RemoDAQ-8000系列模塊在鐵路通信電源及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
一、概述：
環(huán)境與設備監(jiān)控項目主要被測量和監(jiān)視的信號包括交流或直流電的電流、電壓、電量；溫度；水浸；門禁；視頻信號以及各種室內(nèi)設備的工作情況，室內(nèi)設備包括：空調(diào)，發(fā)電機，UPS電源，蓄電池組等，這些信號在無人職守的狀況下受到監(jiān)視，一旦出現(xiàn)故障，將自動報警并進行相應處理。
二、鐵路通信電源的集中監(jiān)控系統(tǒng)：
通信電源是通信行業(yè)的動力和保證，對確保通信質(zhì)量具有重要的影響，在通信行業(yè)中發(fā)揮著作用。因為通信設備發(fā)生故障是局部的，而電源發(fā)生故障，將會造成通信全部停止，人們視通信電源為整個通信系統(tǒng)的心臟。
為了保證鐵路通信的順利發(fā)展及其通信的安全可靠，鐵路電務部門從97年開始對通信電源設備及其環(huán)境進行集中監(jiān)控。
通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)基本功能和性能如下：
>>監(jiān)控系統(tǒng)對分布的各個獨立的通信電源、空調(diào)系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的各個設備進行遙測、遙信、遙控，實時監(jiān)視系統(tǒng)和設備的運行狀態(tài)，記錄和處理相關數(shù)據(jù)，及時偵測故障，通知人員處理，從而實現(xiàn)通信局（站）的少人或無人值守，以及電源、空調(diào)的集中監(jiān)控維護管理，提高供電系統(tǒng)的可靠性和通信設備的安全性。
>>監(jiān)控系統(tǒng)響應時間從故障事件發(fā)生至反映到有人值守監(jiān)控的時間間隔小于10s，可以響應多事件多點同時告警。
>>系統(tǒng)的軟硬件應采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有的靈活性，可適應不同規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡和不同數(shù)量監(jiān)控對象（被監(jiān)控設備）的需要。
>>監(jiān)控系統(tǒng)不影響監(jiān)控對象的正常工作，不改變智能設備（具有內(nèi)部自動控制功能的設備）的原有功能。
>>監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性，監(jiān)控對象處于任何工作狀態(tài)下，系統(tǒng)均能正常工作；同時系統(tǒng)不產(chǎn)生影響監(jiān)控對象正常工作的電磁干擾。
>>監(jiān)控系統(tǒng)任何監(jiān)控點的接入均不破壞監(jiān)控對象的接地系統(tǒng)。
>>監(jiān)控系統(tǒng)具有自診斷功能，對數(shù)據(jù)紊亂、通信干擾等可自動恢復；對通信中斷、軟硬件故障等能診出故障并及時告警；本系統(tǒng)發(fā)生故障時不影響監(jiān)控對象的正常工作和控制功能。
>>監(jiān)控系統(tǒng)前端采集設備應能在-48V直流電源條件下不間斷工作。系統(tǒng)其他硬件能在局方給出的不間斷電源（220V+/-10%）或-48V直流電源條件下工作，或自帶UPS供電，以防止市電停電而終止工作。
>>系統(tǒng)具有良好的人機交互界面和漢字支持能力；故障告警具有明顯清晰的視聽信號。
>>監(jiān)控系統(tǒng)的測量精度應滿足：直流電壓優(yōu)于0.5%，蓄電池單體電壓測量誤差不大于+/-5Mv，其他電量優(yōu)于2%，非電量優(yōu)于5%。
三、通信電源及環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)：
集中監(jiān)控系統(tǒng)采用逐級匯接的結(jié)構(gòu)，自下而上包括：監(jiān)控模塊(SM：Supervision Module)、監(jiān)控單元(SU：Supervision Unit)、監(jiān)控站(SS：Supervision Station)、監(jiān)控中心(SC：Supervision Center)，可分別對應機房、站場、電務段、路局等各級維護管理部門。
SM配備在無人值守機房，負責信息的采集，傳送和管理中心的命令執(zhí)行。
SU為站場，維護人員在SS、SC等各級可對本場站內(nèi)的設備進行動態(tài)實時的集中監(jiān)控，可以隨時查看轄區(qū)內(nèi)被監(jiān)控設備的各種運行數(shù)據(jù)，被監(jiān)控設備的故障告警可以立即傳送到有人值守的地方，并以明顯的聲、光信號提示。
SS一般設在電務段，對應于維護管理中心(MMC)，是主要的維護實體，具備全部故障、性能、配置、安全管理功能，負責本地管轄范圍內(nèi)各機房的日常檢測管理和故障搶修。
SC為路局，作具備除控制以外的全部故障、性能、安全管理功能，側(cè)重于網(wǎng)絡級狀態(tài)管理和調(diào)度指揮。
根據(jù)實際情況，SM可以直接連到SU、SS或SC。
系統(tǒng)可以根據(jù)需求，分別配置成三級結(jié)構(gòu)(路局、電務段、站場)或兩級結(jié)構(gòu)(電務段、站場)。
鐵路通信電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
四、通信電源及環(huán)境監(jiān)控的傳輸方式：
a)星型拓撲的SU（SM）和上級局站之間
星型拓撲結(jié)構(gòu)中的所有SU（SM）可以直接連到上級局站(SS、SC等)，之間可以采用以下傳輸方式：
1)利用2M傳輸線路中的1個空閑時隙。
2)利用微波/光纖中繼站提供的透明數(shù)字公務信道(RS422、RS232接口)。
3)利用專線電話。
當采用2M空閑時隙時，系統(tǒng)在每個SM安裝一臺SM通信機，通過從2M傳輸線路中抽取1個空閑時隙，在SU（SM）和上級局站之間進行通信，其他時隙進行正常業(yè)務傳輸。
在上級局站，利用交換機的匯集功能把每30個時隙匯集到一個2M線路，送入SM集中通信機。每臺SU（SM）集中通信機可接入4個2M，同時監(jiān)控120個SU（SM）。當SU（SM）數(shù)目較多時，可設置多臺SU（SM）集中通信機。
星型拓撲2M時隙傳輸方式
b)星型總線拓撲的SM和上級局站之間
星型總線拓撲結(jié)構(gòu)中的所有SM不能直接連到上級局站(SU、SS、SC等)，必須通過級聯(lián)的方式進行傳輸?？梢圆捎靡韵聜鬏敺绞剑?/span>
1)利用2M傳輸線路中的1個空閑時隙。
2)利用專線電話。
當采用2M空閑時隙時，系統(tǒng)在每個SM安裝一臺SM通信機，通過從2M傳輸線路中抽取1個空閑時隙，在SM和上級局站之間進行通信，其他時隙進行正常業(yè)務傳輸。
與星型結(jié)構(gòu)不同的是，總線型的SM通信機有級聯(lián)功能，同一總線上的若干SM通信機可以共用同一時隙，上級局站通過地址碼，與同一時隙上的不同SM通信機進行通信。
在上級局站，利用交換機的匯集功能把每30個時隙匯集到一個2M線路，送入SM集中通信機。每臺SM集中通信機可接入4個2M，同時監(jiān)控120個SM。當SM數(shù)目較多時，可設置多臺SM集中通信機。
星型總線拓撲2M時隙傳輸方式
c)S和SC之間
SU、SS、SC之間利用TCP/IP協(xié)議，通過廣域網(wǎng)(WAN)進行傳輸通信。
廣域網(wǎng)可以利用各局站之間的2M線路，通過路由器建網(wǎng)。
五、SU監(jiān)控原理及其設備組成
在一些較大的局站本地可以根據(jù)管理的需要配置IPC-800（主板為PEAK-639V）工控機在現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和管理。其基本工作原理圖如下：
IPC-800工控機的主要作用是：
>>前端數(shù)據(jù)采集中心
>>實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)保存
>>與遠端中心局站進行通信、交換數(shù)據(jù)
>>在網(wǎng)絡中斷時保存數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡條件恢復時，將未能上報的數(shù)據(jù)及時上報。
>>通過R-8188END(串口服務器)實現(xiàn)多個串口設備上網(wǎng)。
>>通過RS485數(shù)據(jù)總線與RemoDAQ-8000系列模塊進行數(shù)據(jù)通信
>>通過R-8017模擬量輸入模塊對各種直流電壓、電流、溫濕度、電池單體電壓進行采集上報。
>>通過R-820X智能交流電量采集模塊對各種交流電壓、電流進行采集上報。
>>通過R-8060、R-8050可以實現(xiàn)各種數(shù)字輸入量的采集，如門禁、水浸等。
>>通過R-8060、R-8050可以實現(xiàn)對各種控制設備的信號的控制。如通過R-8060和R-8050對非智能空調(diào)進行遠程遙控，實現(xiàn)節(jié)能和保證設備運行安全。
>>通過網(wǎng)卡可以在本地組成局域網(wǎng)與其它計算機聯(lián)網(wǎng)，在現(xiàn)場進行維護
>>可以遠程更新監(jiān)控內(nèi)容、更新模塊的配置
>>適合于機箱內(nèi)部掛式安裝
其它主要模塊的功能如下圖所示。
路局、分局、電務段本地SU系統(tǒng)示意
如果局站的規(guī)模較小，可以用R-8188XD來代替工控機。
R-8188XD是專門為工業(yè)應用而設計的嵌入式模塊，可在惡劣的情況下代替PC和PLC。
嵌入式控制模塊R-8188XD的主要配置為：
>>采用AMD公司嵌入式80188CPU,主頻為40MHz
>>具有256K SRAM和256K FLASH ROM
>>內(nèi)置實時時鐘/NVSRAM和EEPROM
>>內(nèi)含4個COM口,其中COM1為232/485可選擇方式、COM2為RS485模式、COM3為RS232方式；COM4為RS232程序下載和用戶使用的公用口。
>>COM驅(qū)動支持中斷并帶有1K隊列緩沖
>>內(nèi)置看門狗
>>內(nèi)置電源保護電路
>>內(nèi)置RS485網(wǎng)絡保護電路
>>可從PC把程序?qū)?/span>R-8188XD
>>內(nèi)置DATALIGHT的RAM-DISK和ROM-DISK
>>內(nèi)置QBASIC編譯器
R-8188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖：
R-8188XD在集中監(jiān)控系統(tǒng)中的主要作用是：
>>前端數(shù)據(jù)采集中心
>>實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)保存
>>通過MODEM或時隙復用器與監(jiān)控中心進行通信、交換數(shù)據(jù)
>>通過R-8188END(串口服務器)實現(xiàn)多個串口設備上網(wǎng)。
>>通過RS485數(shù)據(jù)總線與R-8000系列模塊進行數(shù)據(jù)通信
>>通過R-8017模擬量輸入模塊對各種直流電壓、電流、溫濕度、電池單體電壓進行采集上報。
>>通過R-820X智能交流電量采集模塊對各種交流電壓、電流進行采集上報。
>>通過R-8060、R-8050可以實現(xiàn)各種數(shù)字輸入量的采集，如門禁、水浸等。
>>通過R-8060、R-8050可以實現(xiàn)對各種控制設備的信號的控制。如通過R-8060和R-8050對非智能空調(diào)進行遠程遙控，實現(xiàn)節(jié)能和保證設備運行安全。
>>實現(xiàn)智能設備的協(xié)議轉(zhuǎn)換，對非標準通信協(xié)議設備可以根據(jù)標準通信協(xié)議的要求進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換成標準通信協(xié)議，便于管理和維護
>>對各類設備進行編址，地址可以使用軟件設置，實現(xiàn)共線方式數(shù)據(jù)訪問
>>可以使用用戶配置文件來設置每一個串口的特征值，設置每一個串口的參數(shù)，實現(xiàn)485總線不同數(shù)率和數(shù)據(jù)格式的設備通信。
其本地組網(wǎng)功能如下圖所示。
通信站場SU系統(tǒng)示意
如圖所示，在通信電源的集中監(jiān)控中，對于路局、分局、電務段本地SU系統(tǒng)，對智能設備利用多串口卡從設備其本身的RS232直接接入。對于通信站場的SU系統(tǒng)，智能設備經(jīng)嵌入式轉(zhuǎn)換模塊R-8188XD轉(zhuǎn)發(fā)到Modem等通信設備。一般情況下低壓配電設備（主控柜、副控柜、交流盤、穩(wěn)壓器、進線柜、電容柜）、柴油發(fā)電機、整流配電設備（交流盤、整流器、直流盤）、逆變器、DC—DC變換器、UPS、太陽能供電系統(tǒng)都需要進行設備改造，使其各種電量和狀態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，接入R-8188XD或工控機。
六、SS系統(tǒng)組成：
系統(tǒng)在SS建立Ethernet局域網(wǎng)，設置SU集中通信機、監(jiān)控主機、監(jiān)控工作站、打印機、Modem等，直接監(jiān)控本SS范圍內(nèi)的基站數(shù)據(jù)。
七、SC系統(tǒng)組成
系統(tǒng)在SC建立Ethernet局域網(wǎng)，設置監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務器、RAID 5磁盤陣列、打印機等。根據(jù)需要，系統(tǒng)可以采用大容量磁帶機或MO作為數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)服務器采用雙機熱備份，其中一臺出現(xiàn)故障時，另一臺將接管它的工作。同時采用RAID 5磁盤陣列系統(tǒng)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)不因存儲介質(zhì)的故障丟失。
八、通信電源監(jiān)控維護與管理的發(fā)展趨勢
由于RemoDAQ-8000系列采集模塊的精度高，采樣速度較快，為通信電源的智能監(jiān)控提供了很好的前提。
智能監(jiān)控是基于傳統(tǒng)控制理論的監(jiān)控方法模擬、代替的是人的感覺器官和勞動器官的功能，而智能監(jiān)控的目標則是模擬、代替人的思維器官的某些分析和控制功能。本系統(tǒng)采用了專家系統(tǒng)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡等智能分析和控制方法，進行以下智能控制：
>>告警處理：分析告警原因，提出解決方案建議。
>>故障預測：根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，提前預測可能發(fā)生的故障。
>>系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動進行設備性能分析、節(jié)能效果分析等工作。
通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行過程中，在不同地區(qū)為鐵路通信電源監(jiān)控起到了很好的作用，對安全隱患的發(fā)現(xiàn)，及時發(fā)現(xiàn)了需要更換設備。為鐵路運維護提供了保障，為鐵路系統(tǒng)實現(xiàn)綜合管理、無人值守，減員增效提供保證，具有顯著的實用價值。
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