)成。
1．1．1 監(jiān)控子系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)研究
監(jiān)測子系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)主要由多路傳感器、信號調(diào)理板、監(jiān)測板以及網(wǎng)絡通信傳輸單元構(gòu)成。監(jiān)測子系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)由基于LabVIEW的監(jiān)測軟件組成。
監(jiān)測系統(tǒng)下位機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。首先傳感器采集模擬量送給模擬信號調(diào)理板，PWM整流器單元給出相關數(shù)字量給數(shù)字量調(diào)理板。調(diào)理板將調(diào)理后的模擬信號、數(shù)字信號送給監(jiān)測板，監(jiān)測板可以將得到的信號通過網(wǎng)絡傳輸單元進行數(shù)據(jù)傳輸。
1．1. 2 監(jiān)控子系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)設計
監(jiān)測系統(tǒng)上位機系統(tǒng)主要指上位機監(jiān)測軟件。本文應用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件為平臺，在此基礎上開發(fā)新型能饋式牽引供電系統(tǒng)調(diào)試需要的上層監(jiān)測軟件。監(jiān)測軟件主界面大致分為6個部分，分別是供電系統(tǒng)狀態(tài)、PWM1狀態(tài)、PWM2狀態(tài)、PWM3狀態(tài)、PWM4狀態(tài)以及故障狀態(tài)。
其中，供電系統(tǒng)狀態(tài)主要用來顯示供電系統(tǒng)的整體狀態(tài)，如變壓器、機組、接觸網(wǎng)信號等等；此外，在主界面右側(cè)顯示了供電系統(tǒng)的數(shù)字量信號，如開機信號、關機信號、整流狀態(tài)信號、逆變狀態(tài)信號、交流側(cè)接觸器狀態(tài)、直流側(cè)接觸器狀態(tài)等，如圖5所示。
PWM1、P WM2、PWM3及PWM4狀態(tài)：主要用來顯示每個PWM的運行狀態(tài)，如圖6所示。
此外，還設計了故障顯示界面，用于顯示系統(tǒng)故障信號及故障診斷結(jié)果。
1．1．3 以太網(wǎng)通信實現(xiàn)
在監(jiān)測子系統(tǒng)中，下位機系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)打包發(fā)送給上層監(jiān)測軟件，因此，以太網(wǎng)通信的實現(xiàn)對于監(jiān)測系統(tǒng)來說至關重要。
以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)如圖7所示，硬件電路通過LAN91C11 1以太網(wǎng)芯片實現(xiàn)，在網(wǎng)絡層通過IP自動分配以及ARP請求實現(xiàn)握手協(xié)議，在傳輸層通過UDP實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，從而將數(shù)據(jù)從下位機傳給上位機。
