石家庄供电段李治河谷明川
　　
　　摘要为提高铁路给水设备管理水平,解决目前铁路给水设备管理存在的问题,提出了分级控制给水集中监控系统的研究,并对系统进行了设计实施。实现了利用计算机、现代通信等技术手段,建立分级控制给水集中监控系统的目标。根据设备分布情况,研究了分级控制技术,分析了各种通信方式的一次性投资、可靠性及适用原则;设计了系统构成、功能及两级控制、三级控制水泵开停、设备保护等程序流程。介绍了系统组建及在石家庄地区铁路给水中的应用。
　　
　　目前常用的给水设备管理方式是在铁路沿线小型给水站设专人值班。在铁路大站内距离相对较近的深井之间,用有线方式集中控制,在集中控制点设专人值班。这种控制方式存在的主要问题是:劳动效率低;不能对设备进行实时监控;设备保护功能少;扬水止回阀不严、管路漏水时,不能及时发现等。尤其是对地处偏僻地带的泵房,存在着严重的给水设备及人身安全隐患。因此,铁路给水设备的集中监控是亟待解决的问题。
　　
　　目前国内正在逐步采用的给水集中监控系统,大部分是单站控制系统,即一站一个控制系统。即便是多站控制系统也是单级控制,扬配水设备之间数据,需经中央控制室交换比较,要求通讯可靠性高。经常因通讯距离远,信号干扰中断等原因,影响正常供水。
　　
　　石家庄供电段担负着京广、京九、石太、石德、邯长、津霸线及石太客专等2000多公里铁路沿线车站的供水任务,共有扬水设备186套。这些设备分布范围广泛,组织形式多变,按地理位置划分:有山区、平原、城市、农村;按设备管控模式分:有一站一台设备,一站多台设备。如何有效地实现给水设备自动化集中控制,解决沿线分散设备的远程控制问题是当前面临的首要问题。
　　
　　针对上述多变的设备组织形式和复杂的地理分布情况,本文提出了以现场供水系统自动控制为主的分级控制集中监控系统,既保证水泵控制和设备保护动作可靠,同时可节省多台设备均与中央控制室长期进行数据交换所发生的运行费用,提高中央控制室计算机运行速度。经过在石家庄铁路给水中应用,有效地解决了沿线各站给水集控问题,增强了设备保护功能,提高了给水设备自动化管理水平。
　　
　　1分级控制研究
　　
　　分级控制技术是在单级控制集中监控系统的基础上,使用了双通信口可编程控制器和有线连接、无线电台、GPRS、GSM短信等多种通信方式相结合，以现场供水系统自动控制为主的控制系统。
　　
　　水泵控制以水塔水位或扬水压力为依据:水位或压力达到上限值时停泵,低于下限值时开泵,故
　　
　　水泵可依供水系统为单元进行控制。
　　
　　按着是否适用有线通信200m以内为距离近,200m以外为距离远区分,段管内供水系统设备情况如表1所示。
　　

　　从表1可以看出,不论单台泵或多台泵,各供水系统扬水设备分布情况均可分为:水泵与水泵或水泵与水塔相互之间距离近和距离远两种情况。根据不同情况采用不同的控制方式,即:两级控制或三级控制。
　　
　　(1)两级控制
　　
　　对水泵与水泵或水泵与水塔相互之间距离较近,可用有线通道将其纳入一个现场测控端(RTU)控制的供水系统,实行两级控制。即:中央控制室计算机和现场测控端(RTU)两级控制。在两级控制体系中,现场测控端作为主控级负责自动控制水泵开停和设备保护两个主要任务,中央控制室计算机作为辅助级,负责数据管理、故障报警以及人工远程控制水泵开停。
　　
　　(2)三级控制
　　
　　对水泵与水泵或水泵与水塔相互之间距离较远,不能用有线方式将其全部纳入一个现场测控端(RTU)控制的供水系统,实行三级控制。即:中央控制室计算机、现场主测控端(主RTU)、现场分测控端(分RTU)三级控制。
　　
　　在三级控制体系中,现场主测控端可根据水塔水位、辖区内设备在线情况和设备运行时间三项指标自动控制水泵开停,并能对分RTU和中控主机分别发布命令和传送信息;现场分测控端负责设备保护,执行主RTU的水泵开停命令以及上传本地信息;中央控制室计算机负责数据管理,故障报警以及人工远程控制水泵开停。三者是决策、执行和辅助的关系。其三级控制如图1所示。
　　
　　综上所述,分级控制系统以现场自动控制为核心、兼具远程人工辅助控制。在保证远程监控体系完备的同时,通过使用现场自动控制技术,可以减少系统对远程通信质量的依赖,提高水泵控制和设备保护动作的实时性和可靠性,节省设备与中央控制室间频繁交换数据的运行费用,节约中央控制室计算机的计算和控制资源,有利于整个监控系统的大范围应用和功能的进一步提升。
　　
　　2通信方式选择
　　
　　段管内设备分布范围广,所处地理位置不同,要实现集中控制首先要研究解决中央控制室与现场测控端(RTU)之间以及各现场测控端(RTU)之间的通信问题。
　　
　　从满足技术先进、通信可靠、经济适用的角度考虑,针对不同的设备分布特点,利用现有成熟的通信手段,采用有线连接、无线电台、GSM网短信和GPRS等通信方式。
　　
　　(1)有线通信
　　
　　相距200m以内的设备采用有线连接,比使用无线电台及其它通信方式一次性投资小,可靠性高,无需办理相关手续、交纳长期通信费用,可随时交换数据,做到实时监控。
　　
　　(2)无线电台通信
　　
　　经过在石家庄到井陉(山区)间现场试验,25W数传电台在30km以内通话清晰,故此通信适合于200m到30km范围内的设备之间通信。但是其受外界影响较大,对于山区及高大建筑物较多的城市,随着建筑物及障碍物的增高、增多,通信距离在逐步减小,故应根据现场情况确定,尽量留有余地。无线电台通信的运行费用与通信次数无关,可随时交换数据,做到实时监控。
　　
　　(3)GSM网短信通信
　　
　　适合于无线电台通信距离范围以外,通信次数少的设备之间通信。此种通信方式与GPRS通信相比,要求的信号强度低,但每次发送信息都增加运行费用,不宜做实时数据交换。
　　
　　(4)GPRS通信
　　
　　GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式,目前(固定IP)按流量进行计费。适合于超出无线电台通信距离范围外,且通信次数多的设备之间通信,如多台泵、变频控制、压力罐供水等开停频繁的设备之间通信。它与GSM网短信通信比,要求的信号强度高,在信号强度低的基站之间或偏远地区不适用。
　　
　　通过分析比较,对相距200m以内的中控室与RTU,RTU与设备之间采用有线通信。对于相距200m以外30km以内外界影响小的中控室与RTU,主RTU与分RTU之间采用无线电台通信。对外界影响大或相距30km以外的中控室与RTU,主RTU与分RTU之间通信,在中国移动信号强的地区采用GPRS通信,信号弱的地区采用GSM网短信通信。
　　
　　3系统设计
　　
　　3.1系统构成
　　
　　根据石家庄供电段设备情况和分级控制原则,系统包括四部分:
　　
　　(1)中央数据处理系统,即中央控制子系统;
　　
　　(2)分布式的智能数据采集控制系统,即两级控制现场监控子系统(分RTU);
　　
　　(3)相对集中的数据采集处理控制系统,即三级控制现场监控子系统(主RTU);
　　
　　(4)向铁路局域网发布数据系统,即网络化管理子系统。其系统结构如图2所示。
　　

　　3.1.1中央控制子系统
　　
　　中央控制系统由无线电台通信基站、GSM网短信通信基站、GPRS通信基站、计算机等设备及系统软件组成。
　　
　　系统软件采用VB和力控软件编制,力控软件设256个编码地址,每个现场测控端(RTU)都有一个与中央控制系统相对应的编码地址,无论采用何种通信方式的主、分RTU传送来的数据,都能按照编码地址,与中央控制系统进行数据交换。
　　
　　中央控制室主机将工作现场的所有实时、定时资料汇集于此,通过计算机监控软件处理后,以报表或图形方式显示在计算机屏幕上。值班人员也可通过它对现场测控端(RTU)下达测控命令。当设备故障或工艺参数超限时发出自动报警。
　　
　　3.1.2两级控制现场监控子系统(分RTU)
　　
　　现场测控端(分RTU)由可编程控制器(PLC)、扩展模块、通信设备等组成。内置测控软件，随时采集各种数据，分析比较，达到开停水位值时自动开停水泵，达到保护值时自动保护设备。开停及故障、保护等信息随时上传中控室,其结构如图3所示。（未完待续）
　　

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