基于GPRS的鐵路信號雙電源遠程監控改進系統設計

李 建 兵

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030013)

基于GPRS的鐵路信號雙電源遠程監控改進系統設計

李 建 兵

(大秦鐵路股份有限公司太原供電段，山西 太原 030013)

針對目前鐵路信號雙電源遠程監控系統的缺陷，改進設計了一套具有缺相反相分斷及遠程操作的GPRS雙電源遠程監控系統，給出了詳細的硬件原理組成和軟件設計平臺，并經過安裝實測分析指出，系統具有遠程實時監測、數據信息記錄、缺相反相自動分斷、故障報警和遠程操作控制等功能。

雙電源，GPRS無線通信，遠程監控，缺相反相分斷

信號電源是鐵路的一級負荷，供電可靠性與鐵路交通秩序和安全有直接關系。現運行的大部分鐵路信號電源無可靠的遠程監控設備，一旦出現瞬間異常，維護和搶修存在以下困難[1]：1)不能實時監測，設備故障或負荷引起的空開分斷(熔絲熔斷)[2]時，無有效技術手段采集故障瞬時電流電壓變化狀況作為故障分析的可靠依據。2)由于下級用電設備電源屏的型號、廠家、運行方式不同，10 kV側高壓缺相或低壓側斷相故障時，部分電源屏無法及時切換到二路電源，由于無遠程操作或自動分斷設備，短時間內搶修人員赴現場及時處理很困難[3]。3)對電源運行狀況無遠程集中監測，備用電源有異常時無法預警，不能及時發現，主供電源一旦發生異常情況，往往造成兩路電源同時失電[4]。因此，為了實時監測信號雙電源運行狀況，缺相反相時自動分斷本路電源而保證另一路電源及時投入，快速故障診斷、及時故障隔離，擬設計一套含斷相反相自動分斷電源、可遠程操作380 V三相電動開關、可遠程實時監測雙電源運行參數的GPRS無線雙電源遠程監控系統。

1 系統硬件組成原理

1.1 系統總體組成

雙電源遠程監控系統主要由安裝在信號機械室內自動監控終端和雙路電動操作設備、缺相反相自動分斷模塊、GPRS通訊模塊、安裝在調度端的雙電源遠程監控系統后臺組成。自動監控終端，可及時采集雙電源設備的相關信息量(如電流電壓越限報警、開關分合位、三相電壓(電流)、后備電源管理、缺相反相分斷信號、監控設備門禁等)，通過GPRS無線模塊向監控系統后臺發送信號，由后臺發布數據，然后通過后臺服務器上軟件平臺，可以監控各雙電源設備正在運行狀態和報警信息，并可執行遠程操作控制。系統組成框圖如圖1所示。

1.2 雙路電動操作箱

此電動操作箱內安裝兩個380 V三相電動操作開關，開關為100 A，操作電源為直流24 V。每一回路安裝三個電流互感器，以采集三相電源負荷情況。操作開關的控制由監測控制終端柜輸出的電動控制命令(可遠程操作，也可就地操作)來操作，遇特殊情況或電動操作失效時，可手動操作開關的分合。電動操作箱采用掛箱式結構，箱體尺寸500×300×600，利于在信號機械室安裝。

為提高缺相反相分斷的速度及可靠性，使缺相電源迅速退出運行，在0.15 s內(信號設備電源最長切換時間)投入正常電源，本電動操作箱內單獨設計安裝缺相保護和斷相自動分斷模塊及電路。缺相保護模塊輸入為三相380 V電，輸出兩個節點：一個常閉，一個常開，兩節點獨立，常開接入開關脫扣回路，常閉接入測控裝置遙信回路。當在用電源缺相后，缺相反相自動分斷模塊監測到三相電源某相小于50 V(可調)、兩相大于170 V(可調)判斷為缺相故障，輸出分勵脫扣命令，操作電動箱內的電動操作開關快速分閘，并及時將參數及分閘動作情況送到監控中心。三相同時低于170 V(可調)，判斷為失電，不分斷開關。其他越限均不做開關自動分斷功能，其邏輯判斷及報警功能由監測控制終端機箱擔任。

1.3 自動監測控制終端

自動監測控制終端放在機械室，采集電操箱內的電流、電壓、開關狀態、分斷信號，進行其他邏輯運算及輸入輸出各種控制命令，采用自主開發整體模塊化設備方案。主要由監測控制機箱(CPU板、模擬量采集板、數字量采集板、控制輸出板、人機界面、通信接口)、GPRS數據通信模塊、直流24 V后備電源等組成。組成結構示意圖如圖2所示。內置32位的高性能CPU作為控制終端硬件平臺，開關設備的開關量和采集，處理裝置，根據通信協議向監控中心報告，并接受上級的命令。控制終端采用32位高性能微處理器作為內置CPU，嵌入式軟件平臺。該終端采集電壓電流量和開關量，加工處理后，根據通信協議向監控中心報告，并接受上級的命令[5]。實現：1)雙電源運行參數測量、記錄、上送；2)電源缺相時自動分斷信號的上送；3)電流電壓越限判斷，越限數據上送監控中心；4)實現開關量的變位測量與上送；5)接收監控中心的招測、數據調閱；6)接收監控中心分合控制指令。控制裝置采用掛箱式結構，箱體尺寸不大于500×300×600，利于在機械室安裝。

1.4 監控中心

監控中心為站控層設備，由軟硬件平臺組成，負責接收各終端設備采集的所有數據信息，并進行存儲、運算、分析判斷后，根據需要對各分設備下達各種指令，如招測數據、操作預置、遠程分合等。監控中心采用自主開發軟件：由數據采集程序、處理和存儲程序、監控程序、遠程數據通信和系統管理程序等組成，能實現現場電源設備運行狀況電壓電流數據的實時采集、監控、處理與存儲，數據通信采集不同設備的數據，并轉換成統一數據幀格式，以串口通信方式寫入GPRS Modem數據傳輸單元，實現遠程傳輸應用。具體實現的主要功能有：1)雙電源運行模擬量參數監測記錄；2)雙電源運行開關狀態、變位信息監視記錄；3)雙電源電操開關遠程控制；4)用戶分層管理；5)操作安全管理；6)通訊狀態管理；7)歷史數據查詢；8)歷史事件記錄查詢；9)報警事件記錄查詢；10)報表自動生成。

1.5 通信通道與GPRS通信電路

通信通道采用中國移動專用數據通道，每個監控點有固定的移動IP地址，組網為1+N方式。并預留光纖通道接口，以方便接入光纖。GPRS通信電路主要由電源電路、GPRS模塊、SIM接口電路和串行接口電路四部分構成。其核心部分是GPRS模塊，采用MC35模塊，支持GSM和GPRS兩種模式，兼容AT指令集，具有斷線重撥和自動連接功能[6]。

2 遠程監控系統軟件

監控中心軟件由機械室監測控制端軟件和后臺服務器軟件組成。自主開發，操作界面簡單明了，模塊化菜單，全中文輸入輸出。

2.1 監測控制端軟件

監控端采用串口通信方式實現無線通信，達到GPRS模塊控制與終端設備運行狀況實時監控效果[7]。監控端首先建立一個Socket包，再發送連接請求給服務器：AT+iSTCP：，。是端口號，范圍0～65 535，是服務器的IP地址或主機名，連接成功后，將設備運行狀態數據或故障信息，打包后以固定數據幀格式，通過GPRS發送到遠程服務器，發送完成后，結束連接[8]。

2.2 后臺服務器軟件

服務器軟件處于24 h監測狀態，當設備端有連接請求時，進行身份驗證、應答，并以單線程方式接收數據，然后將接收到數據進行處理、分類，最后存儲到數據庫中。當設備故障或技術需要時，可以方便的從數據庫服務器讀取或查詢相關數據，再現設備現場運行狀態。

3 測試及結果分析

我們組織人員在大秦鐵路股份有限公司侯馬北供電段試驗安裝雙電源遠程監控系統終端，進行調試，實現遠程監控。通過已安裝的雙電源遠程監控系統監控后臺，在現場模擬電源遠程監控及高低壓缺相故障，模擬結果顯示：該系統能實現信號雙電源的遠程集中監測，實現信號雙電源的就地及遠程操作控制，實現高壓及低壓缺相的自動分斷電源退出功能。后來我們又做了大量測試實驗應用，系統取得了以下效果：1)能對雙電源設備運行狀態進行實時監控，并及時告警；2)設備異常和運行方式異常時能提前發現，特別是彌補電源缺相無法及時退出運行的缺陷，及時告警并自動處理，避免因異常造成設備受損，影響信號電源平穩運行；3)能夠節約人力成本和提高應急速度，減少人員巡視工作量；4)系統準確性、實時性、可靠性較高，有效彌補了鐵路信號電源監控空白，可在鐵路系統進行推廣應用。

4 結語

本系統針對目前鐵路電源遠程監控系統的缺陷，結合GPRS無線通信技術，改進設計了一套具有缺相分斷及遠程操作的GPRS雙電源遠程監控系統，可隨時對鐵路雙電源設備運行狀況進行遠程實時監測、數據信息記錄、及時故障報警和遠程操控等功能。經過安裝實測驗證，系統測試準確性、實時性、可靠性較高，且結構簡單，成本低廉、安裝方便、網絡覆蓋廣、通信費用低，可在鐵路系統進行推廣應用。

[1] 高 超.基于GPRS無線遠程監控系統的關鍵技術研究[D].南京：南京郵電大學,2012.

[2] 張國忠.基于GSM/GPRS的配電變壓器實時監測系統[J].自動化儀表，2009,30(1):42-44.

[3] 吳美玲.基于GPRS的污水處理遠程監控系統的設計與研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[4] 劉沛騫，陳俊杰，王成文，等.基于GPRS的配電變壓器實時監控一體化系統[J].電網技術，2005,10(6):43-47.

[5] 李繼豪，趙瑞峰，李愛莉.基于GSM/GPRS網絡的路燈監控系統[J].計算機工程與設計，2005,26(7):2561-2563.

[6] 龐年華.基于GPRS的電源監控系統的研究與實現[D].北京：北京郵電大學,2009.

[7] 韓亞東.基于GPRS技術的無線遠程監測系統的研究與設計[D].武漢：武漢理工大學,2009.

[8] 胡 鋼，吳正陽，任 平，等.基于GPRS網的節水灌溉遠程控制系統研究[J].計算機工程與設計，2006,26(8):25-29.

Double power RMON improving system design of railway signal on the basis of GPRS

LI Jian-bing

(TaiyuanPowerSupplySection,Da-QinRailwayCo.,Ltd,Taiyuan030013,China)

In light of defects of current double power RMON system of railway signal, the paper designs GRPS double power RMON system with default-opposition breaking and remote operation, and shows specific hardware principle organization and software design platform. Through installation testing analysis, it points out that: the system has various functions, such as timely remote monitoring, data recording, automatic default-opposition analysis, defaults alarming and remote operation control and so on.

double power, GPRS wireless communication, RMON, default-opposition breaking

1009-6825(2014)28-0133-02

2014-07-30

李建兵(1973- )，男，助理工程師

U284

A