高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)探討

徐新生

摘要：本文針對(duì)高速鐵路機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用需求和機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特征，從機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案、系統(tǒng)構(gòu)成、控制器選擇、電源等多個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)和探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 機(jī)電設(shè)備監(jiān)控 組網(wǎng)方案 系統(tǒng)構(gòu)成

1 概述

在高速鐵路、城際快速鐵路的建設(shè)中，針對(duì)高速鐵路線重要站場(chǎng)，其環(huán)控空調(diào)、通風(fēng)、給排水、配電、照明、電梯等機(jī)電設(shè)備是不可或缺的。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)就是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，以達(dá)到節(jié)約能源、節(jié)省人力、提高設(shè)備自動(dòng)化水平和人工管理水平的目的。本文主要探討目前高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的建設(shè)方案。

2 高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)車站組網(wǎng)方案

由于高速鐵路機(jī)電監(jiān)控以環(huán)境控制為主，各站之間機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行管理相對(duì)獨(dú)立，沒有對(duì)應(yīng)聯(lián)系和聯(lián)動(dòng)關(guān)系，且高速鐵路線路長(zhǎng)、跨地區(qū)廣、站間距大，集中監(jiān)控組網(wǎng)投資大，調(diào)試?yán)щy，因此在不是特別強(qiáng)調(diào)集中管理的情況下，一般采用分散監(jiān)控方案。

分散方案就是以車站為獨(dú)立監(jiān)控單位，構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，全線不設(shè)監(jiān)控中心，區(qū)間監(jiān)控設(shè)備就近納入附近車站監(jiān)控系統(tǒng)，各車站機(jī)電設(shè)備獨(dú)立管理運(yùn)行，與其它車站可通過其它系統(tǒng)傳遞信息，也可以通過Web瀏覽器瀏覽相關(guān)車站監(jiān)控信息。這種監(jiān)控方案簡(jiǎn)單實(shí)用、安裝調(diào)試方便，獨(dú)立性強(qiáng)，對(duì)其它系統(tǒng)影響小，投資相對(duì)集中監(jiān)控少。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級(jí)設(shè)備包括工作站、儲(chǔ)存、輸出設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括各種控制器、控制模塊和各類檢測(cè)執(zhí)行單元組成。其監(jiān)控對(duì)象主要包括車站供配電設(shè)備及UPS、EPS設(shè)備、照明系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、垂直電梯、自動(dòng)扶梯和停車場(chǎng)等。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)的配置到主控制器的構(gòu)成可組成多種方案。

2.1 單網(wǎng)

從車站內(nèi)主控制器到所有控制器、遠(yuǎn)程I/O模塊之間采用單一網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。單網(wǎng)的特點(diǎn)是組網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本較低，基本滿足高速鐵路車站機(jī)電設(shè)備運(yùn)營(yíng)控制要求。該方案適用投資受限制、追求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的項(xiàng)目。

2.2 部分單網(wǎng)、部分雙網(wǎng)

根據(jù)被控對(duì)象的重要程度不同，可采用部分單網(wǎng)、部分冗余網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式。因?yàn)椴⒉皇撬械谋豢貙?duì)象都是采用冗余配置，只有可靠性要求很高的監(jiān)控設(shè)備采用雙網(wǎng)冗余配置，對(duì)一般配電、給排水、電梯等系統(tǒng)則采用單網(wǎng)，投資可以進(jìn)行有效控制。

在高速鐵路機(jī)電設(shè)備車站監(jiān)控系統(tǒng)中，無論是單網(wǎng)還是雙網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O單元與控制器通信的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)，利用集散在各處的遠(yuǎn)程I/O單元采集相關(guān)信息，通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。從主控制器到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)就是現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)總線是用于智能化設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)間的多結(jié)點(diǎn)、總線式雙向數(shù)字通信規(guī)程?，F(xiàn)場(chǎng)總線接線十分簡(jiǎn)單，采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，因而減少了電纜用量，簡(jiǎn)化連線設(shè)計(jì)；便于適當(dāng)擴(kuò)充現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，減少安裝工作量；方便大量數(shù)字信息傳送，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定和修改。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 車站設(shè)多組主控制器方案

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圖1 多控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

車站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)工作站、1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)Web服務(wù)器組成，車站網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形以太網(wǎng)。

各系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、命令下達(dá)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)采集、處理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并下達(dá)指令完成控制任務(wù)，一般以現(xiàn)場(chǎng)總線形式與被控設(shè)施的控制模塊或I/O設(shè)備相連。

監(jiān)控工作站完成調(diào)度值班員人機(jī)交互功能，它為調(diào)度員執(zhí)行運(yùn)行操作提供了所有入口：顯示各種監(jiān)控畫面，如變配電接線圖、照明系統(tǒng)狀態(tài)圖、給排水運(yùn)行圖、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行圖、電梯運(yùn)行圖、視頻監(jiān)控畫面等，以及系統(tǒng)配置圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、生產(chǎn)報(bào)表管理、告警信息、各種曲線、數(shù)據(jù)查詢等。系統(tǒng)的各種控制和調(diào)節(jié)功能，如開關(guān)控制、變壓器調(diào)節(jié)、照明控制、水泵調(diào)節(jié)、空調(diào)控制和調(diào)節(jié)、電梯控制以及時(shí)鐘同步等，也可以通過監(jiān)控畫面直接操作完成。

監(jiān)控工作站可以驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印各種運(yùn)行報(bào)表、告警/事故信息等，還可以驅(qū)動(dòng)數(shù)字投影系統(tǒng)、大屏幕或模擬屏顯示。

對(duì)于規(guī)模較大或要求比較苛刻的系統(tǒng)，還可以設(shè)置單獨(dú)的維護(hù)工作站。維護(hù)工作站具備普通監(jiān)控工作站的所有功能，可以用作監(jiān)控工作站的備用工作站，維護(hù)工作站主要供維護(hù)工程師對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、進(jìn)程調(diào)度、權(quán)限管理和系統(tǒng)維護(hù)使用。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)保存和管理監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的唯一性。

Web服務(wù)器以Web發(fā)布的方式向MIS或辦公自動(dòng)化系統(tǒng)提供服務(wù)，用戶端只需使用IE瀏覽器即可查詢監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、各種監(jiān)控畫面、管理報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)和曲線等。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼作Web服務(wù)器。

此種方案集中管理，分散控制，主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離短，各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)之間影響較小，對(duì)大型站房、動(dòng)車段、所、維修基地等比較適用。

3.2 車站設(shè)一組冗余主控制器方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2，系統(tǒng)配置與設(shè)上面的方案類似，但車站級(jí)主控制器僅設(shè)一組，網(wǎng)絡(luò)改為雙網(wǎng)或單網(wǎng)。此方案控制管理集中，投資相對(duì)較省，但主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離較長(zhǎng)，各子系統(tǒng)間共用主控制器，一個(gè)子系統(tǒng)故障容易對(duì)其它子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但通過對(duì)重要監(jiān)控設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)冗余配置后，可滿足系統(tǒng)可靠性要求。該方案中小型站房比較適用。

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圖2 一組主控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

4 控制器選擇

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以采用PLC構(gòu)建系統(tǒng)，也可以采用DCS構(gòu)建系統(tǒng)。PLC是由模仿繼電器控制原理發(fā)展起來的，具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能，更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力，編程安裝簡(jiǎn)便，輸入和輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的，具有模擬量控制的優(yōu)勢(shì)，在一些高級(jí)運(yùn)算和大量的PID函數(shù)運(yùn)算方面具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)這兩類系統(tǒng)進(jìn)行分析比較如表1。

根據(jù)表1，高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象以開關(guān)量為主，并且工業(yè)環(huán)境下PLC系統(tǒng)綜合性能優(yōu)于DCS系統(tǒng)，而且在交通領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)過運(yùn)行檢驗(yàn)，因此在高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用PLC系統(tǒng)。

5 車站監(jiān)控電源

為了保障車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，向其提供安全、穩(wěn)定、可靠的電源是必不可少的，工程中主要采用以下幾種方案。

5.1 集中供電方案

在控制室設(shè)自動(dòng)切換裝置，由車站低壓供電系統(tǒng)接取2路380/220V電源，切換裝置后設(shè)在線式UPS， UPS分回路向車站級(jí)監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊提供電源，監(jiān)控模塊再向各種變送器提供電源。集中供電方案電源系統(tǒng)獨(dú)立，供電可靠，但由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備分散，當(dāng)供電半徑過長(zhǎng)時(shí)，該供電方案就會(huì)受到局限。

5.2 分散供電方案

分散供電方案中，除控制室接取2路電源外，其它控制模塊等相關(guān)控制設(shè)備電源就近接取電源，各模塊箱內(nèi)設(shè)備用電池。這種方案簡(jiǎn)單實(shí)用，供電線路段，但電源接取點(diǎn)分散，供電可靠性差。

5.3 混合供電方案

將集中供電與分散供電相結(jié)合，分區(qū)域設(shè)置切換裝置和UPS，向附近控制設(shè)備提供電源，這樣既可以保證供電的可靠性，又能減少供電線路。

6 結(jié)束語

高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是改善交通環(huán)境、保障行車安全的重要技術(shù)手段，也是鐵路企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，提高運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)綜合維修管理的關(guān)鍵技術(shù)。與機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)有牽引供電、電力SCADA系統(tǒng)、旅客引導(dǎo)系統(tǒng)、行包管理系統(tǒng)、紅外探測(cè)傳輸系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的設(shè)置與鐵路行車組織方式及管理模式密切相關(guān)，隨著高速鐵路管理模式的探索，這些監(jiān)控系統(tǒng)怎樣有效銜接甚至有機(jī)融合成綜合系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB10008-2006，鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[2]TB10621-2009，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[3]劉敬軍.機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在高速鐵路中的運(yùn)用[J].電氣化與通信信號(hào)，2009（8）：98-103.endprint

摘要：本文針對(duì)高速鐵路機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用需求和機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特征，從機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案、系統(tǒng)構(gòu)成、控制器選擇、電源等多個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)和探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 機(jī)電設(shè)備監(jiān)控 組網(wǎng)方案 系統(tǒng)構(gòu)成

1 概述

在高速鐵路、城際快速鐵路的建設(shè)中，針對(duì)高速鐵路線重要站場(chǎng)，其環(huán)控空調(diào)、通風(fēng)、給排水、配電、照明、電梯等機(jī)電設(shè)備是不可或缺的。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)就是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，以達(dá)到節(jié)約能源、節(jié)省人力、提高設(shè)備自動(dòng)化水平和人工管理水平的目的。本文主要探討目前高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的建設(shè)方案。

2 高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)車站組網(wǎng)方案

由于高速鐵路機(jī)電監(jiān)控以環(huán)境控制為主，各站之間機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行管理相對(duì)獨(dú)立，沒有對(duì)應(yīng)聯(lián)系和聯(lián)動(dòng)關(guān)系，且高速鐵路線路長(zhǎng)、跨地區(qū)廣、站間距大，集中監(jiān)控組網(wǎng)投資大，調(diào)試?yán)щy，因此在不是特別強(qiáng)調(diào)集中管理的情況下，一般采用分散監(jiān)控方案。

分散方案就是以車站為獨(dú)立監(jiān)控單位，構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，全線不設(shè)監(jiān)控中心，區(qū)間監(jiān)控設(shè)備就近納入附近車站監(jiān)控系統(tǒng)，各車站機(jī)電設(shè)備獨(dú)立管理運(yùn)行，與其它車站可通過其它系統(tǒng)傳遞信息，也可以通過Web瀏覽器瀏覽相關(guān)車站監(jiān)控信息。這種監(jiān)控方案簡(jiǎn)單實(shí)用、安裝調(diào)試方便，獨(dú)立性強(qiáng)，對(duì)其它系統(tǒng)影響小，投資相對(duì)集中監(jiān)控少。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級(jí)設(shè)備包括工作站、儲(chǔ)存、輸出設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括各種控制器、控制模塊和各類檢測(cè)執(zhí)行單元組成。其監(jiān)控對(duì)象主要包括車站供配電設(shè)備及UPS、EPS設(shè)備、照明系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、垂直電梯、自動(dòng)扶梯和停車場(chǎng)等。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)的配置到主控制器的構(gòu)成可組成多種方案。

2.1 單網(wǎng)

從車站內(nèi)主控制器到所有控制器、遠(yuǎn)程I/O模塊之間采用單一網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。單網(wǎng)的特點(diǎn)是組網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本較低，基本滿足高速鐵路車站機(jī)電設(shè)備運(yùn)營(yíng)控制要求。該方案適用投資受限制、追求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的項(xiàng)目。

2.2 部分單網(wǎng)、部分雙網(wǎng)

根據(jù)被控對(duì)象的重要程度不同，可采用部分單網(wǎng)、部分冗余網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式。因?yàn)椴⒉皇撬械谋豢貙?duì)象都是采用冗余配置，只有可靠性要求很高的監(jiān)控設(shè)備采用雙網(wǎng)冗余配置，對(duì)一般配電、給排水、電梯等系統(tǒng)則采用單網(wǎng)，投資可以進(jìn)行有效控制。

在高速鐵路機(jī)電設(shè)備車站監(jiān)控系統(tǒng)中，無論是單網(wǎng)還是雙網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O單元與控制器通信的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)，利用集散在各處的遠(yuǎn)程I/O單元采集相關(guān)信息，通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。從主控制器到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)就是現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)總線是用于智能化設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)間的多結(jié)點(diǎn)、總線式雙向數(shù)字通信規(guī)程?，F(xiàn)場(chǎng)總線接線十分簡(jiǎn)單，采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，因而減少了電纜用量，簡(jiǎn)化連線設(shè)計(jì)；便于適當(dāng)擴(kuò)充現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，減少安裝工作量；方便大量數(shù)字信息傳送，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定和修改。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 車站設(shè)多組主控制器方案

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圖1 多控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

車站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)工作站、1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)Web服務(wù)器組成，車站網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形以太網(wǎng)。

各系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、命令下達(dá)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)采集、處理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并下達(dá)指令完成控制任務(wù)，一般以現(xiàn)場(chǎng)總線形式與被控設(shè)施的控制模塊或I/O設(shè)備相連。

監(jiān)控工作站完成調(diào)度值班員人機(jī)交互功能，它為調(diào)度員執(zhí)行運(yùn)行操作提供了所有入口：顯示各種監(jiān)控畫面，如變配電接線圖、照明系統(tǒng)狀態(tài)圖、給排水運(yùn)行圖、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行圖、電梯運(yùn)行圖、視頻監(jiān)控畫面等，以及系統(tǒng)配置圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、生產(chǎn)報(bào)表管理、告警信息、各種曲線、數(shù)據(jù)查詢等。系統(tǒng)的各種控制和調(diào)節(jié)功能，如開關(guān)控制、變壓器調(diào)節(jié)、照明控制、水泵調(diào)節(jié)、空調(diào)控制和調(diào)節(jié)、電梯控制以及時(shí)鐘同步等，也可以通過監(jiān)控畫面直接操作完成。

監(jiān)控工作站可以驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印各種運(yùn)行報(bào)表、告警/事故信息等，還可以驅(qū)動(dòng)數(shù)字投影系統(tǒng)、大屏幕或模擬屏顯示。

對(duì)于規(guī)模較大或要求比較苛刻的系統(tǒng)，還可以設(shè)置單獨(dú)的維護(hù)工作站。維護(hù)工作站具備普通監(jiān)控工作站的所有功能，可以用作監(jiān)控工作站的備用工作站，維護(hù)工作站主要供維護(hù)工程師對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、進(jìn)程調(diào)度、權(quán)限管理和系統(tǒng)維護(hù)使用。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)保存和管理監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的唯一性。

Web服務(wù)器以Web發(fā)布的方式向MIS或辦公自動(dòng)化系統(tǒng)提供服務(wù)，用戶端只需使用IE瀏覽器即可查詢監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、各種監(jiān)控畫面、管理報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)和曲線等。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼作Web服務(wù)器。

此種方案集中管理，分散控制，主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離短，各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)之間影響較小，對(duì)大型站房、動(dòng)車段、所、維修基地等比較適用。

3.2 車站設(shè)一組冗余主控制器方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2，系統(tǒng)配置與設(shè)上面的方案類似，但車站級(jí)主控制器僅設(shè)一組，網(wǎng)絡(luò)改為雙網(wǎng)或單網(wǎng)。此方案控制管理集中，投資相對(duì)較省，但主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離較長(zhǎng)，各子系統(tǒng)間共用主控制器，一個(gè)子系統(tǒng)故障容易對(duì)其它子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但通過對(duì)重要監(jiān)控設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)冗余配置后，可滿足系統(tǒng)可靠性要求。該方案中小型站房比較適用。

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圖2 一組主控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

4 控制器選擇

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以采用PLC構(gòu)建系統(tǒng)，也可以采用DCS構(gòu)建系統(tǒng)。PLC是由模仿繼電器控制原理發(fā)展起來的，具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能，更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力，編程安裝簡(jiǎn)便，輸入和輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的，具有模擬量控制的優(yōu)勢(shì)，在一些高級(jí)運(yùn)算和大量的PID函數(shù)運(yùn)算方面具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)這兩類系統(tǒng)進(jìn)行分析比較如表1。

根據(jù)表1，高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象以開關(guān)量為主，并且工業(yè)環(huán)境下PLC系統(tǒng)綜合性能優(yōu)于DCS系統(tǒng)，而且在交通領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)過運(yùn)行檢驗(yàn)，因此在高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用PLC系統(tǒng)。

5 車站監(jiān)控電源

為了保障車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，向其提供安全、穩(wěn)定、可靠的電源是必不可少的，工程中主要采用以下幾種方案。

5.1 集中供電方案

在控制室設(shè)自動(dòng)切換裝置，由車站低壓供電系統(tǒng)接取2路380/220V電源，切換裝置后設(shè)在線式UPS， UPS分回路向車站級(jí)監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊提供電源，監(jiān)控模塊再向各種變送器提供電源。集中供電方案電源系統(tǒng)獨(dú)立，供電可靠，但由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備分散，當(dāng)供電半徑過長(zhǎng)時(shí)，該供電方案就會(huì)受到局限。

5.2 分散供電方案

分散供電方案中，除控制室接取2路電源外，其它控制模塊等相關(guān)控制設(shè)備電源就近接取電源，各模塊箱內(nèi)設(shè)備用電池。這種方案簡(jiǎn)單實(shí)用，供電線路段，但電源接取點(diǎn)分散，供電可靠性差。

5.3 混合供電方案

將集中供電與分散供電相結(jié)合，分區(qū)域設(shè)置切換裝置和UPS，向附近控制設(shè)備提供電源，這樣既可以保證供電的可靠性，又能減少供電線路。

6 結(jié)束語

高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是改善交通環(huán)境、保障行車安全的重要技術(shù)手段，也是鐵路企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，提高運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)綜合維修管理的關(guān)鍵技術(shù)。與機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)有牽引供電、電力SCADA系統(tǒng)、旅客引導(dǎo)系統(tǒng)、行包管理系統(tǒng)、紅外探測(cè)傳輸系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的設(shè)置與鐵路行車組織方式及管理模式密切相關(guān)，隨著高速鐵路管理模式的探索，這些監(jiān)控系統(tǒng)怎樣有效銜接甚至有機(jī)融合成綜合系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB10008-2006，鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[2]TB10621-2009，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[3]劉敬軍.機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在高速鐵路中的運(yùn)用[J].電氣化與通信信號(hào)，2009（8）：98-103.endprint

摘要：本文針對(duì)高速鐵路機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用需求和機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特征，從機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案、系統(tǒng)構(gòu)成、控制器選擇、電源等多個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)和探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 機(jī)電設(shè)備監(jiān)控 組網(wǎng)方案 系統(tǒng)構(gòu)成

1 概述

在高速鐵路、城際快速鐵路的建設(shè)中，針對(duì)高速鐵路線重要站場(chǎng)，其環(huán)控空調(diào)、通風(fēng)、給排水、配電、照明、電梯等機(jī)電設(shè)備是不可或缺的。機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)就是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，以達(dá)到節(jié)約能源、節(jié)省人力、提高設(shè)備自動(dòng)化水平和人工管理水平的目的。本文主要探討目前高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的建設(shè)方案。

2 高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)車站組網(wǎng)方案

由于高速鐵路機(jī)電監(jiān)控以環(huán)境控制為主，各站之間機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行管理相對(duì)獨(dú)立，沒有對(duì)應(yīng)聯(lián)系和聯(lián)動(dòng)關(guān)系，且高速鐵路線路長(zhǎng)、跨地區(qū)廣、站間距大，集中監(jiān)控組網(wǎng)投資大，調(diào)試?yán)щy，因此在不是特別強(qiáng)調(diào)集中管理的情況下，一般采用分散監(jiān)控方案。

分散方案就是以車站為獨(dú)立監(jiān)控單位，構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，全線不設(shè)監(jiān)控中心，區(qū)間監(jiān)控設(shè)備就近納入附近車站監(jiān)控系統(tǒng)，各車站機(jī)電設(shè)備獨(dú)立管理運(yùn)行，與其它車站可通過其它系統(tǒng)傳遞信息，也可以通過Web瀏覽器瀏覽相關(guān)車站監(jiān)控信息。這種監(jiān)控方案簡(jiǎn)單實(shí)用、安裝調(diào)試方便，獨(dú)立性強(qiáng)，對(duì)其它系統(tǒng)影響小，投資相對(duì)集中監(jiān)控少。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級(jí)設(shè)備包括工作站、儲(chǔ)存、輸出設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括各種控制器、控制模塊和各類檢測(cè)執(zhí)行單元組成。其監(jiān)控對(duì)象主要包括車站供配電設(shè)備及UPS、EPS設(shè)備、照明系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、垂直電梯、自動(dòng)扶梯和停車場(chǎng)等。

車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)的配置到主控制器的構(gòu)成可組成多種方案。

2.1 單網(wǎng)

從車站內(nèi)主控制器到所有控制器、遠(yuǎn)程I/O模塊之間采用單一網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。單網(wǎng)的特點(diǎn)是組網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本較低，基本滿足高速鐵路車站機(jī)電設(shè)備運(yùn)營(yíng)控制要求。該方案適用投資受限制、追求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的項(xiàng)目。

2.2 部分單網(wǎng)、部分雙網(wǎng)

根據(jù)被控對(duì)象的重要程度不同，可采用部分單網(wǎng)、部分冗余網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式。因?yàn)椴⒉皇撬械谋豢貙?duì)象都是采用冗余配置，只有可靠性要求很高的監(jiān)控設(shè)備采用雙網(wǎng)冗余配置，對(duì)一般配電、給排水、電梯等系統(tǒng)則采用單網(wǎng)，投資可以進(jìn)行有效控制。

在高速鐵路機(jī)電設(shè)備車站監(jiān)控系統(tǒng)中，無論是單網(wǎng)還是雙網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O單元與控制器通信的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)，利用集散在各處的遠(yuǎn)程I/O單元采集相關(guān)信息，通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。從主控制器到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)就是現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)總線是用于智能化設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)間的多結(jié)點(diǎn)、總線式雙向數(shù)字通信規(guī)程?，F(xiàn)場(chǎng)總線接線十分簡(jiǎn)單，采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，因而減少了電纜用量，簡(jiǎn)化連線設(shè)計(jì)；便于適當(dāng)擴(kuò)充現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，減少安裝工作量；方便大量數(shù)字信息傳送，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定和修改。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 車站設(shè)多組主控制器方案

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圖1 多控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

車站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)工作站、1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)Web服務(wù)器組成，車站網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形以太網(wǎng)。

各系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、命令下達(dá)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)采集、處理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并下達(dá)指令完成控制任務(wù)，一般以現(xiàn)場(chǎng)總線形式與被控設(shè)施的控制模塊或I/O設(shè)備相連。

監(jiān)控工作站完成調(diào)度值班員人機(jī)交互功能，它為調(diào)度員執(zhí)行運(yùn)行操作提供了所有入口：顯示各種監(jiān)控畫面，如變配電接線圖、照明系統(tǒng)狀態(tài)圖、給排水運(yùn)行圖、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行圖、電梯運(yùn)行圖、視頻監(jiān)控畫面等，以及系統(tǒng)配置圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、生產(chǎn)報(bào)表管理、告警信息、各種曲線、數(shù)據(jù)查詢等。系統(tǒng)的各種控制和調(diào)節(jié)功能，如開關(guān)控制、變壓器調(diào)節(jié)、照明控制、水泵調(diào)節(jié)、空調(diào)控制和調(diào)節(jié)、電梯控制以及時(shí)鐘同步等，也可以通過監(jiān)控畫面直接操作完成。

監(jiān)控工作站可以驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印各種運(yùn)行報(bào)表、告警/事故信息等，還可以驅(qū)動(dòng)數(shù)字投影系統(tǒng)、大屏幕或模擬屏顯示。

對(duì)于規(guī)模較大或要求比較苛刻的系統(tǒng)，還可以設(shè)置單獨(dú)的維護(hù)工作站。維護(hù)工作站具備普通監(jiān)控工作站的所有功能，可以用作監(jiān)控工作站的備用工作站，維護(hù)工作站主要供維護(hù)工程師對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、進(jìn)程調(diào)度、權(quán)限管理和系統(tǒng)維護(hù)使用。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)保存和管理監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的唯一性。

Web服務(wù)器以Web發(fā)布的方式向MIS或辦公自動(dòng)化系統(tǒng)提供服務(wù)，用戶端只需使用IE瀏覽器即可查詢監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息、各種監(jiān)控畫面、管理報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)和曲線等。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼作Web服務(wù)器。

此種方案集中管理，分散控制，主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離短，各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)之間影響較小，對(duì)大型站房、動(dòng)車段、所、維修基地等比較適用。

3.2 車站設(shè)一組冗余主控制器方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2，系統(tǒng)配置與設(shè)上面的方案類似，但車站級(jí)主控制器僅設(shè)一組，網(wǎng)絡(luò)改為雙網(wǎng)或單網(wǎng)。此方案控制管理集中，投資相對(duì)較省，但主控制器與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間距離較長(zhǎng)，各子系統(tǒng)間共用主控制器，一個(gè)子系統(tǒng)故障容易對(duì)其它子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但通過對(duì)重要監(jiān)控設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)冗余配置后，可滿足系統(tǒng)可靠性要求。該方案中小型站房比較適用。

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圖2 一組主控制器方案車站系統(tǒng)構(gòu)成

4 控制器選擇

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以采用PLC構(gòu)建系統(tǒng)，也可以采用DCS構(gòu)建系統(tǒng)。PLC是由模仿繼電器控制原理發(fā)展起來的，具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能，更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力，編程安裝簡(jiǎn)便，輸入和輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的，具有模擬量控制的優(yōu)勢(shì)，在一些高級(jí)運(yùn)算和大量的PID函數(shù)運(yùn)算方面具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)這兩類系統(tǒng)進(jìn)行分析比較如表1。

根據(jù)表1，高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象以開關(guān)量為主，并且工業(yè)環(huán)境下PLC系統(tǒng)綜合性能優(yōu)于DCS系統(tǒng)，而且在交通領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)過運(yùn)行檢驗(yàn)，因此在高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用PLC系統(tǒng)。

5 車站監(jiān)控電源

為了保障車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，向其提供安全、穩(wěn)定、可靠的電源是必不可少的，工程中主要采用以下幾種方案。

5.1 集中供電方案

在控制室設(shè)自動(dòng)切換裝置，由車站低壓供電系統(tǒng)接取2路380/220V電源，切換裝置后設(shè)在線式UPS， UPS分回路向車站級(jí)監(jiān)控設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊提供電源，監(jiān)控模塊再向各種變送器提供電源。集中供電方案電源系統(tǒng)獨(dú)立，供電可靠，但由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備分散，當(dāng)供電半徑過長(zhǎng)時(shí)，該供電方案就會(huì)受到局限。

5.2 分散供電方案

分散供電方案中，除控制室接取2路電源外，其它控制模塊等相關(guān)控制設(shè)備電源就近接取電源，各模塊箱內(nèi)設(shè)備用電池。這種方案簡(jiǎn)單實(shí)用，供電線路段，但電源接取點(diǎn)分散，供電可靠性差。

5.3 混合供電方案

將集中供電與分散供電相結(jié)合，分區(qū)域設(shè)置切換裝置和UPS，向附近控制設(shè)備提供電源，這樣既可以保證供電的可靠性，又能減少供電線路。

6 結(jié)束語

高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是改善交通環(huán)境、保障行車安全的重要技術(shù)手段，也是鐵路企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，提高運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)綜合維修管理的關(guān)鍵技術(shù)。與機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)有牽引供電、電力SCADA系統(tǒng)、旅客引導(dǎo)系統(tǒng)、行包管理系統(tǒng)、紅外探測(cè)傳輸系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的設(shè)置與鐵路行車組織方式及管理模式密切相關(guān)，隨著高速鐵路管理模式的探索，這些監(jiān)控系統(tǒng)怎樣有效銜接甚至有機(jī)融合成綜合系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉敬軍.機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在高速鐵路中的運(yùn)用[J].電氣化與通信信號(hào)，2009（8）：98-103.endprint