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1高速鐵路機電設備監控系統車站組網方案

由于高速鐵路機電監控以環境控制為主，各站之間機電設備的運行管理相對獨立，沒有對應聯系和聯動關系，且高速鐵路線路長、跨地區廣、站間距大，集中監控組網投資大，調試困難，因此在不是特別強調集中管理的情況下，一般采用分散監控方案。分散方案就是以車站為獨立監控單位，構建監控系統，全線不設監控中心，區間監控設備就近納入附近車站監控系統，各車站機電設備獨立管理運行，與其它車站可通過其它系統傳遞信息，也可以通過Web瀏覽器瀏覽相關車站監控信息。這種監控方案簡單實用、安裝調試方便，獨立性強，對其它系統影響小，投資相對集中監控少。車站機電設備監控系統主要由站級設備包括工作站、儲存、輸出設備，現場設備包括各種控制器、控制模塊和各類檢測執行單元組成。其監控對象主要包括車站供配電設備及UPS、EPS設備、照明系統、空調通風系統、給排水系統、垂直電梯、自動扶梯和停車場等。車站機電設備監控系統從網絡的配置到主控制器的構成可組成多種方案。

1．1單網

從車站內主控制器到所有控制器、遠程I/O模塊之間采用單一網絡和設備。單網的特點是組網簡單、成本較低，基本滿足高速鐵路車站機電設備運營控制要求。該方案適用投資受限制、追求經濟實用的項目。

1．2部分單網、部分雙網

根據被控對象的重要程度不同，可采用部分單網、部分冗余網絡的組網方式。因為并不是所有的被控對象都是采用冗余配置，只有可靠性要求很高的監控設備采用雙網冗余配置，對一般配電、給排水、電梯等系統則采用單網，投資可以進行有效控制。在高速鐵路機電設備車站監控系統中，無論是單網還是雙網，將現場總線作為控制系統的遠程I/O單元與控制器通信的聯接網絡，利用集散在各處的遠程I/O單元采集相關信息，通過現場總線實現遠距離通信。從主控制器到現場設備間的網絡就是現場總線，現場總線是用于智能化設備和自動化控制系統間的多結點、總線式雙向數字通信規程。現場總線接線十分簡單，采用總線連接方式替代一對一的I/O連線，因而減少了電纜用量，簡化連線設計；便于適當擴充現場設備，減少安裝工作量；方便大量數字信息傳送，完成現場設備的遠程參數設定和修改。

2系統構成

2．1車站設多組主控制器方案

各系統控制器負責各子系統的數據采集、規約轉換、命令下達和數據預處理，負責采集、處理現場設備的數據，并下達指令完成控制任務，一般以現場總線形式與被控設施的控制模塊或I/O設備相連。監控工作站完成調度值班員人機交互功能，它為調度員執行運行操作提供了所有入口：顯示各種監控畫面，如變配電接線圖、照明系統狀態圖、給排水運行圖、空調通風系統運行圖、電梯運行圖、視頻監控畫面等，以及系統配置圖、實時數據和信息、生產報表管理、告警信息、各種曲線、數據查詢等。系統的各種控制和調節功能，如開關控制、變壓器調節、照明控制、水泵調節、空調控制和調節、電梯控制以及時鐘同步等，也可以通過監控畫面直接操作完成。監控工作站可以驅動打印機打印各種運行報表、告警/事故信息等，還可以驅動數字投影系統、大屏幕或模擬屏顯示。對于規模較大或要求比較苛刻的系統，還可以設置單獨的維護工作站。維護工作站具備普通監控工作站的所有功能，可以用作監控工作站的備用工作站，維護工作站主要供維護工程師對系統進行參數設置、進程調度、權限管理和系統維護使用。數據庫服務器負責保存和管理監控系統的歷史數據和管理信息系統的數據，保證系統數據的唯一性。Web服務器以Web的方式向MIS或辦公自動化系統提供服務，用戶端只需使用IE瀏覽器即可查詢監控系統的實時數據和信息、各種監控畫面、管理報表、歷史數據和曲線等。數據庫服務器和Web服務器可以單獨設置，也可以由數據庫服務器兼作Web服務器。此種方案集中管理，分散控制，主控制器與現場I/O之間距離短，各子系統相對獨立，系統之間影響較小，對大型站房、動車段、所、維修基地等比較適用。

2．2車站設一組冗余主控制器方案

系統結構，系統配置與設上面的方案類似，但車站級主控制器僅設一組，網絡改為雙網或單網。此方案控制管理集中，投資相對較省，但主控制器與現場I/O之間距離較長，各子系統間共用主控制器，一個子系統故障容易對其它子系統產生影響，但通過對重要監控設備采用網絡冗余配置后，可滿足系統可靠性要求。該方案中小型站房比較適用。

3控制器選擇

機電設備監控系統可以采用PLC構建系統，也可以采用DCS構建系統。PLC是由模仿繼電器控制原理發展起來的，具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、數據處理、聯網通信及PID回路調節等功能，更加適合工業現場的要求，具有高可靠性、強抗干擾能力，編程安裝簡便，輸入和輸出端更接近現場設備。DCS是在運算放大器的基礎上得以發展的，具有模擬量控制的優勢，在一些高級運算和大量的PID函數運算方面具有優勢。高速鐵路機電設備監控系統監控對象以開關量為主，并且工業環境下PLC系統綜合性能優于DCS系統，而且在交通領域已經經過運行檢驗，因此在高速鐵路機電設備監控系統設計中一般采用PLC系統。

4車站監控電源

為了保障車站機電設備監控系統運行，向其提供安全、穩定、可靠的電源是必不可少的，工程中主要采用以下幾種方案。

4．1集中供電方案

在控制室設自動切換裝置，由車站低壓供電系統接取2路380/220V電源，切換裝置后設在線式UPS，UPS分回路向車站級監控設備，現場監控模塊提供電源，監控模塊再向各種變送器提供電源。集中供電方案電源系統獨立，供電可靠，但由于現場監控設備分散，當供電半徑過長時，該供電方案就會受到局限。

4．2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控制設備電源就近接取電源，各模塊箱內設備用電池。這種方案簡單實用，供電線路段，但電源接取點分散，供電可靠性差。

4．3混合供電方案

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

5結束語

高速鐵路機電設備監控系統是改善交通環境、保障行車安全的重要技術手段，也是鐵路企業實現節能增效，提高運行管理水平，實現綜合維修管理的關鍵技術。與機電設備監控系統相關的系統有牽引供電、電力SCADA系統、旅客引導系統、行包管理系統、紅外探測傳輸系統等，這些系統的設置與鐵路行車組織方式及管理模式密切相關，隨著高速鐵路管理模式的探索，這些監控系統怎樣有效銜接甚至有機融合成綜合系統，還需要進一步研究和探討。

作者：徐新生單位：杭黃鐵路有限公司