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摘要：随着城市轨道交通自动化程度的不断提高，对供电系统的可靠性和安全性提出了更高的要求。本文主要对苏州轨道交通4号线BAS系统不间断电源（UPS）的蓄电池内阻值采集方式进行研究，利用蓄电池组监测模块（BMM）实现自动采集电池内阻值并在综合监控（ISCS）界面上显示。
关键词：蓄电池;参数测量;Modbus;PLC;ISCS
1、项目背景
蓄电池作为备用电源在UPS中起着极其重要的作用，其本身运行的可靠性和安全性关系到轨道运营安全稳定。目前苏州地铁4号线ISCS系统平台可以采集BAS系统UPS蓄电池的电压、电池容量、环境温度等数据，但现行合同中系统厂家未对BAS蓄电池内阻值进行实时监测，采集内阻值需要使用专业内阻测量仪器手工测量，或是通过UPS柜内电池检测模块，利用蓄电池检测软件进行手动采集。鉴于此问题，专业通过修改、增加BAS系统部分PLC程序及HMI界面，实现UPS蓄电池内阻值可视化，提高了内阻值测量的精度，完善蓄电池远程监测维护及查询分析功能，达到维护的便利性。
2、项目优势分析
2.1方便维护巡查，有效把控风险源
对于UPS蓄电池此类重要设备，按规定需人员定期巡查，通过ISCS平台界面的直观显示，可以满足检修人员远程监测维护，查询到蓄电池的实时状态及各项具体数值，从而判断蓄电池内部的健康程度，出现问题故障时能够及时处理。ISCS系统集成蓄电池内阻值自动采集功能后，蓄电池信息采集更加及时全面，对重要设备风险源的把控将更加有效。
2.2测量精度准确且误差较小
目前电池检测模块采集的内阻值采用内阻测量仪手工测量，需使用表笔以点触的方式测量并读取数值，但此种方式容易受使用者在测量时的测量角度、触点位置等因素影响，其精度偏差相较于直接由电池正、负极柱上的检测线测量所得值偏大。实现BMM自动实时采集蓄电池内阻值，由每节蓄电池正、负极柱上的检测线并联测量，这种方式所得值精度较高，误差降低到最小，且精度满足规定测量要求（设备要求精度：内阻监测精度为±（2.5%+25μΩ）。
2.3减员增效，充分利用技术手段提高工作效率
综合监控系统采用图形用户界面，整个系统采用友好的交互界面，参数值简单明了。无论是技术上，还是操作上，系统具有一定的开发可行性。使用系统最直接的效益就是减少工班人力，节省大量时间。按班组之前投入在蓄电池巡视上的人力计算，4号线38个站需每天安排8人巡视，一周56人次，使用系统后可改为周巡，每天安排1人利用1小时即可完成全线蓄电池参数巡视，再每周安排8人一天对全线蓄电池环境、外观检查巡视即可。每月可缩减人力成本188人次，一年可节省人力成本近45万元。
2.4完善设备信息监测，全要素提升班组保障效率
现行系统中，ISCS系统界面上只实现了对UPS蓄电池的电压、电池容量及电池环境温度的监测，未实现蓄电池的全面监测。将蓄电池内阻值自动采集功能加入ISCS平台后，完善了BMM与ISCS系统的功能整合度，提高BMM的功能的利用率。同时，将检测模块报警冗余值与ISCS人机界面的报警图相关联，实现电压、电流、内阻值及温度出现超标时的报警提示。
2.5全寿命周期管理，全方位提高设备保障能力
运营设备的全寿命周期管理在班组日常工作中一直很重要，也是班组长借助现代管理技术需要成长的地方。在设备落地到日常巡视、故障处理、检修保养、淘汰更换的全寿命周期中的信息与过程，班组都要有这样一种“履历表”用来记录它的信息。综合监控系统具有强大功能，在本次集成的BAS蓄电池内阻值过程中，班组利用系统功能，加入内阻、电压趋势图，更加全面的掌握蓄电池变化趋势。在关键参数发生异常时及时发现及干预，再通过干预过程提高设备的保障能力，也提高了人员及时发现故障的能力。
3、项目介绍
3.1方案确定
根据现行设备种类及通讯方式，设计制定了两套方案，分別为：
方案1：在ISCS界面上UPS页面修改显示参数，增加“BAS蓄电池内阻功能集成”页面。通过修改PLC与电池检测模块通讯采集的地址位，覆盖原有蓄电池容量显示参数。在“电池在线监测表”单击点开详细信息里显示每节电池内阻信息。通过ModScan通讯调试工具扫描电池监测模块MODBUS地址表，查找蓄电池内阻值的具体地址;利用Unity Pro XL修改BAS PLC 程序NOM通讯模块的采集地址;通过ISCS系统“Spaint”插件修改ISCS图元界面，最终实现ISCS系统界面实时监测蓄电池内阻的功能。该方案可行性高，且修改内容不涉及中心及全线ISCS系统核心数据，仅修改BAS系统程序及本地数据库，风险较低。
方案2：在ISCS界面上UPS页面增加显示内阻参数，保留原有电压容量参数显示。通过修改BAS通用类表，增加BAS蓄电池检测内阻类，重新生成参数库，利用Unity Pro XL在PLC与电池监测程序段中增加内阻采集段，并通过PLC上传至ISCS界面，再通过修改ISCS界面图元进行功能显示，使功能具备可行性及可操作性。但此方案需要修改ISCS系统中央服务器数据库、车站数据库参数，涉及核心参数的改造影响范围较大，风险较高。
因苏州地铁4号线为在运行线路，以线路运营安全、稳定为首要考虑原则，经过评估采用方案1实现苏州地铁4号线BAS系统UPS蓄电池参数实时监测的功能，后续根据需求及数据库更新，保留方案二的执行。
3.2方案改造费用
本方案基于4号线综合监控专业现有设备和技术，改造不产生任何额外费用。
3.3内阻值采集原理 检测模块采集的内阻值为计算量，通过增加一个负载，计算变化的电压和电流量，再根据欧姆定律（R=？U/？I）计算得到内阻值。
BMM 采用了直流内阻测试方法，即给电池增加一个负载，测量由此产生的变化电压和电流，并用电压变化值除以电流变化值计算得到电池的内阻。
内阻测试采用了四线制的方法，如图3.1所示。
R=△U/△I
由于在电路中采用了软、硬件的滤波措施，可有效的滤除充电机纹波对内阻测试的影响，保证了蓄电池在线内阻测试的准确性、一致性和重复性。
如图3.2所示为一台BMM8节电池接线示意图。内阻测试线配置为20节电池分别接面板1#-20#接口，1F1接1#+，1F2接8#-。除此之外，链接8#-与终端电池（现场是20#）-接口，9#+与1F2连接
3.4方案实施
3.4.1准备工器具：
ISCS移动工作站（笔记本）、RS-485串口调试工具、ModScan调试软件、网线。
3.4.2具体步骤：
3.4.2.1通过连接ModScan工具，根据地址位及数据对比找到每节蓄电池内阻值所在地址位，如图3.3所示。
3.4.2.2获取到每节蓄电池地址位信息后，修改 PLC NOM模块上BA34功能块逻辑ST语句。
3.4.2.3對BAS PLC程序采集位、换算修改，
3.4.2.4完成PLC程序更改并保存后，利用“Spaint”画图软件对ISCS人机界面进行图源修改处理。
3.4.2.5修改完成，实现蓄电池内阻值采集显示。
4、结束语
UPS是城市轨道交通ISCS系统中重要的组成设备，其不论是功能还是监测形式都具有多种选择，如何结合地铁线路实际运行情况，合理的进行配置不仅影响到系统的使用功能，还影响到设备本身维护监测的要求，因此在进行车站UPS蓄电池组系统设计时需结合各方面要求及条件进行合理配置。同时，蓄电池的全寿命周期管理也是设计者与运营者需要共同考虑的问题。4号线综合监控系统UPS采用海志AGM免维护蓄电池，工作期间无需加水加酸，但工作期间的设备保养、检测依然不可或缺。在今年苏轨发生的两起蓄电池事件，重重的敲响了我们运营人时刻保障乘客安全的警钟。
5、参考文献
[1]杭州高特电子设备有限公司.蓄电池组监护模块用户手册[G]，2011（1）：37.
[2]电池检测模块MODBUS通信协议.
（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司）
关键词：蓄电池;参数测量;Modbus;PLC;ISCS
1、项目背景
蓄电池作为备用电源在UPS中起着极其重要的作用，其本身运行的可靠性和安全性关系到轨道运营安全稳定。目前苏州地铁4号线ISCS系统平台可以采集BAS系统UPS蓄电池的电压、电池容量、环境温度等数据，但现行合同中系统厂家未对BAS蓄电池内阻值进行实时监测，采集内阻值需要使用专业内阻测量仪器手工测量，或是通过UPS柜内电池检测模块，利用蓄电池检测软件进行手动采集。鉴于此问题，专业通过修改、增加BAS系统部分PLC程序及HMI界面，实现UPS蓄电池内阻值可视化，提高了内阻值测量的精度，完善蓄电池远程监测维护及查询分析功能，达到维护的便利性。
2、项目优势分析
2.1方便维护巡查，有效把控风险源
对于UPS蓄电池此类重要设备，按规定需人员定期巡查，通过ISCS平台界面的直观显示，可以满足检修人员远程监测维护，查询到蓄电池的实时状态及各项具体数值，从而判断蓄电池内部的健康程度，出现问题故障时能够及时处理。ISCS系统集成蓄电池内阻值自动采集功能后，蓄电池信息采集更加及时全面，对重要设备风险源的把控将更加有效。
2.2测量精度准确且误差较小
目前电池检测模块采集的内阻值采用内阻测量仪手工测量，需使用表笔以点触的方式测量并读取数值，但此种方式容易受使用者在测量时的测量角度、触点位置等因素影响，其精度偏差相较于直接由电池正、负极柱上的检测线测量所得值偏大。实现BMM自动实时采集蓄电池内阻值，由每节蓄电池正、负极柱上的检测线并联测量，这种方式所得值精度较高，误差降低到最小，且精度满足规定测量要求（设备要求精度：内阻监测精度为±（2.5%+25μΩ）。
2.3减员增效，充分利用技术手段提高工作效率
综合监控系统采用图形用户界面，整个系统采用友好的交互界面，参数值简单明了。无论是技术上，还是操作上，系统具有一定的开发可行性。使用系统最直接的效益就是减少工班人力，节省大量时间。按班组之前投入在蓄电池巡视上的人力计算，4号线38个站需每天安排8人巡视，一周56人次，使用系统后可改为周巡，每天安排1人利用1小时即可完成全线蓄电池参数巡视，再每周安排8人一天对全线蓄电池环境、外观检查巡视即可。每月可缩减人力成本188人次，一年可节省人力成本近45万元。
2.4完善设备信息监测，全要素提升班组保障效率
现行系统中，ISCS系统界面上只实现了对UPS蓄电池的电压、电池容量及电池环境温度的监测，未实现蓄电池的全面监测。将蓄电池内阻值自动采集功能加入ISCS平台后，完善了BMM与ISCS系统的功能整合度，提高BMM的功能的利用率。同时，将检测模块报警冗余值与ISCS人机界面的报警图相关联，实现电压、电流、内阻值及温度出现超标时的报警提示。
2.5全寿命周期管理，全方位提高设备保障能力
运营设备的全寿命周期管理在班组日常工作中一直很重要，也是班组长借助现代管理技术需要成长的地方。在设备落地到日常巡视、故障处理、检修保养、淘汰更换的全寿命周期中的信息与过程，班组都要有这样一种“履历表”用来记录它的信息。综合监控系统具有强大功能，在本次集成的BAS蓄电池内阻值过程中，班组利用系统功能，加入内阻、电压趋势图，更加全面的掌握蓄电池变化趋势。在关键参数发生异常时及时发现及干预，再通过干预过程提高设备的保障能力，也提高了人员及时发现故障的能力。
3、项目介绍
3.1方案确定
根据现行设备种类及通讯方式，设计制定了两套方案，分別为：
方案1：在ISCS界面上UPS页面修改显示参数，增加“BAS蓄电池内阻功能集成”页面。通过修改PLC与电池检测模块通讯采集的地址位，覆盖原有蓄电池容量显示参数。在“电池在线监测表”单击点开详细信息里显示每节电池内阻信息。通过ModScan通讯调试工具扫描电池监测模块MODBUS地址表，查找蓄电池内阻值的具体地址;利用Unity Pro XL修改BAS PLC 程序NOM通讯模块的采集地址;通过ISCS系统“Spaint”插件修改ISCS图元界面，最终实现ISCS系统界面实时监测蓄电池内阻的功能。该方案可行性高，且修改内容不涉及中心及全线ISCS系统核心数据，仅修改BAS系统程序及本地数据库，风险较低。
方案2：在ISCS界面上UPS页面增加显示内阻参数，保留原有电压容量参数显示。通过修改BAS通用类表，增加BAS蓄电池检测内阻类，重新生成参数库，利用Unity Pro XL在PLC与电池监测程序段中增加内阻采集段，并通过PLC上传至ISCS界面，再通过修改ISCS界面图元进行功能显示，使功能具备可行性及可操作性。但此方案需要修改ISCS系统中央服务器数据库、车站数据库参数，涉及核心参数的改造影响范围较大，风险较高。
因苏州地铁4号线为在运行线路，以线路运营安全、稳定为首要考虑原则，经过评估采用方案1实现苏州地铁4号线BAS系统UPS蓄电池参数实时监测的功能，后续根据需求及数据库更新，保留方案二的执行。
3.2方案改造费用
本方案基于4号线综合监控专业现有设备和技术，改造不产生任何额外费用。
3.3内阻值采集原理 检测模块采集的内阻值为计算量，通过增加一个负载，计算变化的电压和电流量，再根据欧姆定律（R=？U/？I）计算得到内阻值。
BMM 采用了直流内阻测试方法，即给电池增加一个负载，测量由此产生的变化电压和电流，并用电压变化值除以电流变化值计算得到电池的内阻。
内阻测试采用了四线制的方法，如图3.1所示。
R=△U/△I
由于在电路中采用了软、硬件的滤波措施，可有效的滤除充电机纹波对内阻测试的影响，保证了蓄电池在线内阻测试的准确性、一致性和重复性。
如图3.2所示为一台BMM8节电池接线示意图。内阻测试线配置为20节电池分别接面板1#-20#接口，1F1接1#+，1F2接8#-。除此之外，链接8#-与终端电池（现场是20#）-接口，9#+与1F2连接
3.4方案实施
3.4.1准备工器具：
ISCS移动工作站（笔记本）、RS-485串口调试工具、ModScan调试软件、网线。
3.4.2具体步骤：
3.4.2.1通过连接ModScan工具，根据地址位及数据对比找到每节蓄电池内阻值所在地址位，如图3.3所示。
3.4.2.2获取到每节蓄电池地址位信息后，修改 PLC NOM模块上BA34功能块逻辑ST语句。
3.4.2.3對BAS PLC程序采集位、换算修改，
3.4.2.4完成PLC程序更改并保存后，利用“Spaint”画图软件对ISCS人机界面进行图源修改处理。
3.4.2.5修改完成，实现蓄电池内阻值采集显示。
4、结束语
UPS是城市轨道交通ISCS系统中重要的组成设备，其不论是功能还是监测形式都具有多种选择，如何结合地铁线路实际运行情况，合理的进行配置不仅影响到系统的使用功能，还影响到设备本身维护监测的要求，因此在进行车站UPS蓄电池组系统设计时需结合各方面要求及条件进行合理配置。同时，蓄电池的全寿命周期管理也是设计者与运营者需要共同考虑的问题。4号线综合监控系统UPS采用海志AGM免维护蓄电池，工作期间无需加水加酸，但工作期间的设备保养、检测依然不可或缺。在今年苏轨发生的两起蓄电池事件，重重的敲响了我们运营人时刻保障乘客安全的警钟。
5、参考文献
[1]杭州高特电子设备有限公司.蓄电池组监护模块用户手册[G]，2011（1）：37.
[2]电池检测模块MODBUS通信协议.
（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司）