远动监控技术

1. 远动监控技术 西南交通大学电气工程学院

2. 第八章 远动监控技术的发展 第一节 远动监控技术发展概述 第二节 综合调度自动化 第三节 变电站综合自动化 第四节 其它

3. 第一节 远动监控技术发展概述

5. 远动监控系统的发展 监控中心 通 道 被 控 端 宏观上 综合调度 光纤、无线 四电合一 微观上 OOP、COM、OPC、TCP/IP、ADS、 .net、 Agent、web、组态、JAVA、专家系统等 光纤进所、无线公用网络、点对点结构等 综合自动化、视频监控、现场总线、工业以太网技术等

6. 第二节 综合调度自动化

8. 一、综合调度自动化系统 铁路运行管理，使铁路运输相关业务实现自动化。保证列车运行安全，充分利用列车的通过能力。减少定员和改善劳动条件等。 • 日本，以列车运行管理为核心的铁路综合自动化系统投入运行，列车控制系统。向高速和无人驾驶发展。 • 北美，铁路行车自动化系统ATCS( Advanced Train Control System)。特点：模块化、灵活化和分布化。

9. 管理机关 既有调度系统 其它调度系统 综合调度中心 基层站段 （车站、动车段、综合维修段、综合检测中心） 现 场 (故障监测、灾害监测、列车群、变电所、人工监测、综合检测车) 综合调度系统结构图

10. 综 基 动 计 行 合 客 安 综 培 值 动 础 调 车 划 车 电 运 全 合 训 班 车 设 组 度 调 调 力 服 监 维 开 主 维 备 调 长 调 维 度 度 务 控 修 发 任 护 度 度 护 维护中心局域网 综合调度中心局域网 相邻调度区段 数据传输广域网 基础设备维修基地 动车维修基地 相邻车站局域网 列控与连锁 基础设备监测 车站局域网 CTC 分机 安全信息监测 仿真系统 列车车次 旅客服务 变电站 列车 综合调度系统网络结构图

11. 车号识别记录 轴温监测跟踪 调度控制 定位列车控制 速度控制 列车检查 开“天窗”作业 列车跟踪运行显示 进线控制 运行调整 调度控制 电量管理 1. 铁路综合调度自动化系统的结构设计 （1） 系统的总体结构 铁路局运输调度系统 列车控制系统 电力监控系统 列车自动运行系统 列车检测维修系统

12. 分布式调度综合自动化系统结构 后台数据分析系统 服务器 FDDI(光纤分布数据接口)100Mb/s 网桥或网关 电力调度系统 行车调度系统 车辆调度系统

13. （2）系统的设计原则 铁路运行管理，使铁路运输相关业务实现自动化。保证列车运行安全，充分利用列车的通过能力。减少定员和改善劳动条件等。 • 形成与系统总体结构相适应的分层计算机网络，建立高速网络与总线、中速远传、低速驱动的三级速度配合。 • 结构功能上完全分布化，形成自律分散控制系统。 • 开放式的系统结构、扩展灵活、接口标准统一。 • 良好的系统可靠性。 • 软件的结构化、模块化和组态化。

14. （3） 关键技术考虑 （a） 网络选型 • 良好的实时性 • 极高的可靠性 • 很强的抗干扰能力 • 分层结构和良好的开放性 令牌传送和CSMA/CD带冲突检测的载波帧听多路存取。

15. 现场控制级：完成数据的采集和控制，可靠性、实时性要求高。设备之间联系较小，数据量不大，每个单元地域分布较小，采用令牌总线，主从总线或星型结构。现场控制级：完成数据的采集和控制，可靠性、实时性要求高。设备之间联系较小，数据量不大，每个单元地域分布较小，采用令牌总线，主从总线或星型结构。 • 调度网络：数据处理量大，数据包较长，可靠性、实时性和灵活性要求较高。采用令牌总线网较好。 • 管理级：数据多传输量大，地域范围广，灵活性要求较低，采用令牌环结构。

16. （b） 系统互联 • 中继器：适应同种或差别仅存于物理层的网络之间互联 • 桥接器：在数据链路层实现互连的存储转发设备 • 路由器：网络层的互联设备 • 网间路由器或网关：网络层以上的互联设备 现场控制级和过程控制级网络用中继器和桥接器互连，管理级由路由器连接，系统与其它网用网间路由器互连。

17. （c）各子系统功能和接口的标准化 • 产品互相兼容（协议标准） • 系统具有开放性

18. 2. 轨道交通综合调度自动化系统 • 轨道交通综合监控系统ISCS（Integrated Supervisory Control System），也称为主控系统MCS（Main Control System）或中控系统CCS（Central Control System）。 • 主要包括以下各子系统： • 电力监控系统SCADA • 机电设备监控系统EMCS • 列车自动停车系统ATS • 通信系统（包括传输系统，程控交换系统，专用电话，无线通信） • 信号系统SIG • 闭路电视监控系统CCTV • 火灾报警系统FAS • 防淹门系统FG • 门禁系统ACS

19. 2. 轨道交通综合调度自动化系统 • 旅客向导系统PIS • 广播系统PA • 时钟系统CLK • 给排水及消防系统 • 环境及防灾报警控制系统 • 自动扶梯及电梯系统 • 自动售检票系统AFC • 车站设备监控系统BAS • 车载信息系统TIS • 车站信息系统SIS • 屏蔽门系统PSD 等

20. 随着技术的进步和运营需求的提高，轨道交通监控系统向综合化发展的要求越来越强烈，将各个监控系统向上集成构成一个整体化的轨道交通综合监控系统已成必然趋势。随着技术的进步和运营需求的提高，轨道交通监控系统向综合化发展的要求越来越强烈，将各个监控系统向上集成构成一个整体化的轨道交通综合监控系统已成必然趋势。 • 轨道交通监控系统实现综合化具有以下作用： • 设备的共用：有利于提高设备的利用率，降低系统综合造价。如：线路中控室（中央控制室）中，为降低造价、集中显示和减少设备占地面积，在现有背投或模拟屏上综合显示站场信息、电力供电信息和其他重要信息（如环境监控信息）成为必然选择。同时，为节省通讯通道，共用车站设备和控制中心的通信通道也是发展趋势。 • 信息的共享：有利于各系统进一步提高自动化程度和改善服务。如：旅客向导信息系统PIS的信息可以从ATS系统中得到，ATS同PIS互联提供最新的列车计划后，不仅避免了工作人员输入列车到发点预告的重复劳动、提高了自动化程度，而且PIS可以随时得到最新的列车计划，大大提高了服务质量。 • 维护管理的统一：建立统一的维护管理中心，不仅可以减少系统维护监控人员，而且可以对轨道交通所有设备运行状况实现集中统一监控管理。

21. 例：机电设备监控系统（EMCS） 机电设备监控系统主要监控地铁沿线的众多机电设备，如全线各个车站的通风空调系统、给排水、冷水系统、自动扶梯、电梯、工作区照明、广告照明、事故照明、屏蔽门、人防密闭隔断门、FAS、ATS等以及行车调度指挥中心（OCC）大楼设备系统，进行全面、有效的自动监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，创造一个舒适的轨道交通运行环境，并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下，更好地协调车站设备运行。 EMCS机电设备监控系统主要由中央级、车站级和就地级的设备构成。 中央级EMCS系统位于行车调度指挥中心OCC（Operation Control Center）内，由双机热备的中央主机、控制台、大屏幕显示系统、EMCS服务器及一些外围设备组成，具有良好、灵活的人机界面（MMI）。工作人员可监视全线各车站的通风空调、给排水、电扶梯、照明、屏蔽门、人防隔断门、FAS系统、ATS系统、OOC控制中心大楼设备运行状态，以及火灾等灾害情况或阻塞事故状态，并及时控制和处理。

22. 轨道交通机电设备监控系统中央控制室 调度所机械室 大屏幕投影/模拟屏 通讯接口单元 EMCS服务器 EMCS服务器 UPS 通讯接口单元 局域网 通讯接口单元 通讯接口单元 通讯接口单元 打印机 打印机 打印机 主时钟CLK 列车自动停车系统ATS 火灾报警系统FAS EMCS主机 EMCS主机 管理计算机

23. 二、四电合一调度自动化系统 （1）四电合一SCADA系统调度端结构及功能 四电合一：指牵引、电力、通信、信号四大专业测控系统合为一体。 铁路供电包括牵引供电、电力、通信、信号及其他动力照明等设备的供电。 牵引供电主要对牵引机车供电，其牵引供电监控系统主要由牵引调度监控中心和牵引变电所的综合自动化系统组成。 铁路其它用电负荷主要包括：车站（段、所）负荷和区间负荷。 车站（段、所）负荷主要包括：通信、信号及信息系统；动车检修设 备；综合检测和维修设备；车站的空调通风、电扶梯、给排水、照明等动力照明负荷。 区间负荷主要有：通信信号中继站；接触网远动开关操作和控制电源；特大桥动力照明负荷和隧道动力照明负荷，其负荷分布与地形地貌有关。

24. 四电合一综合监控系统

25. （2）四电合一SCADA系统被控站结构及功能 四电合一SCADA系统的被控站设备按照监控的对象不同，有多种类型： ① 牵引变电所、开闭所、分区所、AT所 牵引供电监控系统包括牵引供电调度管理中心和牵引变电所、开闭所、分区所、AT所、接触网开关、接触网末端网压等监控系统。 牵引变电所、开闭所、分区所、AT所监控采用变电所综合自动化系统。 ② 接触网开关监控 铁路枢纽、车站接触网上负荷开关多且分散－接触网检修操作不便。 接触网开关监控系统主要完成接触网开关的遥测、遥控和当地手动操作；接触网开关监控主站设计在供电调度中心实现其对接触网开关的监控功能。 接触网开关处设置接触网开关监控单元进行监控。

26. ③ 接触网末端网压监测 末端网压监控装置负责采集电压信号、开关位置等状态，并将信息通过通讯组件传送给牵引调度主站，并据调度需要控制越区电动隔离开关的分合闸，实现对分相装置的远程监测和控制。 ④ 铁路电力变/配电所、开闭所监控 铁路电力系统包括铁路电力变/配电所供电系统、自闭/贯通线供电系统等组成。 ⑤ 自闭/贯通线线路监控 铁路自动闭塞电力线路（简称自闭线）和贯通电力线路（简称贯通线）是为铁路沿线信号设备等提供电源，电压等级10kv，工频50Hz。我国铁路10 kv 电力自闭/贯通线为中性点不接地系统，具有供电臂长，负荷小，供电可靠性要求高等特点。 铁路自闭/贯通线监控系统包括监控管理主站、铁路自闭/贯通线的线路监控单元（FTU）、通信网络组成。其监控管理主站并入电力调度管理中心统一监控管理。铁路自闭/贯通线的线路监控单元，主要完成自闭/贯通线供电状态的监测、控制功能。当线路发生故障时，及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复正常区段的供电。－以上牵引、电力监控

27. ⑥ 信号电源监控 信号电源是铁路行车信号指示的供电电源，属于一级负荷，一般由自闭线和贯通线两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。 信号电源监控装置：实现调度台对沿线各站信号电源供电状态的监视及远动控制，全面整体的提高铁路电力系统自动化控制水平。 在各车站的信号电源处设置信号电源监控单元（STU）。 ⑦ 通信电源监控系统 通信电源系统主要由5 个部分组成：交流配电单元、直流配电单元、整流模块、监控模块、蓄电池组。 通信电源监控：对分布在不同地域的通信电源设备(包括空调设备和环境条件)设置通信电源监控点，实时监视设备运行参数，及时发现和处理故障，从而实现电源设备的少人或无人值守和集中维护。实现24 h自动巡检，发生故障自动告警，提高了维护工作效率，达到了维护体制向“集中监控、集中维护、集中管理”目标的转变。

28. 第三节 变电所综合自动化

29. 变电站综合自动化技术 • （1）必要性 • 提速、高速铁路需要变电站提高自动化水平 • 需要提高系统的可靠性 • 实现“无人值守”或“有人值守、无人值班”的要求 • 降低成本、减少变电站占地面积 • 减少维护、便于升级、便于扩充 （2）变电站自动化系统 实现变电站自动化有2种模式： • 继电保护+RTU的模式 • 变电站综合自动化模式

30. 继电保护+RTU的模式：系统主要由继电保护子系统、当地监控子系统、远动通信装置等组成。在实际应用中，根据不同的功能，分为继电保护屏、控制屏、中央信号屏、RTU屏、测量屏、计量屏等。每一个一次设备，例如变压器、并联补偿电容器、馈线断路器等都与这些屏有关。每个设备的电流互感器的二次侧都需要引到这些屏上；同样，断路器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护屏、控制屏以及RTU屏上；一次设备的位置信号、故障信号等需要连到中央信号屏、RTU屏上。因此，对于同一个一次设备，与之相应的二次设备（屏）之间，保护与RTU设备之间都有许多连线，变电所内电缆错综复杂。继电保护+RTU的模式：系统主要由继电保护子系统、当地监控子系统、远动通信装置等组成。在实际应用中，根据不同的功能，分为继电保护屏、控制屏、中央信号屏、RTU屏、测量屏、计量屏等。每一个一次设备，例如变压器、并联补偿电容器、馈线断路器等都与这些屏有关。每个设备的电流互感器的二次侧都需要引到这些屏上；同样，断路器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护屏、控制屏以及RTU屏上；一次设备的位置信号、故障信号等需要连到中央信号屏、RTU屏上。因此，对于同一个一次设备，与之相应的二次设备（屏）之间，保护与RTU设备之间都有许多连线，变电所内电缆错综复杂。 采用变电所综合自动化系统的优点： ① 提高牵引变电所的安全、可靠运行水平。传统的牵引变电所二次设备专业分工过细，不利于综合监视运行情况和及时发现隐患。实现综合自动化后，传统的专业框框被打破，利用计算机对统一收集到的数据和信号进行全面的分析与处理，这样可以尽早地发现问题和处理事故，尽快地恢复供电。牵引变电所综合自动化装置都是由微机组成的，其配置灵活，灵敏度和可靠性高，调试方便。可以在线监视各保护、测控装置的运行参数及其工作状况，必要时可以从远方对保护参数进行整定。微机保护除了能迅速发现被保护对象的故障并将其切除外，还具有故障自诊断功能，使得变电所一次设备和二次设备的工作可靠性大大提高。

31. ② 提高牵引供电系统的运行管理水平。实现综合自动化后，监视、测量、记录等工作都由计算机自动进行，既提高了测量的精度，又避免了人为的主观干预。自动化系统收集众多的数据和信号，利用微机的高速计算和逻辑判断能力，及时将综合结果送往调度中心，各种实时数据与历史数据均可在计算机上随时查阅，各种操作都有事件顺序记录，调度员不仅能及时掌握各变电所的运行情况，还可对它进行必要的远距离调节和控制，大大提高了运行管理水平。 ③ 降低造价，减少总投资。由于采用微机及通信技术，可以实现资源共享和信息共享，大大减轻电压传感器、电流互感器的负担，并节省大量的控制电缆。微机保护、测控装置硬件多采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小，与常规二次设备相比占用空间减少数倍，可以大大缩小变电所的占地面积。 ④ 促进无人值班变电所管理模式的实行。自动化装置均有故障自诊断能力，系统内部有故障时能自捡出故障部位；微机保护和自动装置的整定值可在线读出检查，并可实现远方整定；监控系统的抄表、记录等工作也自动进行。因此，综合自动化减少了大量维护工作量和维修时间，为实现无人值班提供了可靠的技术条件。 无人值班牵引变电所采用综合自动化系统是今后的发展方向。

32. 1、分类 集中式变电站自动化系统

33. 集中式自动化系统：逐渐不采用 分布式自动化系统：发展趋势 分层分布式综合自动化系统可分为：集中组屏模式和分散安装模式。 在集中组屏模式下，将综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏，集中安装在主控室内。分散安装模式采用就近安装方式。 在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所设备分为三层：变电所层（站级管理层）、间隔层（或称单元层）和过程层（或称设备层）。而自动化系统本身分为： 站级管理层、间隔层和网络层。过程层主要指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。间隔层一般按断路器间隔划分，包括测量、控制部件和继电保护装置。变电所层包括监控主机、远动通信机等。变电所层设现场总线或局域网，供各二次设备之间交换信息。

34. 分布式变电站自动化系统

35. 分布式变电站自动化系统

36. 分层分布式综合自动化系统中各层的主要功能：分层分布式综合自动化系统中各层的主要功能： （1）变电所层 变电所层由当地监控单元和远动通信单元组成，当地监控单元与远动通信单元互相独立。正常情况下，调度端控制命令不通过当地监控单元即可执行。通过当地监控的显示器监视变电所运行情况，查看各种报表及曲线；当远方控制失效时，当地监控单元作为远方控制失效的后备手段在当地进行控制操作。 （2）间隔层 间隔层主要由各种保护、测量和控制设备组成，实现对牵引主变压器、馈线、电容器的保护、测控和控制。 （3）网络层 网络层负责管理间隔层设备与站级管理层间的通信，普遍采用具有较强抗干扰、抗震动、具有较大温度适应范围并适合恶劣工业环境的现场总线。网络层的传输介质通常采用光纤，以提高变电所内数据传输网络的抗干扰能力。在国内的牵引变电所综合自动化系统中，采用的现场总线网络有CAN、LonWorks、工业以太网等。

37. 2、应用模式 牵引变电所综合自动化系统的安装应用模式受系统的运营管理模式、资源条件、维护方式等的限制，主要有3种模式，即分散式无人值守模式、集中式无人值守模式、集中式有人值守模式。 （1）分散式无人值守模式 在该模式中，变电所内无人值守，站级管理层设备安装于控制盘内。所有间隔层的测控保护单元均分布式安装于相应的高压开关柜内，各装置相对独立，仅通过站内通信网络互连。该模式可极大地简化二次接线及二次设备的配置，大大减少变电所主控室的面积，从而降低牵引变电所的综合造价。

38. （1） 分散式无人值守综合自动化系统

39. （2）集中式有人值班 在该模式下，保护与测控装置集中在控制室内组屏，牵引变电所采用有人值守，主要配置集中式保护测控单元、当地监控单元、中央信号、显示表记等。

40. （3）集中式无人值守 在该模式下，保护、测控装置集中在控制室内组屏，变电所采用无人值守，主要配置视频监控单元、集中式保护测控单元 、当地监控单元等。

41. 第四节 其它

42. 1、变电所视频监控系统 变电站远程视频安全监控系统由一个监控中心、所辖的多个被控站（前端设备）以及通信信道组成，各被控站将采集的信号通过铁路信道发送到监控中心，在常规监控系统的基础上，为牵引变电所实现“第五遥”功能——“遥视”。 为了实现视频监控，监控中心可选配硬盘录象机，对上传的视频进行实时录像。 系统监测信号主要包括摄像机输出的视频信号、各种烟感、温感、门禁、光电传感器的报警信号，控制信号包括对摄像机的控制以及对自动消防系统的控制等。 通信信道（通信速度或带宽，通道结构）是本系统的关键。视频监控系统应能满足星型、总线型及环状引入等多种通道形式的要求。传输介质可为光纤或电缆。 变（配）电所远程视频安全监控系统，是变（配）电所安全运营的重要设备之一，它既可作为变（配）电所综合自动化系统的一个组成单元，也可作为一套完整的独立安全监控系统。

43. 远程视频监控系统

44. 2、通信 • 干线光纤、光纤进所 • 采用标准通信规约：IEC 101、103、104、61850等规约 • 点对点通道结构 • 无线公共网络 • 高速以太网 • 现场总线CAN、LonWorks、FieldBus、工业以太网等

45. 3、软件开发新技术 （1）COM/DCOM组件技术 COM（Component Object Model，组件对象模型）是微软的组件软件方案，它是为组件的互操作而定义的二进制组件模型。COM规定了对象模型和编程要求，使COM对象可以与其它对象相互操作。这些对象可以用不同的语言实现，其结构也可以不同。COM实现了OLE对象之间的底层通信工作，是一种底层的组件软件结构。OLE（对象链接与嵌套，Object Linking and Embedding）是一个解决应用程序之间相互通信标准的规范。COM提供的机制有：组件之间的通信；差错和状态报告；组件的动态加载。COM中所有应用都被看作是一个对象，并通过接口提供对象的服务。 分布式组件对象模型DCOM是COM的一个分布式扩充。COM和DCOM最大的不同在于COM组件是运行在单机上，而DCOM组件则是分布在网络上。因此它必须涉及安全性和访问控制。DCOM支持动态和静态两种对象调用，并支持多线程服务。COM/DCOM的优点之一是有很多工具可以用来创建COM/DCOM 构件，如Visual C++，Visual Basic，Delphi等，此外，还有大量的已被建立的、商品化的ActiveX构件可供使用。

46. （2）TCP/IP网络通讯技术 以太网作为监控系统最方便、最廉价的一种实现方式在监控系统中得到广泛的应用。 近年10～1000 Mbps的高速度使以太网的应用非常广泛。大部分IP局域网都使用IEEE 802.3以太网标准。CSMA/CD以太网使用具有冲突检测的载波监听多点接入（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）作为仲裁算法。每一个节点在发送数据之前首先监听网络，若是网络空闲，则发送数据，否则，它要等到网络空闲再发送。 由于高速网络的实现，实际使用时网络的延时很小，完全能满足监控系统的要求。

47. （3）OPC规范与技术 OPC（OLE for Process Control）是一种专门为现场控制设计的标准。它把开发访问接口的任务放在设备厂家或第三方厂家，以服务器的形式提供给用户，并且规定了服务器的标准接口。使用户完全从底层的开发工作中脱离出来，而任何厂家的设备对用户而言是透明的，只需用一致的接口去访问，而不需理解实现的具体细节。 OPC是以OLE/COM机制作为应用程序级的通讯标准。 OLE/COM是一种客户/服务器模式，具备语言无关性、代码重用性，程序易于集成等优点。OPC进一步规范了接口函数，不管现场设备以何种方式进行连接，以何种总线形式存在，客户都用一致的方式去访问，保证访问程序对客户的透明性，真正做到了异构设备的无缝集成。毫无疑问，OPC规范下的监控系统有其独特的优点：硬件生产厂家只需提供一套相应于硬件的组件，不涉及语言、开发平台等，因此，无论用户的开发平台如何，硬件厂家的组件只需一套；用户不必自己写驱动程序，当硬件发生改变时也不需要重新编写及编译程序；用户将有更大的选择如选用何种组件去集成自己的系统，使系统集成更简单、方便。

48. （4）自律分布系统技术ADS ADS—自律分布系统是近年迅速发展的一种技术，该技术在日本交通、制造业得到广泛的应用。 自律分布的通讯系统协议是一种高层协议，其底层应用TCP，UDP/IP协议，该协议定义了各种数据的传输规范。并对控制系统中系统信息做了明确的定义，利用该技术可以构造非常复杂的控制系统。 ADS具有自下向上的设计、良好的容错能力、高可靠性、高可扩展性、在线升级、在线扩展、在线维护等优点。 典型的成功应用是日本新干线的高速铁路交通控制系统。

49. （5）Web技术 随着互联网普及程度的日益提高，越来越多的实体和个人投入到了网络的怀抱。而国内的企事业单位在组网方案中多考虑向Intranet靠拢。 构建自己的Web服务器，利用其中的WWW、E-mail等服务提高办公效率。而一个高效率的WEB服务器则是对一个网站的强有力的支持。 将Web服务引入监控系统，实现远程监视、查询及网络办公自动化，将调度自动化系统的信息纳入到一个信息综合管理系统中，实现与MIS系统的集成和与其它系统的信息共享。

50. （6）Agent技术 （7）实时数据库管理技术 （8）面向对象（OOP）技术 （9）Jawa技术 （10）.net （11）组态技术 （12）专家系统