机电设备监控系统在高速铁路中的应用_图文

1、机电设备监控系统在高速铁路中的应用刘敬军(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063摘要通过对机电设备监控系统在国内外铁路相关领域应用的调研,针对我国高速铁路机电设备的特点,结合作者设计研究实践,以不同规模车站、隧道为例阐述了新的满足我国高速铁路实际需要的机电设备监控系统方案,具有较强的针对性和实用性,可作为今后高速铁路机电设备监控系统设计参考和借鉴。关键词高速铁路机电设备监控系统应用方案中图分类号U225.5文献标识码B文章编号100924539(20090820098206Appli ca ti on of Electr i ca l&M echan i ca l Con tr

2、ol System i n H i gh2speed Ra ilwayL iu J i ng jun(China Rail w ay4th Survey and Design I nstitute Gr oup Co.L td.,W uhan430063,ChinaAbstractThe thesis investigates the app licati on of electrical&mechanical contr ol syste m in interi or and exteri or relative rail fields.The research f ocuses t

3、he characteristics of mechanical and electrical equi pments of Chinese high2s peed rail w ay, and combines authors experiences of design and research.Thr ough taking different scales stati ons and tunnels as exa m2 p les,it illustrates a ne w electrical&mechanical contr ol syste m which is suita

4、ble f or the p ractical necessity of Chinese high2 s peed rail w ay.The thesis is f ocalized and p ractical.It can be used as a reference in future design of high2s peed rail w ay e2 lectrical&mechanical contr ol syste m.Key wordshigh2s peed rail w ay;mechanical and electrical equi pments;superv

5、is ory contr ol syste m;app licati on p r ogra m1概述高速铁路虽然在一些发达国家已经运行多年,但各国情况不同,标准相差较大,水平参差不齐,在我国的高速铁路建设中,怎样做到既有中国特色,又具备国际先进水平,达到安全、经济、高效、节能、环保、建设节约的要求,需要研究的课题很多,机电设备监控系统在高速铁路的应用就是其中之一。机电设备监控系统在高速铁路中的应用,是针对高速铁路沿线重要建筑物、构筑物,如车站、动车段、长大隧道、大型桥梁等的各类机电设备,如电力、照明、暖通空调、给排水、电梯等设备或系统,采用先进的计算机技术、控制技术和通信技术,对它们进行自动

6、监视、控制和管理,以提高高速列车服务质量和安全运行水平,达到节省能源、节省人力、提高设备自动化水平和管理水平的目的。2机电设备监控在国内外相关领域的应用2.1在地铁中的应用机电设备监控在地铁中的应用发展很快,从系统构成来讲,目前国内地铁机电设备监控主要有以下三种形式。第一种形式为全线设机电设备监控中心的集中监控系统,由中央级监控中心设备、车站级设备和现场设备构成,对机电设备实现三级控制。第二种形式为分散式监控系统,这种监控系统以车站为独立监控单位,主要由车站级设备和现场设备构成,对机电设备实现二级监控。第三种形式为综合监控系统也有称主控系统,该系统集成了变电所自动化系统、火灾自动报警系统、机电

7、设备监空系统、屏蔽门系统、防淹门等,同时,互联了信号系统、自动售检票系统、广播、闭路电视、车载信息收稿日期:20090514系统、车站信息系统、时钟系统,形成统一的监控层硬件平台和软件平台,实现对各被集成系统的集中监控和管理功能。接入的子系统的全部信息都由综合监控系统或主控系统传输,子系统车站级和中央级的功能全部由主控系统实现,子系统没有自己独立的信息传输网络。目前地铁机电设备监控系统中车站级主控制器以P LC为主,中央级及车站级设备网络以以太网为主,现场设备网络以总线为主。2.2在高速公路中的应用高速公路机电设备主要集中在隧道、大型桥梁和大型交通枢纽,机电设备监控一般包含电力监控系统、照明监

8、控系统、通风监控系统、排水监控系统及结构监测系统等,各系统间既相互独立又密切联系。目前高速公路的管理以省为单位,一般一个省设一个监控中心,下设多个分中心,形成了“监控中心-监控分中心-现场设备”3层监控结构形式,控制网络以以太网为主,现场控制器以P LC为主。2.3国外高速铁路应用情况在国外高速铁路中,机电设备监控技术发展较快、应用广泛,但在不同国家运输管理模式不同,其设置方式相差较大,监控对象也有所不同。有的国家独立设置,有的国家与其他系统一起综合设置。独立设置的监控系统,类似于国内地铁的集中监控系统,以西班牙的AVE为代表;综合设置的监控系统,类似与国内地铁综合监控系统,以日本的新干线为代

9、表。西班牙AVE机电设备监控系统由调度中心、车站或客技站设备及现场设备组成,主要监控变配电设施、接触网支柱开关、道岔加热器、车站、线路所空调系统、轨道电路设备、隧道、跨线桥机电设备、防盗、火灾报警设备等。其系统特点为多通道音频传输,可集中及时监视和控制全线所有机电设备工作状态,沿线监控设备就近纳入车站监控系统。系统冗余配置,火灾报警纳入监控系统,设防盗及门禁视频监控系统,系统通过独立的遥控系统进行传输,对跨线桥、隧道入口等重要场所实现监视。在其他国家,高速铁路监控技术水平较高的有德国、法国。德国I CE、法国TG V机电设备监控与西班牙AVE基本相似。德国I CE机电监控系统中增加了紧急呼叫、

10、轴温探测、电扶梯、塌方监视、隧道照明等系统,法国TG V机电设备监控相对比较简单,但却融合了牵引供电系统的监控。日本新干线机电设备监控系统和其他管理调度系统一并综合设置,作为综合管理系统的子系统,按使用性质分为设备调度和设备管理,主要监控对象有变电所设备、各重要设施的电源设备、通信、信号设备、区间气象如雨量、积雪深度等、轨道电气及轨道温度、防灾设施等。其特点为综合性强、多个系统融合、纳入监控的设备类型多、注重防灾监控、纳入气象监测、强化维修、维护管理功能。3高速铁路机电设备特点(1机电设备监控系统的组成与应用和主体设施的特点是密不可分的,在高速铁路的应用中也不例外。与其他行业相比,高速铁路机电

11、设备具有如下主要特点。高速列车的运行特点是小编组、大密度。车站与地铁车站相比相对开放,客流量大、交换快,对环境舒适性、安全性要求高。机电设备主要包括变配电、照明、空调、送排风、给排水、电扶梯等,主要集中在车站、隧道等建筑物、构筑物内,分布在区间的相对较少。沿线拥有大量的机电设备,这些机电设备日常运行所产生的能耗占高速铁路建筑物、构筑物总能耗的绝大部分。通过机电设备监控系统实现节能控制和能源管理,具有良好发展的前景。按照铁道部综合维修的发展方向,针对高速铁路沿线机电设备采用自动化、信息化等技术手段,实现对沿线重要设备、设施的综合维修,大幅度提高高速铁路机电设备的维修水平,提高劳动生产率。沿铁路线

12、建有较先进和完善的通信系统,具备机电设备自动化监控的条件。管理机构统一、规范,综合管理与专业管理相结合。(2主要监控对象及控制内容。参考国外高速铁路和国内其他交通领域机电设备的设置,根据京沪高速、武广、西郑、广深港等客运专线设计各专业研究设计的机电设备的配备,目前在建的高速铁路机电设备具备监控条件的对象有如下几种。变配电设备。包括车站、站房、综合楼、综合维修工区、隧道、桥梁等高速铁路设施的配电设施、变压器以及自备柴油发电机和各类负荷的电源设备等。根据管理需要,通常35kV或10kV配电设施、变压器等纳入高速铁路“四电集成”SCADA系统监控范围,而低压变电所、配电开关回路、自备柴油发电机、各类

13、电源设备包括通信、信号、售票等重要负荷电源设备及柴油发电机组、EPS、UPS设备则作为机电设备监控对象。监视内容有相关配电回路开关状态、电压、电流、频率、有功、无功、电度、UPS或自备发电机状态等,控制对象主要是回路及电源设备开关状态以及备用发电机自动投切、负荷开关、表计开关等。照明设施。包括车站站房综合照明、站台照明、雨棚照明、地道照明、天桥照明、综合维修照明、区间的桥梁、隧道照明以及相应的应急、泛光照明、广告照明和安全照明等。在这些照明场所中,站房、站台、雨棚、地道、天桥照明需根据客流大小、客车到发时间以及自然光变化等因素进行调节控制,广告、泛光、综合维修、隧道等照明则根据功能要求进行控制

14、。监控内容主要是照明设备的开关及开关状态,控制方式有集中人工控制、自动控制和模式控制等。环控设施。主要包括空调通风系统和空调水系统。通风系统主要由空调机组、新风机、回/排风机、设备用房的送风机、排风机、排烟风机、传感器、变频器和所有相关风阀等组成。水系统包括冷水机组、传感器、电动蝶阀、水泵、冷却塔和电动调节阀等。监视内容有环境温度、冷却水温度、环境湿度、空气压力、二氧化碳浓度等,控制对象主要是各种阀门、机组、水泵、变频器、可控硅等。给排水设施。给排水系统主要包括站区内的给水、排水、客车上水设备、污水处理系统等。监视内容包括流量、压力、水位、浊度、余氯等,控制对象包括阀门、水泵、加药泵、变频器、

15、软启动器等。交通运输监控。交通运输包括垂直电梯、自动扶梯和停车场等。监控内容包括电梯起停状态、运行方向、故障报警等。其他。其他监控内容有重要场所的视频监控、车站的安防系统、门禁系统等,这些监控对象与机电设备监控系统密切相关,但由于管理和技术要求的不同,一般与机电设备监控系统分离开来,独立设置。4机电设备监控在高速铁路中的应用高速铁路机电设备主要集中在车站、长大隧道、大型桥梁、动车段(所等建筑物、构筑物内。下面以两种最常见的建(构筑物车站、隧道为例说明机电设备监控系统的应用方案。4.1高速铁路机电设备监控系统设计原则(1保证系统的先进性和适用性:系统的技术性能、功能和质量指标达到国际领先水平;同

16、时,系统的安装调试、软件编程和操作使用简便易行,容易掌握,适合高速铁路行业实际情况。(2可靠性原则:针对高速铁路运行环境电磁干扰严重、安全性和防灾减灾能力要求高的特点,机电设备监控系统应具有良好的可靠性。(3开放性原则:在硬件平台、操作系统、数据库(实时的和历史的、应用软件、网络协议、通信接口和通信规约等各层面都遵循了开放性的设计原则,使系统具有良好的兼容性、扩充性和伸缩能力,能够兼容不同厂家、不同品牌的P LC、DDC或其他智能装置,可以方便地进行二次开发,最大限度地满足用户需求。可以与车站F AS系统交换数据,接收F AS系统火灾信息,优先执行车站防烟、排烟模式;也可以方便地与M I S系

17、统、SCADA系统共享信息。(4追求最优化的系统设备配置。在满足用户对功能、质量、性能、节能、价格和服务等各方面要求的前提下,追求最优化的系统设备配置,以尽量降低系统整体拥有成本(包括采购成本、运行成本和维护成本。(5实现一体化控制要求:一方面,将车站有限的几个子系统置于一个BAS中央监控系统监视、控制之下,不但方便安装和操作,节约系统投资,并且不同的子系统连接起来后,还可以产生单独控制所不具备的新功能。另一方面,能够与其他自动化系统如F AS、SCADA等交换数据和信息,实现报警联动和一体化监控。(6保留足够的扩展容量:随着铁路业务的发展,需要控制的场合和设备都会不断增加,所以控制容量上保留

18、一定的余地,不全部用满,以便在系统中加入新的控制点,也尽量考虑未来新技术的发展和应用。4.2车站机电设备监控高速铁路客运车站数量与普通铁路相比要少得多,但由于高速铁路大都处于经济相对发达、人口相对密集的主要交通运输通道上,具有发车密度大、客流量大、人员密度大、物流密度也大的特点。因此,在客运车站组织和实施以创造舒适环境,确保运输安全,实现节能增效为主要目标的机电设备监控显得尤为重要。车站按技术作业分为始发站、中间站和越行站;按客运量分为大、中、小型车站。一般来说,始发站规模较大,中间站适中,越行站规模较小。车站机电设备监控系统通常以车站为单位独立设置,一般不设置全线范围的站房机电设备监控调度中

19、心,但是可以预留数据转发接口,需要时可以与高速铁路综合调度自动化系统、车站综合信息管理系统或其他系统实现信息和资源的共享。(1大中型车站机电设备监控系统。大中型车站包含的机电设备内容较多,如低压变配电、照明系统、中央空调系统、新风系统、送排风系统、给排水泵、水塔或水池、电扶梯等。车站机电监控系统由中央监控站、控制器/自动化子系统、传感器和执行器、通信网络等组成。如图1所示。 图1大中型车站机电设备监控系统中央监控站典型方案由监控主机、远程抄表及负荷管理工作站、BAS 数据库服务器、W eb 服务器、维护/报表工作站、通信服务器、网络设备以及数字投影系统、打印机、UPS等组成。为了提高系统可靠性

20、,监控主机、BAS服务器可以选择冗余配置;配置针式打印机和喷墨打印机,负责打印日常报表和各种文件;系统由UPS供电。中央监控站配置I B P紧急控制盘,便于紧急情况下的应急控制。I B P采用网络型产品,与骨干网络或任意一台控制器连接,紧急情况下,I B P直接访问、控制网络上的任何一台控制器,其控制权限高于中央监控站。中央监控站与车站F AS配置两条通道:管理层和现场监控层;还提供与车站M I S等系统的数据接口,也提供远程维护接口。通信网络采用光纤-双绞线混合以太网结构,骨干网络采用光缆,子网络采用双绞线。主交换机:两台光纤交换机组成双以太网结构。连接中央监控站的工作站、服务器,以及各监控子站的工业以太网交换机。中央监控站内部连接采用双绞线,与干线网络、现场工业交换机之间的连接采用光缆。工业以太网交换机:作为二级交换机安装在各设备间,对上采用光缆连接主交换机,对下采用双绞线连接DDC控制器、P LC或自动化子系统。各类智能装置可以接入就近的交换机。支持综合业务传输:各机电设备间采用二级交换机,为接入其他自动化装置和将来系统扩展预留了接口;也可以接入I P生产调度电话、视频监控系统等,从而构成数据、语音、视频“综合业务”传输网络。车站机电设备监控主要运行在地面建筑物内,监控层应优先选用性价比高的DDC控制器。具体设置有以下几种方式:中央空调可以采用DDC控制