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摘 要：在高压直流输电工程的应用中，要求控制保护系统具有强大的运算功能，高实时的响应速度，及硬件结构具有可扩展的灵活性和同步多处理器运行等特点，而德国Siemens公司的SIMATCI TDC正是具备了这些特点，SIMATIC TDC，称为工艺和驱动自动化系统，是Siemens公司推出的一种高性能处理器，应用于对控制系统时间要求严格，需要高速响应，高速计算的场合。如钢铁行业，电力，交通，航天航空，印制，起重机制造等行业。本文以SIMATIC TDC在直流输电工程为例介绍了其特点及在高压直流输电中的具体应用。
一、SIMATIC TDC简介
1. SIMATIC TDC的應用
对SIMATIC TDC的应用涉及如下部分：交直流信号的采集、实时闭环控制、换流装置点火脉冲输出、开关量输入输出、机架之间的通信、CPU之间的通信、Profibus总线、以太网等。
所使用的SIMATIC TDC模块如下：
1） CPU551：闭环控制，开环控制，各种数据计算，以太网和现场总线通信。
中央处理单元 CPU551 适用于具有较高运算要求的开环和闭环控制任务。它采用64 位RISC 技术设计，拥有一个 32 MB的用户存储器和插入式存储器模块。CPU 可保证严格根据可调的采样时间间隔（100 μs） 进行循环处理。对于每个循环，操作系统本身只需要 25...50μs 的循环时间。这就意味着运算时间非常短，例如每个 PI 控制器大约为 1...3μs。另外，CPU 还集成有 4个具有报警能力的数字量输入和一个诊断接口。
2） SM500：模拟量采集，数字信号导入导出。
SM500 I/O 模板提供有丰富的选项，用于连接分布式I/O。除了16点二进制输入/ 输出以外，它还具有8点模拟量输入/ 输出以及4点积分型模拟量输入。另外，还可连接4个增量位置编码器和4个绝对值编码器。使用6个 LED指示模板的运行状态。
3） CP50MO：现场总线通信和MPI。
通讯模板 CP51MO可提供高性能的通讯，用于调试过程控制它们可以支持的协议MPI和Profibus，可以连接Profibus设备，如ET200站，传动系统等标准Profibus设备还为各种不同的 CPU，提供有一个1 MB 的通讯存储器。
4） CP51M1：以太网通信。
通讯模板 CP51M1 和 CP5100 可提供高性能的通讯，用于 调试 （CP51M1）、过程控制、HMI它们可以控制功能强大的协议TCP/IP、UDP、ISO on TCP（CP51M1）S7（CP51M1）CP5100需要组态在Slot18～21。CP51M1最多组态4块在机架上。可以连接：S7 系列控制器，第三方以太网连接，WinCC。
5） IM5：直流输电测量板卡。
6） MFI：直流输电TDM通信，点火脉冲，控制总线通信板卡。
7） ICH： TDM通信板卡。
注：5）、6）、7）中所述的板卡输入西门子PDT公司。
二、SIMATIC TDC在直流输电中的如何应用
直流输电控制系统复杂且庞大，SIMATIC TDC主要用在控制层中用于实现双极层控制、极层控制、阀组控制、极保护、测量系统等。
在双极层控制中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、功率命令的计算、电流平衡的计算和控制等。
在极层控制中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、电网频率计算、电流裕度补偿、功率稳定度的计算和控制、整流电压计算、阀组电压平衡计算等。
在阀组控制中，SIMATIC -TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、0【角的计算和闭环控制、熄弧角的计算和控制、直流电压/电流的计算和控制、换流变分接头控制、直流顺序控制等。
在测量系统中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：三相电压/电流的测量、直流电路上电压/电流的测量、电压和电流过零点的测量等。
在控制层中，还使用到了SIMATIC-TDC的其他通信接口。
（1）控制层的TDC和测控装置的通信
控制层的TDC和测控装置的通信使用Profibus通信技术，使用CP50MO模块。该模块是一个通信模块，具有共享内存和两个PROFIBUS DP/MPI接口。共享内存可供同一机箱内的多个CPU进行数据交换。
（2）控制层机箱之间的消息传递
控制层机箱之间的消息传递主要使用如下三种方式：
1）使用西门子公司的MFI板卡，该板卡和CPU551之间通过PMC接口相连接。MFI板卡上的4对LVDS快速收发通道使用4b5b编码，通信速率达到40Mbit/s。使用MFI板卡，使得CPU551之间通信的最小周期可达0.5ms。
2）使用西门子公司的SM500模拟量及数字量通道板卡，利用SM500上的±10V的模拟量信号和24V的导入导出，在不同的机箱间传递一些快速信号。比如同极系统1和2之间、主要系统之间需要快速传送或同步的一些状态信息、控制信息等。
3）机箱之间的通信还用到CP51M1工业以太板卡。
（3）控制层机箱和后台的通信
控制层机箱和后台的通信使用西门子A&D公司的CP51M1工业以太网板卡。机箱通过以太网，将需要存储或显示的数据传递给后台，后台也可用以太网来下发控制命令给机箱内的CPU551。
（4）控制层阀组测量和阀组控制之间的通信
阀组测量和阀组控制之间的连接使用TDM总线技术。■
参考文献
[1] 鲍伯祥，陆章杰，王世宁. 西门子TDC编程及应用指南[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007
[2] 张大志，李轩，李宏. 西门子TDC及其在热连轧生产中的应用. 北京科技大学，2006
一、SIMATIC TDC简介
1. SIMATIC TDC的應用
对SIMATIC TDC的应用涉及如下部分：交直流信号的采集、实时闭环控制、换流装置点火脉冲输出、开关量输入输出、机架之间的通信、CPU之间的通信、Profibus总线、以太网等。
所使用的SIMATIC TDC模块如下：
1） CPU551：闭环控制，开环控制，各种数据计算，以太网和现场总线通信。
中央处理单元 CPU551 适用于具有较高运算要求的开环和闭环控制任务。它采用64 位RISC 技术设计，拥有一个 32 MB的用户存储器和插入式存储器模块。CPU 可保证严格根据可调的采样时间间隔（100 μs） 进行循环处理。对于每个循环，操作系统本身只需要 25...50μs 的循环时间。这就意味着运算时间非常短，例如每个 PI 控制器大约为 1...3μs。另外，CPU 还集成有 4个具有报警能力的数字量输入和一个诊断接口。
2） SM500：模拟量采集，数字信号导入导出。
SM500 I/O 模板提供有丰富的选项，用于连接分布式I/O。除了16点二进制输入/ 输出以外，它还具有8点模拟量输入/ 输出以及4点积分型模拟量输入。另外，还可连接4个增量位置编码器和4个绝对值编码器。使用6个 LED指示模板的运行状态。
3） CP50MO：现场总线通信和MPI。
通讯模板 CP51MO可提供高性能的通讯，用于调试过程控制它们可以支持的协议MPI和Profibus，可以连接Profibus设备，如ET200站，传动系统等标准Profibus设备还为各种不同的 CPU，提供有一个1 MB 的通讯存储器。
4） CP51M1：以太网通信。
通讯模板 CP51M1 和 CP5100 可提供高性能的通讯，用于 调试 （CP51M1）、过程控制、HMI它们可以控制功能强大的协议TCP/IP、UDP、ISO on TCP（CP51M1）S7（CP51M1）CP5100需要组态在Slot18～21。CP51M1最多组态4块在机架上。可以连接：S7 系列控制器，第三方以太网连接，WinCC。
5） IM5：直流输电测量板卡。
6） MFI：直流输电TDM通信，点火脉冲，控制总线通信板卡。
7） ICH： TDM通信板卡。
注：5）、6）、7）中所述的板卡输入西门子PDT公司。
二、SIMATIC TDC在直流输电中的如何应用
直流输电控制系统复杂且庞大，SIMATIC TDC主要用在控制层中用于实现双极层控制、极层控制、阀组控制、极保护、测量系统等。
在双极层控制中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、功率命令的计算、电流平衡的计算和控制等。
在极层控制中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、电网频率计算、电流裕度补偿、功率稳定度的计算和控制、整流电压计算、阀组电压平衡计算等。
在阀组控制中，SIMATIC -TDC实现的主要功能包括：信号的采集和处理、0【角的计算和闭环控制、熄弧角的计算和控制、直流电压/电流的计算和控制、换流变分接头控制、直流顺序控制等。
在测量系统中，SIMATIC-TDC实现的主要功能包括：三相电压/电流的测量、直流电路上电压/电流的测量、电压和电流过零点的测量等。
在控制层中，还使用到了SIMATIC-TDC的其他通信接口。
（1）控制层的TDC和测控装置的通信
控制层的TDC和测控装置的通信使用Profibus通信技术，使用CP50MO模块。该模块是一个通信模块，具有共享内存和两个PROFIBUS DP/MPI接口。共享内存可供同一机箱内的多个CPU进行数据交换。
（2）控制层机箱之间的消息传递
控制层机箱之间的消息传递主要使用如下三种方式：
1）使用西门子公司的MFI板卡，该板卡和CPU551之间通过PMC接口相连接。MFI板卡上的4对LVDS快速收发通道使用4b5b编码，通信速率达到40Mbit/s。使用MFI板卡，使得CPU551之间通信的最小周期可达0.5ms。
2）使用西门子公司的SM500模拟量及数字量通道板卡，利用SM500上的±10V的模拟量信号和24V的导入导出，在不同的机箱间传递一些快速信号。比如同极系统1和2之间、主要系统之间需要快速传送或同步的一些状态信息、控制信息等。
3）机箱之间的通信还用到CP51M1工业以太板卡。
（3）控制层机箱和后台的通信
控制层机箱和后台的通信使用西门子A&D公司的CP51M1工业以太网板卡。机箱通过以太网，将需要存储或显示的数据传递给后台，后台也可用以太网来下发控制命令给机箱内的CPU551。
（4）控制层阀组测量和阀组控制之间的通信
阀组测量和阀组控制之间的连接使用TDM总线技术。■
参考文献
[1] 鲍伯祥，陆章杰，王世宁. 西门子TDC编程及应用指南[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007
[2] 张大志，李轩，李宏. 西门子TDC及其在热连轧生产中的应用. 北京科技大学，2006