牽引供電監(jiān)控系統(tǒng)

1、牽引供電監(jiān)控系統(tǒng)綜述1牽引供電SCADA系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)概述SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系 統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。SCADA系統(tǒng)是以計 算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采 集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。由于各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不 同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在鐵路牽引供電系統(tǒng)中使用的SCADA系統(tǒng) 常稱為遠動系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)中使用的SCADA系統(tǒng)主要監(jiān)控牽引供電

2、系統(tǒng)沿線各變電所、分區(qū)所、開閉所的設(shè)備運 行狀態(tài)，完成遙控、遙測、遙信、遙調(diào)、遙視、保護及調(diào)度管理，輔助完成事故分析及處理等功能。牽引 供電系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診 斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為牽引電力調(diào)度不可缺少的工具。它在保證牽引供電設(shè)備安全穩(wěn)定運 行，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平等方面起著重要的作 用。SCADA系統(tǒng)的基本組成SCADA系統(tǒng)由監(jiān)控站，被控站及信道三大部分組成，一個典型的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。（1）調(diào)度端：設(shè)在電力調(diào)度所內(nèi)完成遠動對象的監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及管理

3、功能等；（2）被控站：受調(diào)度端監(jiān)視的站場稱為被控站，被控站完成遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、發(fā)送、接收 及輸出執(zhí)行等功能；（3）信道：遠動信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)（通路）稱為信道，可分為有線信道及無線信道。牽引供電SCADA系統(tǒng)調(diào)度控制中心與牽引供電系統(tǒng)的變電所、開閉所，分區(qū)所中的被控站聯(lián)系了起 來。按我國的習(xí)慣，一側(cè)稱為調(diào)度端，另一側(cè)稱為執(zhí)行端。從監(jiān)控的角度看，一側(cè)是監(jiān)控端，而另一側(cè)是 被監(jiān)控端。廣義而言，對其他站實現(xiàn)遠程監(jiān)控的站稱為監(jiān)控站或主站，而受主站監(jiān)控的站稱為被控站或分 站、子站。在被控站內(nèi)完成遠動數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能的設(shè)備稱為遠動終端（Remote Terminal U

4、nit，即RTU）。習(xí)慣上還把由被控站發(fā)送監(jiān)控站的信息，如遙測信息、遙信信息 等稱為上行信息，所用的信道為上行信道。把監(jiān)控站發(fā)往被控站的信息，如遙控信息、遙調(diào)信息等稱為 下行信息，所用的信道稱為下行信道。SCADA系統(tǒng)的發(fā)展SCADA系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)上的應(yīng)用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸?shù)恼{(diào)度管理水平起到了很大的作用。在牽引供電SCADA調(diào)度管理水平起到了很大的作用。在牽引供電SCADA系統(tǒng)的發(fā)展過程中，隨著計算機的發(fā)展，不同時期有不同的產(chǎn)品，同時我國也從國外引進了大量的SCADA產(chǎn)品與設(shè)備，這些都帶動了牽引供電SCADA系統(tǒng)向更高的目標(biāo)發(fā)展。SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就

5、與計算機技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了四代。第一代是基于專用計算機和專用操作系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)。這一階段是從計算機運用到SCADA系統(tǒng)開始到70年代末。第二代是80年代基于通用計算機的SCADA系統(tǒng)。在第二代中，廣泛采用小型計算機以及其它通用 工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的UNIX操作系統(tǒng)。第一代與第二代SCADA系統(tǒng)的共同特點是基于集中式 計算機系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性，因而系統(tǒng)維護、升級以及與其它聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成很大困難。第三代是90年代按照開放的原則，基于分布式計算機網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián) 網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國SCADA系統(tǒng)發(fā)展

6、最快的階段，各種最新的計算機技 術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)都匯集進SCADA系統(tǒng)中。第四代是綜合SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)具備，并在21世紀(jì)初誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用 In ternet技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴大SCADA系統(tǒng)與其它系統(tǒng) 的集成，綜合安全經(jīng)濟運行以及商業(yè)化運營的需要。SCADA系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)取得突破性進展，應(yīng)用上也有迅猛的發(fā)展。 其技術(shù)在不斷完善，不斷發(fā)展。當(dāng)今，隨著電力系統(tǒng)以及牽引供電系統(tǒng)對SCADA系統(tǒng)需求的提高以及計算機技術(shù)的發(fā)展，為SCADA系統(tǒng)提出新的要求。概括地說，有以下幾點：SCADA系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的廣泛

7、集成SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化的實時數(shù)據(jù)源，為系統(tǒng)分析提供大量的實時數(shù)據(jù)；同時在模擬培訓(xùn)系 統(tǒng)、EMIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，而沒有牽引供電的實時數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)就不 能得到牽引供電系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)，無法真實的進行培訓(xùn)；EMIS的調(diào)度指揮搶修功能也不能很好的實現(xiàn)。所以SCADA系統(tǒng)如何與其它非實時系統(tǒng)的連接成為SCADA研究的重 要課題?，F(xiàn)在SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功實現(xiàn)與行車調(diào)度系統(tǒng)、EMIS系統(tǒng)等的互聯(lián)。牽引供電SCADA系統(tǒng)與EMIS系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、電力、水調(diào)度自動化系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)自動化系統(tǒng)以及辦公 自動化系統(tǒng)的集成成為綜合調(diào)度管理系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。變電所綜合自

8、動化SCADA系統(tǒng)被控站以RTU微機保護裝置為核心將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入 計算機系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠 性。變電所的綜合自動化系統(tǒng)目前已取代常規(guī)被控站測控RTU而成為電氣化鐵道牽引變電所自動化的主導(dǎo)產(chǎn)品。專家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)研究與應(yīng)用利用這些新技術(shù)模擬牽引供電系統(tǒng)的各種運 行狀態(tài)，并開發(fā)出調(diào)度輔助軟件和管理決策軟件，由專家系統(tǒng)根據(jù)不同的實際情況推理出最優(yōu)化的運行方式或處理故障的方法，以達到快速判定及分析 處理故障的目的。面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Internet技術(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)（00T是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫設(shè)計，將面向?qū)?/p>

9、象技術(shù)（00T運用于開放式SCADA 系統(tǒng)是今后發(fā)展趨勢。2變（配）電所遠程視頻（安全）監(jiān)控系統(tǒng)2.1概述隨著鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展以及鐵路自動化應(yīng)用的需要，鐵路電力配電所以及牽引供電系統(tǒng)變電 所、分區(qū)所、開閉所（以下簡稱變（配）電所）已逐步實現(xiàn)綜合自動化和無人值班（或無人值班、有人值 守），全所綜合自動化和無人值守已成為發(fā)展趨勢。然而，即使采用了遠動系統(tǒng)或綜合自動化系統(tǒng)，變電 所要真正做到“無人值班”或少人值守，人們還是心有疑慮。這是因為：第一、雖然一般的遠動系統(tǒng)或 綜合自動化系統(tǒng)具有常規(guī)的“四遙”功能，即遙信、遙控、遙測和遙調(diào)功能，但人們早已習(xí)慣于“艮見 為實”，而且“四遙”的開關(guān)對象是否動

10、作到位、變電所狀態(tài)報警是“虛”報警還是“真”報警等，常 規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)都難以確認(rèn)，這無疑給系統(tǒng)的安全運行留下了隱患；第二、雖然一般的遠動系統(tǒng)或綜合自動 化可以通過“四遙”或“三遙”來獲取變電所的各種電氣參數(shù)，遙控各個電動開關(guān)，但不能監(jiān)控變電所 其它方面的情況，如火警、盜警的發(fā)生，變壓器、開關(guān)、刀閘等重要設(shè)備的表面檢查及表計監(jiān)視，甚至檢 修人員是否走錯間隔等。因此有必要在常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為牽引變電所配置一套完整的安全監(jiān)控系 統(tǒng)，實現(xiàn)“第 五遙”功能一一“遙視”。在變電所安裝了遠動或綜合自動化系統(tǒng)后，再增加遠程視頻安 全監(jiān)控系統(tǒng)就可以滿足牽引變電所無人值班的技術(shù)和裝備要求。目前，視頻安全監(jiān)控系

11、統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，如電信部門的無人值守通信機房的環(huán)境監(jiān)測和 遠程操作；電力部門的變電所、機房、電廠設(shè)備管理及防入侵監(jiān)控；銀行系統(tǒng)的營業(yè)網(wǎng)點安保設(shè)備的管理 與監(jiān)控；博物館展覽館重要地點及要害部門的安保系統(tǒng)等等，因此，其作用日益重要，技術(shù)也日益成 熟。遠程視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)由一個監(jiān)控中心、所轄的多個被控站（前端設(shè)備）以及通信信道組成，各 被控站將采集的信號通過鐵路信道發(fā)送到監(jiān)控中心。為了實現(xiàn)全程視頻監(jiān)控，監(jiān)控中心 可選配硬盤錄象 機，對上傳的視頻進行實時錄像。系統(tǒng)監(jiān)測信號主要包括攝像機輸出的視頻信號、各種煙感、溫感、門 禁、光電傳感器的報警信號，控制信號包括對攝像機的控制以及對自動消防系統(tǒng)的

12、控制等。通信信道是本 系統(tǒng)的關(guān)鍵。與其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)不一樣，為節(jié)約通道，鐵路的通信信道多為總線型及環(huán)狀引入，因此， 系統(tǒng)必須能滿足各種不同的通信信道。隨著通訊技術(shù)的發(fā)展以及通信資費的降低，點對點的星形通道結(jié) 構(gòu)將越來越多的被采用。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能滿足星型、總線型及環(huán)狀引入等多種通道形式的要 求。傳輸介質(zhì)可為光纖或電纜，推薦采用光纖。變（配）電所遠程視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)，由視頻（圖像）監(jiān) 控和防災(zāi)報警系統(tǒng)構(gòu)成，是變（配）電所安全運營的重要設(shè)備之一，它既可作為變（配）電所綜合自動化 系統(tǒng)的一個組成單元，也可作為一套完整的獨立安全監(jiān)控系統(tǒng)。2.2變（配）電所遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)分為

13、監(jiān)控中心、通道和前端三大部分。前端設(shè)備放在各需要監(jiān)控的變電所（開閉 所、分區(qū)亭或配電所）。前端設(shè)備主要由攝像機、智能解碼器、智能控制矩陣（帶報警輸入）、多媒體前 端監(jiān)控主機、可控鏡頭、可控云臺、各種報警探頭、多畫面分割器、報警音響、攝像機、防護罩等組成。 根據(jù)用戶要求，前端設(shè)備也可不配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)視和錄像設(shè)備。通道主要由通信接口設(shè)備、通訊設(shè)備（如路由 器、網(wǎng)橋、Modem、ISDN、DDN適配器等），以及通信信道組成?？刂浦行闹饕啥嗝襟w中心監(jiān)控主機、視頻服務(wù)器、通訊單元以及領(lǐng)導(dǎo)分控等組成。2.3系統(tǒng)各部分主要設(shè)備功能（1）監(jiān)控中心（電調(diào)中心）設(shè)備多媒體中心監(jiān)控主機：在監(jiān)控中心設(shè)有一臺多媒體工業(yè)控

14、制機，用于監(jiān)控人員對系統(tǒng)進行人機交 互、控制和圖像監(jiān)視，并處理視頻信號、圖像報警、圖像存儲、圖像檢索與回放、網(wǎng)絡(luò)管理、前端設(shè)備控 制等；彩色監(jiān)視器：用于視頻圖像的監(jiān)視；領(lǐng)導(dǎo)分控與復(fù)示終端，除網(wǎng)絡(luò)管理外，領(lǐng)導(dǎo)分控與復(fù)示終端具有與中心監(jiān)控主機一樣的功能， 但其權(quán)限由中心監(jiān)控主機決定.領(lǐng)導(dǎo)分控與中心監(jiān)控主機之間通過局域網(wǎng)互傳信息，復(fù)示終端與中心監(jiān) 控主機之間可通過局域網(wǎng)或電話線互傳信息；視頻服務(wù)器：用于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理、視頻圖像及各種操作記錄、報警記錄的管理等，便于圖像信 息的網(wǎng)上共享。在簡單系統(tǒng)中，往往將多媒體中心監(jiān)控主機與視頻服務(wù)器配置為一臺計算機；撥號服務(wù)器：用于遠程撥號服務(wù)，以便通過電話線，在

15、任何地方對調(diào)看現(xiàn)場圖像；通信設(shè)備（含通道接口設(shè)備）：用于中心監(jiān)控主機與通信信道的接口，接收前端送來的圖像等信息，下傳控制命令等，并起到網(wǎng)絡(luò)適配的功能。通信設(shè)備主要有光端機、路由器、網(wǎng)橋、 Modem、ISDN DDN適配器等。如視頻傳輸采用IP網(wǎng)絡(luò)方式：當(dāng)通道媒介為光纖時，通信接口設(shè)備采用 光端機，而通訊設(shè)備常采用路由器、網(wǎng)橋、網(wǎng)絡(luò)交換機以及DDN適配器等，以便于與主機接口；對于雙絞線或?qū)嵒鼐€，則采用Modem、ISDN適配器等低速通信接口設(shè)備。如視頻傳輸 采用硬件編解碼方式：通信接口設(shè)備常采用視頻解碼器。視頻解碼器：用于中心監(jiān)控主機與通信信道的接口，接收前端送來的圖像等信息，下傳控制命令 等

16、，并起到網(wǎng)絡(luò)適配的功能。（2）前端（變電所）設(shè)備智能解碼器：其主要功能是控制云臺的上、下、左、右運動，鏡頭的變焦、變倍、變光圈，以及戶 外防護罩的雨刷、加熱及風(fēng)扇的控制等；寥媒體前端監(jiān)控主機：多媒體前端監(jiān)控主機是一臺具有圖像采集功能的多媒體計算機，并配置有聲卡 和喇叭，以提供語音報警。多媒體前端監(jiān)控主機負(fù)責(zé)圖像信號的數(shù)字化、圖像數(shù)據(jù)的壓縮、存儲及傳 輸、報警信號的處理等。根據(jù)用戶需求，多媒體前端監(jiān)控主機也可用數(shù)字硬盤錄像機DVR來替代，其功 能基本一樣，只不過DVR可同時對多路圖像進行錄像、存儲，而多媒體前端監(jiān)控主機一般只對一路圖像 進行錄像、存儲，但其它輔助功能更靈活。對于不需要在變（配）電

17、所當(dāng)?shù)剡M行監(jiān)視、錄像的系統(tǒng)，可 不配置多媒體前端監(jiān)控主機，也不配置數(shù)字硬盤錄像機dvr而直接配置一臺帶網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)字視頻編碼 器；視頻編碼器：用于前端監(jiān)控主機與通信信道的接口，接收中心下傳的控制命令，上送圖像等信 息，并起到網(wǎng)絡(luò)適配的功能；當(dāng)視頻傳輸采用硬件編解碼方式時采用；智能控制矩陣：智能控制矩陣是本系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要作用是對各攝像機的圖像信號進行切 換，是信號采集設(shè)備（如攝像機、報警探頭等）和前端監(jiān)控主機的連接樞紐，所有攝像機的圖像信號、解 碼器的控制信號、報警探頭的報警信號以及設(shè)備聯(lián)動開關(guān)的控制信號均通過智能控制矩陣連接；報警探頭：1）各種攝像機：用于視頻圖像的采集。有各種類型的攝像機，如黑白/彩色、帶云臺/不帶云 臺、戶內(nèi)/戶外、鏡頭固定/可控等；2）雙鑒探測器：采用微波、紅外兩種檢測方法，有效檢測人員的入侵。一般裝于大門、窗戶和其 他重要位置處：3）激光/紅外對射探頭：利用物體對紅外光束的遮擋來檢測人員的入侵，一般安裝于圍墻上用于 檢測翻越戶外圍墻及闖線者；4）玻璃破碎報警探頭：安裝