（电力系统及其自动化专业论文）铁路信号电源检测、监控与调度管理系统.pdf

! ! 查銮望盔兰堡主堡塞 a b s tr a c t t h i st h e s i sp u t sf o r w a r d sas i g n a lp o w e rd e t e c t i o n ， m o n i t o ra n dd i s p a t c hm a n a g e m e n ts y s t e mu n d e rt h eb a c k g r o u n d o fr a i l w a y s p e e d u pa n dl a c k i n go f a ne f f e c t i v em o n i t o r m e t h o d t h es i g n a lp o w e rd e t e c t i o n ，m o n i t o ra n dd i s p a t c h m a n a g e m e n ts y s t e mi s r e s e a r c h e da n dd e v e l o p e dw i t ht h e t e c h n i q u e sb a s e do no b j e c t o r i e n t e d ，t e l e c o m m a n i c a t i o na n d d a t a b a s e i ti sar e l a t i v e l yr e l i a b l e ，p r a c t i c a la n d a d v a n c e d s y s t e m t h es y s t e m is v e r yp o w e r f u l d a t a a c q u i s i t i o n ，p r o c e s sa n dc o m m u n i c a t i o na r ei m p l e m e n t e di n t h es y s t e m d a t a b a s ea u t o m a t i cb a c k u p ，s u p e r v i s i o n ，a l a r m a n di - e c o r d i n gf a u l tw a v eo fd e v i c ef a u l ta r ea l s or e a l i z e d i nt h es y s t e m a tt h es a m et i m e 。i ti sar o b u s ts y s t e ma n d i tr u n sw e l li nt h ef i e l d o nt h ea s p e c to fs o f t w a r e ，ita p p li e so b j e c t o r i e n t e d t e c h n i q u eo fd e l p h i ，a n dd e v e l o p st h ea c c u m a n a g e rs y s t e m s o f t w a r ev i ao b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gs k i l i ss u c ha s o b j e c t ，c l a s sa n de n c a p s u l a t i o n ，a n ds oo n t h eh a r d w a r eo f t h es y s t e mi sm a d eu po fp o w e rs u p p l ys u p e r v i s i o nu n i t t h e s p m 6 0u n i ti st h ek e r n e lo ft h es i g n a lp o w e rs u p p l y s u p e r v i s i o ns y s t e m ，a n di t s s t r u c t u r ea n df u n c t i o na r e d i s c u s s e di nd e t a i l si nt h i sp a p e r i naw o r d ，t h i st h e s i sr e l a t i v e l yc o m p l e t e l yd i s c u s s e s t h er e a l i z a t i o nm e t h o do fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e ，i n t r o d u c e s t h ef u n c ti o na n dw o r kp r o c e s so ft h es y s t e ma sw e lla st h e p r a c t i c a ls i t u a t i o no ff i e l dr u n n i n g k e yw o r d s ：s i g n a lp o w e rs u p p l y ，o b j e c t o r i e n t e d ， s u p e r v i s i o ns y s t e m ，d e l p h il a n g u a g e 4 北方交通大学硕士论文 1 1 背景介绍 第一章概述 随着铁路日新月异的发展、行车速度的不断提高，对铁路信 号设备和供电设备的可靠性的要求也不断提高。长期以来，我国 铁路信号电源的监测一真停留在落后的手工检测阶段，大部分水 电段、供电段的调度室所管辖的信号电源未能够实现自动化监测， 几乎所有的参数都靠人工测量。显然，人工测量不能很好的反映 现场实际情况，缺乏实时性和准确性，数据难以准确、实时的反 映现场实际情况。这与铁路设备的现代化极不协调，并且在很大 程度上制约了铁路现代化的进程。在这种新的情况下，为了保证 铁路信号电源的供电可靠性，所以对信号设备和供电设备的供电 状况进行有效地监控的需求也提出了更高的要求。 铁路信号设备最初是作为铁路行车的一种安全设施产生和发 展起来的。随着列车速度和密度的不断增长，铁路信号又成为提高 铁路运输能力不可缺少的重要技术装备。铁路信号设备直接影响 着铁路运输的安全，其中信号配电装置又决定着信号设备工作的 可靠性。9 0 年代以来，铁路运输系统进行了多方面技术改造，列 车行车速度也在不断地提高，但对铁路信号设备进行有效监控的 技术仍然比较落后，几乎已经不能满足铁路安全运输的需要。由 于缺乏先进的有效的信号电源监控技术，铁路信号供电存在着 “盲管”、违章用电、电源切换不良等问题。所有这些问题都有 可能影响铁路的行车安全。在这种情况下，迫切需要一个这样的 系统，它可以帮助水电、供电站段有效地、动态地掌握各点供电 状况，克服“盲管”现象，把工作做在故障发生之前，从而大大 提高供电可靠性；一旦发生故障，计算机系统通过对监控数据的 综合分析，可以准确查找故障原因，从而实现快速维修，最大限 北方交通大学硕士论文 度地缩短停电时间；日常的多种监控数据的记录可以存为档案， 作为将来管理决策的第一手资料，有效提高管理水平。 正是在这种迫切需要的情况下，我们开始了本课题的研究。 因此，本课题的主要任务就是针对铁路行业的实际需求，研究和 开发出个可以对铁路信号电源进行检测、监控和调度管理的系 统，帮助水电、供电站段有效地、动态地掌握各点供电状况，克 服“盲管”现象，把工作做在故障发生之前，从而大大提高供电 可靠性，保证铁路行车的迅速、安全。 1 2 国内外铁路信号监测系统建设的现状 计算机在国内铁路上的广泛应用为铁路信号电源监控系统 的建设打下了坚实的物质与技术基础。早在6 0 年代我国铁路就着 手应用计算机技术编制铁路运输计划等工作，7 0 年代初，全面规 划了计算机技术在铁路上的应用，8 0 年代有了较大的发展。目前 已形成了铁道部、铁路局、铁路分局三级计算中心，许多站段配 备了计算机设备。全路已配备了7 0 0 多台中小型计算机和2 万多 台微机。铁道部、铁路局、铁路分局的联网工作已全面展开，基 本上建成了我国铁路专用的覆盖全路的数据通信网。 8 0 年代以来，我国许多单位在研制铁路信号监测系统，各种 形式的监测系统已广泛地在铁路上使用。不同地方使用的监测系 统的功能侧重点有所不同，在名称上的叫法也有所不同，有些监 测系统的设计已考虑了将来联网的需要预留了与上层计算机信息 交换的接口，为铁路信号电源的遥测、遥控打下了良好的基础， 可以很容易就实现铁路信号电源的检测、监控和调度管理。 铁路电力自闭、贯通配电系统具有负荷沿铁路线分布、点多、 6 - 北方交通大学硕士论文 容量小、故障频繁的特点，其故障点的查找和恢复工作十分困难。 随着铁路现代化设备的增多，对电力自闭、贯通配电系统运行可 靠性的要求越来越高。调度集中、计算机和通讯等技术的发展和 普及，使铁路电力自闭、贯通配电系统实现远动化也成为了可能 和必然。所谓信号电源管理中的“盲管”问题，即铁路水电、供 电段在完成正常养护设备和正常巡视的情况下，没有其他手段监 视供电设备的工作状况，当一路失电后，供电段并不知道，只有 等两路电源都出现故障影响了行车，用户报告后才能去抢修。而 这时已经造成了事故，严重时可能影响行车。铁路自动闭塞线路 低压信号电源监控系统利用现代电子技术、通讯技术和计算机技 术提供一种方便、实用、经济、可靠的监控手段，在供电设备发 生故障后短时间内，自动报告给电力调度，故障信息包括故障发 生地点、时间和故障类型，并存储发生故障时的波形以供故障分 析时使用。最终达到对管内供电设备的运行和分布情况做到控制 和管理有序，对故障的分析、处理做到迅速、准确，对信号装置 的供电达到可靠和稳定的目的。 目前，国外发达国家的铁路供电调度集中控制与日常管理均 已实现了自动化与网络化。例如，在日本的新干线上，列车的运 行速度在时速2 5 0 公里以上，对铁路信号电源的管理完全实现了 集中化和网络化，保证了列车运行的安全性，实现了列车高速、 大运量、低成本运行的三项目标。地中海线是法国高速火车新线 路，平均时速达到3 0 6 3 6 公里，在新线路上，数字信号取代传统 信号，还使用了数字化轨道电路技术。在中央控制室完全实现了 集中化和自动化。由计算机控制的调度室，在客流高峰期单向每 小时可调动列车2 0 列。这意味着，每隔3 分钟就有一列时速3 0 0 公里的列车驶过。 我国铁路供电自动化、信号供电的调度集中控制和信息管理 网络系统的研制还处于起步阶段，到目前为止还没有一个完整的 系统投入使用。电力系统中3 5 千伏以上变电站监控技术已经成 北方交通大学硕士论文 熟，但没有适合铁路信号电源监控要求的监控装置。铁路信号电 源可靠供电对铁路运输安全至关重要，铁道部1 9 9 9 年9 月发文要 求各主要铁路干线要尽快实现对低压信号电源实施自动监控，因 此研究适合铁路信号供电系统特点的供电自动化与调度管理信息 系统是非常迫切和必要的。 1 3 建设铁路信号电源检测、监控与调度管理系 统的意义 铁路运输在交通运输中占据着重要的地位，是现代运输业的 主要方式，是国民经济活动中不可缺少的重要组成部分。国民经 济的发展要求铁路运输业具有运量大、速度快、成本底、质量好 的特点，并能够保证安全连续地运输。 据统计，我国铁路运营里程近6 万多公里，全路有车站5 千 多个，有货车4 0 多万辆，客车3 万多辆，日开行货车1 万多对， 客车1 千多对。铁路运输约占我国交通运输每年所完成的全部货 物周转量的6 0 。铁路运输成了我国社会和经济发展的先行产业， 是国民经济的大动脉。 铁路运输生产过程是在全国纵横交错的铁路网上进行的，每 天有上万台机车和几十万辆车辆在铁路线上运行着，同时铁路运 输作业环节多而复杂，要求各单位和各工种之间密切配合，协同 动作，为了提高铁路运输效率，需要综合地组织好铁路运输方案 尽可能地优化运输作业，同时还要保证行车的安全。 铁路信号的使用为保证行车安全，改善运输人员劳动条件， 提高运输效率，降低运输成本起着重要作用。所谓铁路信号是铁 北方交通大学硕士论文 路上信号、联锁、闭塞设备的总称，铁路信号技术是铁路现代化 的重要标志，是铁路信息技术的三大支柱( 即通信、信号、计算 机技术) 之一。 铁路信号担负着路网上各种行车设备状况的信号传输和调 度指令的控制，铁路信号传递信息快且准，利用它组织运输效率 高，保证行车安全，能最大限度地发挥各种行车设备的能力。铁 路信号已渗透到铁路运输的各部门，全程全网时时刻刻为铁路运 输服务。 正因为铁路信号在铁路运输中具有重大作用，所以尽快研制 开发出铁路信号电源监控系统，保证铁路信号供电的可靠性具有 重要的意义。 9 北方交通大学硕士论文 第二章系统的结构组成 2 1 系统概述 铁路信号电源检测、监控与调度管理系统主要分为当地监控 单元( 下位终端) 和站段调度系统( 上位人机接口) 两个层次。 当地监控单元由s p m 6 0 信号电源监控终端，电源蓄电池、通 讯设备以及电动操作机构构成，其中s p m 6 0 监控终端是核心元件， 它负责电力参数的采集、计算，开关的监视、控制及各种数据的 存储、波形的记录和通讯控制等等，经由通讯设备将数据传输给 调度系统，或接受调度系统的遥控信息。当地监控单元是整个铁 路信号电源监控系统的数据源，它的功能直接决定了整个系统的 功能。 图2 一l 监控终端在系统中的位置示意图 链路 北方交通大学硕士论文 站段调度系统是运行于w i n d o w s9 x n t 下的图形化的人机接 口软件，它运用了先进的面向对象编程、控件组合、数据库s q l 、 通讯多线程等技术，汲取了多年在电力调度系统软件编制中积累 的经验，在可靠性、实用性、先进性等方面达到了相当的高度。 调度员或系统管理员通过对该软件的操作，可以实现对现场设备 的监视、测量、控制、管理、记录和报警等功能，友好而生动的 图形界面使得只需简单操作便可以获得所需的各种信息，诸如： 遥测、遥信、波形记录、报表生成、查看设备信息等等，必要时， 站段调度系统还可以与远方控制中心或其他m i s 系统进行数据通 讯，从而达到更大范围的信息数据共享。 系统的整体结构组成如图2 2 所示： 图2 - 2 信号电源监控系统结构图 北方交通大学硕士论文 从图2 2 可以看出系统由四部分组成： 1 ) 监控装置：即当地监控单元，包括s p m 6 0 信号电源监控终 端，供电装置、通讯设备以及操作机构，其中s p m 6 0 信号 电源监控终端是核心元件，它担任对电压、电流、功率的 检测和控制； 2 ) 高压或低压开关( 带电动操作机构) ：接收从调度端传来 的控制信号，实现遥控操作，是系统的执行部分； 3 ) 调度系统：它是一个调度软件，也是系统的人机接口和控 制部分，调度员通过友好的人机界面可以完成系统的所有 操作。例如，可以对铁路信号电源的电压、电流、功率以 及频率等进行测量、监视，可以查看历史记录、故障波形、 打印波形曲线以及打印报表，可以查看车站接线图以及车 站的地理信息图，可以遥控高、低压开关等等； 4 ) 通讯网络：该系统通过m o d e m 与电话网络，在调度系统和 监控单元之间实现通讯，它在整个系统中起着十分重要的 作用，另外，也可以通过专线电缆或者无线通信方式实现 通讯。 下面，我们首先对系统的软件部分进行介绍，然后再对系统 的硬件部分介绍。系统的硬件部分主要介绍核心元件一s p m 6 0 信 号电源监控终端。 2 2 系统的软件组成部分 系统的软件由两部分组成，一是a c c u m a n a g e r 调度系统软件， 二是p a n e l e d i t 画面编辑器软件。它们两个都是系统不可缺少的 重要组成部分，但比较而言，a c c u m a n a g e r 调度系统软件处于更 北方交通大学硕j 论文 重要的地位。 a c c u m a n a g e r 调度系统软件是系统软件的核心部分。它的功 能强大，主要功能有包括：显示和查看供电段、水电段以及车站 地理信息和接线信息图，配置攘个系统软、硬件的运行环境，存 储和查询数据库记录的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、 以及功率因数的历史数据，处理和远方监控单元的通讯端口的数 据交换，打印数据报表和电压、电流曲线等等。 p a n e l e d i t o r 画面编辑器是和a c c u m a n a g e r 调度系统相配合 的一个绘图软件。a c c u m a n a g e r 调度系统只能调用由p a n e l e d i t o t 画面编辑器绘出的图形。p a n e l e d i t o r 画面编辑器可以直接调用 外部的图形，因此p a n e l e d i t o t 画面编辑器对a c c u m a n a g e r 中使 用的图形资料进行灵活配置起到了非常重要的作用。 2 2 1 a c c u m a n a g e r 调度系统软件 前面已经说过，a c c u m a n a g e r 调度系统是本软件的核心部分。 它可以解析地理信息图，配置系统运行环境，存储和查询历史数 据，处理通讯端口的数据交换，打印报表和曲线等等。 启动a c c u m a n a g e r 调度系统前，会弹出“从这里登录”对话 框，如图2 - 3 所示。 图2 - 3 登录系统 北方交通大学硕士论文 在登录对话框中选择一个用户名，输入该用户名对应的密码， 点击“确定”按钮即可以登录到系统。在登录系统时需要输入登 录密码，这样可以保证系统的安全性，无关人员不能够进入该系 统，这样可以避免无关人员对远方设备进行遥控操作。 进入a c c u m a n a g e r 调度系统后，将会出现如下主窗口画面 图2 4 所示。 图2 - 4 调度系统主窗口 当前流行的监控和数据采集系统，也就是所谓的s c a d a 系统 是作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软、硬件系 统之一，它包含两个层次的含义：一是分布式的数据采集系统， 即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位终端单元；另一个 北方交通犬学颐士论文 是数据处理和显示系统，即上位h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 系统。 a c c u m a n g e r 调度系统是能满足s c a d a 系统要求的调度系统。 对s c a d a 系统来说，主要解决以下一些问题： 1 ) 设备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送。最小采集 周期应达到毫秒级。 2 ) 各种参数状态表达和报警处理，能处理多点同时报警。 3 ) 事故追忆和趋势分析。于是需要保留历史数据和记录系统操 作情况。并能准确和高效地查询历史数据记录。 4 ) 与管理信息系统( m i s ) 的结合。 5 ) 与地理信息系统( g i s ) 的结合。 a c c u m a n g e r 调度系统主要解决以下问题： 1 ) 准确高效地查询所有记录下来的历史数据。 2 ) 准实时获取各种参数状态，通过呼叫某一个具体的设备，接 通后就可以实时显示各种电参数。 3 ) 实现重要的控制信息的发送，例如，发送控制电动开关和断 路器的信号等。 4 ) 显示和查看供电段、水电段以及车站地理信息和接线信息图。 a e e u u a n a g e r 调度系统采用标准的w i n d o w se x p l o r e 风格界 面。包括下拉式菜单、嵌入式工具条、状态信息栏、右键快捷菜 单、菜单快捷键等。有最小化、最大化、关闭按钮。系统运行时， 允许启动其它w i n d o w s 应用程序。菜单、工具条可以按用户需要 移动到所需的屏幕位置，窗口的项部有它们的停泊点，工具栏的 管理区内有它们的停泊点。 北方交通大学硕士论文 a c c u m a n a g e r 调度系统的主菜单包括：管理、用户、视图、 查询、连接、帮助等六个菜单项。下面分别说明它们的作用： 1 管理菜单 “管理”菜单包含：设备管理、系统管理、轮询、显示轮询 结果、打印预览、打印设置、打印、退出等选项。 a “设备管理”子菜单项下包含操作命令：配置端口、监 视端口、定义设备、查看设备。 a )“配置端口”：配置选定的通讯端口。单击后弹出对应通 讯端口的配置对话框，如图2 5 所示。包括串口名称， 下位机的波特率、数据位等配置( 采用w i n d o w s 标准端 口配置) ，超时( t i m e o u t ) 设置，有关通信协议的设置 及d l l 的路径，以及对电话拨号的一些设置( 如重拨次 数等) 。 图2 - 5 配置端口 b )“监视端口”：可实时监测指定串口通信收发的数据包内 容，以及当前信号点的所有变量的通信数值的变化情况。 c ) “定义设备”：可增加删除信号点，设置信号点对应的 北方交通大学硕士论文 电话号码，定义信号点内的所有变量及相应信息。段、 供电臂和车站的名称是一个最多可以有3 2 个字节长的字 符串，它的起始字符必须为汉字或字母，其余字符可以 为任何汉字、字母( a z 或a z ) 、数字( 0 9 ) 、连接号 ( 一) 、下划线( 一) 和空格。 图2 6 定义设备 d ) “查看设备”：可查看所有设备( 或信号点) 的状态，包 括：工区、信号点、电话、轮询状态、通信成功次数、 c r c 错误次数、没有响应次数、拨号失败次数等。 b “系统管理”的功能包括：一般设置和数据库设置。 a )“一般设置”：设置访问权限、操作口令、报警时自动 拨打的寻呼号码、报警时播放的声音文件、定时打印报 表的时间( 时刻或时段) 、论询时间间隔设置等。 b ) “数据库设置”：用户可在此处重新转储历史数据，包括 北方交通大学硕上论文 对数据是否需要记录进行控制( 包括：是否记录及多长 时间记录一次等) 、指定数据源名称、指定数据库容量或 存储时间等。在设置历史数据的存储天数时，注意必须 确保有足够的磁盘空间来存储数据库文件。 c “轮询”：启动或停止系统对指定的设备或设备群的自动 轮询。注意：若某端口有设备被锁定，则必须解除锁定 后，才能结束轮询。 d “打印预览”：预览运行系统中当前要求打印的内容( 如 报表、曲线等) 的打印效果。 e “打印设置”：对打印机及打印纸进行设置。选择此菜单 项，弹出“打印设置”对话框，在此对话框中可对打印 机的属性及纸张的属性进行设置。 f “打印”：打印运行系统当前要求打印的内容。选择此菜 单项，系统会弹出“打印”对话框，确认您的打印机属 性设置后，单击“确定”便可打印运行系统中当前要求 打印的内容。 g “退出”：退出运行系统。选择此菜单项可退出运行系统， 系统在退出之前会提示您是否真正退出，并要求输入退 出口令。系统将“退出”事件记录到事件库中。 2 用户菜单 “用户”菜单项下包含操作命令：用户登录、用户退出、用 户管理、当前用户。 a “用户登录”：在第一次启动运行系统时，登录的用户被 默认为系统管理员，不需要密码。 1 3 “用户退出”： 退出当前用户。 c “用户管理”：由系统管理员对用户资料进行添加、修改、 北方交通大学硕七论文 删除等操作。用户资料包括用户名、权限等。系统管理 员可以指定每个操作的访问权限。系统管理员拥有最高 权限。在这里可以更换系统管理员。 3 视图菜单 “视图”菜单项下包含操作命令：工具栏、状态栏、放大画 面、缩小画面、原倍画面、向上级。 a “工具栏”：菜单项前面有对号表示显示工具栏，否则为 隐含工具栏。 b “状态栏”：菜单项前面有对号表示显示状态栏，否则为 隐含状态栏。 c “放大画面”：放大当前显示的画面。 d “缩小画面”：缩小当前显示的画面。 e “原倍画面”：使当前显示的画面回到原来的大小。 4 查询菜单 查询菜单项下包含操作命令：当前信息、报警信息、历史 数据、趋势图、接线图、系统日志。 a “当前信息”：主要是实时地显示当前正在通信的信号点的 所有基本参数( a i 、d o 、d i ) 的当前值。有贯通和自闭之 分。能对d 0 进行控制，操作时要求输入密码。d o 、d i 的 不同状态应采用不同的颜色加以区别。能获取当前时刻的 电力波形数据，观察实时波形。用户可以选择需要显示的 波形。对此时读取的波形数据，不记入数据库。 b “报警信息”：显示历史报警信息的报表。报表的字段有： 序号、工区、信号点、日期、时间、报警类型、详细描述。 可以观察对应报警记录的报警波形。显示波形的数据存放 垄塑奎望盔兰堡苎堡茎 在数据库中。波形有u i a 、u i b 、u i c 、1 1 a 、i l b 、1 1 c 、i l n 、 u 2 a 、u 2 b 、u 2 c 、1 2 a 、1 2 b 、1 2 c 、1 2 n 。用户可以选择需要 显示的波形。显示要有横坐标和纵坐标，故障触发点的坐 标，最好有网格线。注意曲线之间的对比显示( 用不同的 颜色区分) ，要显示的波形都在同一个图中，带下标1 的为 一幅图，带下标2 的为另一幅图。能选取要显示的波形范 围。能打印波形。 c “历史数据”：包含操作命令：基本参数、s o e 记录、波形 数据。 a ) “基本参数”：显示a i 、d o 、d i 的报表。报表的字段有： 序号、工区、信号点、日期、时间、u i a 、u i b 、u i c 、u i a v 、 u i a b 、u i b c 、u i c a 、i l a 、1 1 b 、i i c 、i i n 、i i a v 、u 2 a 、 u 2 b ，u 2 c ，u 2 a v 、u 2 a b ，u 2 b c 、u 2 c a ? 1 2 a ，1 2 b ，1 2 c ， 1 2 n 、1 2 a v 、p 1 、q 1 、s i 、p f i 、f 1 、p 2 、q 2 、s 2 、p f 2 、 f 2 、a i l 、a 1 2 、d 1 1 、d 1 2 、d 1 3 、d 1 4 、d 1 5 、o f 6 、d 1 7 、 d 1 8 、d 0 1 、d 0 2 、d 0 3 、1 ) 0 4 、d 0 5 、d 0 6 、d 0 7 、d 0 8 。用户 可以选择需要显示的字段。 b ) “s o e 记录”：显示s o e 的报表。报表的字段有：序号、 工区、信号点、日期、时间、d i l 、d 1 2 、d 1 3 、d 1 4 、d i s 、 d 1 6 、d 1 7 、d 1 8 。用户可以选择需要显示的字段。 c ) “波形数据”：显示发生报警时记录下的波形数据的报 表。报表的字段有：序号、工区、信号点、日期、时间、 u i a 、u i b 、u i c 、i l a 、i l b 、i l c 、i i n 、u 2 a 、u 2 b 、u 2 c 、 1 2 a 、1 2 b 、1 2 c 、1 2 n 。用户可以选择需要显示的字段。 可以显示数据对应的波形。 d “趋势图”：绘制趋势曲线图。包括u i a v 、i i a v 、p i 、u 2 a v 、 1 2 a v 、p 2 。绘制曲线时，从历史数据库中读取数据。注意 曲线之间的对比显示( 用不同的颜色区分) ，要显示的波形 2 0 一 北方交通大学硕上论文 都在同一个图中，带下标l 的为一幅图，带下标2 的为另 一幅图，最好有网格线。能按时间选取显示的曲线段。默 认显示最近1 2 小时或2 4 小时的趋势曲线。能打印曲线。 e “接线图”：显示一些可供查询的信号点接线图。 f “系统日志”：显示系统记录的事件的报表。报表的字段 有：日期、时间、操作员、事件内容、备注。 图2 - 7 系统日志浏览 5 帮助菜单 “帮助”菜单项下给出系统说明和版本信息系统等。 a c c u m a n a g e r 调度系统的其它一些功能说明如下： 1 状态栏： 状态栏上显示的内容为： a 自动轮询( 黑色表示a c c u m a n a g e r 调度系统正处 于轮询状态；灰色表示轮询被禁止) ： b 正连接到x 区x 信号点、已连接到x 区x 信号点、 正断开x 区x 信号点、已断开( 表示当前的通讯 状态) ： 2 报警机制： 系统运行过程中，当发生开关变位、s o e 数据、事故报 警等事项时，能自动弹出报警信息窗口，推出报警画面， 北方交通大学硕士论文 自动产生事项记录，伴有声音或语音报警。 3 茴面动态着色： 显示的画面能够动态着色，这样可以反映线路检修、旁 路替代等电网实际运行状况。 4 遥控可在信号点接线图上直接进行，直观方便。操作时 要输入口令，操作过程自动记录，使系统具有较好的安 全性。 5 表的格式能方便地扩充和修改。能按需要查找相应的记 录。能按字段对记录进行排序。能按s e l e c t ( 字段) f r o m ( 表) w h e r e ( 条件) 查找想要的一组记录。比如， 在系统日志中，按操作员查询，输入要查询的操作员的 名称，点击确定按键，再点击。刷新按键，查询结果 将显示在系统日志中。若刷新后报表中无数据，则表明 在数据库中没有所要查询的记录。能修改记录。能计算 最大、最小值、平均值等统计数据。注意，修改的数据 或记录不记入数据库中，即不是对数据库的修改，而仅 是暂时修改，方便打印。打印报表时，要有标题、页码、 当时的日期和时间、以及记录编号。可以设置数据报表 中指定数据项显示时的字体及颜色。 6 数据登录方式为：每拨通一个信号点的设备时记录一次 所有变量的值，然后，在实时通信时，每隔一段时间系 统才将所有变量的值记录到历史数据库中。 2 2 2p a n e l e d i t 画面编辑器 p a n e l e d i t o r 画面编辑器是和a c c u m a n a g e r 调度系统相配合 的一个绘图软件，它绘出的图形是专门用来为a c c u m a n a g e r 服务 - 2 2 北方交通大学硕士论文 的。p a n e l e d i t o t 画面编辑器的集成开发环境遵循w i n d o w9 5 9 8 和w i n d o wn t 图形界面( g u i ) 标准，它主要用于创建虚拟现实 场景( 图形页) 以及进行一些相关的动画连接等。它对 a c c u m a n a g e r 中使用的图形资料进行灵活配置起到了重要作用。 p a n e l e d f f o r 画面编辑器能够用来绘直线、十字线、矩形、 圆角矩形、圆、椭圆，同时可以添加标签、命令按钮、图形按钮 等。另外，它还能以文件的形式粘贴图形，这样，可以大大的减 少绘制复杂图形的工作量。同时，p a n e l e d i f o r 还能够对画面进 行编辑，例如删除图元，排列图元顺序等；对画面属性进行设置， 例如改变画面窗口颜色等等。 p a n e l e d i t o r 是一个w i n d o w s 风格的绘图应用程序，它的 图形用户界面图2 8 所示： 图2 - 8p a n e l e d i t o r 图形界面 北方交通大学碗j ：论文 p a n e l e d i t o r 是一个专用的绘图应用程序，具有以下特点： 1 可以建立动画连接： 命令按纽和图形按纽都可以建立动画连接。将图 形对象的作图属性( 位置、大小、颜色、文本等) 与数 据或操作联系起来称为动画连接。具体做法是：先选中 对象，然后再选择“动画连接”菜单项，在弹出的“动 画连接”对话框中进行设置。 点击“动画连接”菜单项后，弹出一个“动画连 接”对话框，可以在对话框中新建、修改或删除被选中 图元的有关连接设置。能够定义动画连接的图元有“命 令按钮”、“图形按钮”、“图像”和“开关”等。 a 命令按钮的连接 命令按钮的动画连接对话框，如图2 - 9 所示。在 对话框中点击“浏览”，选好要进行连接的图形文件以 后，点击“新建连接”或“修改连接”即可。若要删除 已有的连接，只需点击“删除连接”。 图2 - g 命令按钮的动画连接 北方交通大学硕士论文 b ，图形按钮的连接 图形按钮的动画连接对话框，如图2 1 0 所示。在 对话框的变量树中选择相应节点以后，点击“新建连接” 或“修改连接”即可。注意，图形按钮进行动画连接时 只能连接a c c u m a n a g e r 中的一级、二级或三级图，也 就是说只能连接段、供电臂或车站图。 图2 1 0 图形按钮的动画连接 c 开关的连接 开关的动画连接对话框，如图2 - 1 1 所示。在对话 框的交量树中选择相应节点以后，然后在开关下拉列表 中选择要连接的开关，点击“新建连接”或“修改连接” 即可。注意，开关进行动画连接时只能连接 a c c u m a n a g e r 中的一级、二级或三级图，也就是说只能 连接段、供电臂或车站图。若开关已经建立了动画连接， 则对开关进行相应的操作就必须通过鼠标右键的快捷 菜单进行。 2 5 图2 一1 1 开关的动域连接 2 可以赢接调用外部图形 利用图像可以把外部画好的图形直接拉进该绘图 系统中，从而实现充分利用已有的图形资源，大大减少 绘图的工作量。例如，通过调用由a u t o c a d 绘图程序绘 出的图形，可以达到利用a u t o c a d 绘图程序的强大绘图 功能的目的。 这一功能特点使得p a n e l e d i t o r 的绘图任务变的 得非常简单，绘图的速度也大大提高了。 p a n e l e d i t o r 直接调用外部图形实际上是指把外 部图形粘贴到自己的图中来，如图2 1 2 所示。 北方交通大学硕上论文 图2 1 2 粘贴外部图形 3 图形是元件的组合 用p a n e l e d i t o r 画面编辑器绘图实际上是把各种图形 元进行组合，例如，把直线、圆、椭圆、圆角矩形等可以 组合成各种各样的图形。 通过改变各个图形元件的属性，例如，改变线条颜色 和宽度，可以实现图形的多样化，绘出复杂的图形来。 正因为图形是元件的组合，所以图形的修改非常方便， 如果想修改图形中的某一个元件，就可以只针对该元件进 行改变，而不会影响其它的元件。这也是p a n e l e d i t o r 画 面编辑器的一个显著特点，充分利用它，也可以提高绘图 的速度。 北方交通大学硕士论文 2 3 系统的硬件组成部分 2 3 1 、结构组成 铁路信号电源监控单元是系统的主要硬件部分，它的实体图 如图2 1 3 所示。 图2 1 3 信号电源监控单元实体图 铁路信号电源监控单元是整个系统的信息来源，在系统中起 着非常重要的作用。铁路信号电源监控单元主要包括s p m 6 0 信号 电源监控终端，供电装置、通讯设备以及操作机构。它的方框结 构组成如图2 1 4 所示。 交流信号输入 ( 贯通线) 交流信号输入 ( 自闭线) 传感器信号输入 开关信号输入 图2 一1 4 信号电源监控单元 通讯线路 控制输出 电源输入 从图中可以看出，s p m 6 0 是硬件部分的核心部分，它处理信号 的输入输出，进行简单的信号处理，我们在后面对它进行详细的 介绍。 - 2 9 - 北方交通大学硕士论文 2 3 。2 供电装置的结构 供电装置的结构框图如下 l l 0 v a c r f 充电控制器 开关 电源 蓄电池组 图2 一1 5 供电装置结构图 供电装置包括开关电源、充电控制器、蓄电池组三部分。 正常情况下，s p m 6 0 终端、通讯设备、操作机构的电源均从开关 电源获得，充电控制器为蓄电浊组进行充电：在交流失电情况下， 充电控制器会自动地快速切换蓄电池供电，维持上述各设备的正 常工作，直到恢复供电。假如长时间无法恢复供电，充电控制器 会在蓄电池电压低到一定门槛时断开蓄电池，以避免蓄电池因过 放电而损坏。 2 3 3s p m 6 0 信号电源监控终端 s p m 6 0 信号电源监控终端是核心元件，它负责对电源的两路 入h - - - 相电源进行实时监测，包括各种电气参数、波形、高低压 开关位置等：并可实现高低压开关的遥控操作。可以说，它是整 个系统的传感器和信息来源。 s p m 6 0 信号电源监控终端是总结了电力系统自动化中r t u 和 f t u 的技术精华，并汲取许多国外产品的成功经验结合铁路系统 北方交通大学硕士论文 的实际需求研制开发的，先进的数字信号处理技术( d s p ) 、大规 模逻编程器件( c p l d f p g a ) 、计算机通讯技术、实时多任务操 作系统( r t o s ) 在产品中都有应用。考虑到铁路的应用环境和对 可靠性的高度要求，s p m 6 0 在温度适用范围、电磁兼容等方面都 有完善的设计。 1 s p m 6 0 监控装置的功能及规格 a 遥测量 可测量自闭和贯通路电压、电流共1 4 路交流量 输入方式： 互感器隔离方式，v 隔离电压 额定输入：电流：3 0 a 6 0 a 电压：2 2 0 3 8 0 v 频率范围：4 5 5 5 h z 精度： 电压：1 f s 电流：1 f s 负荷： c t 0 2 v a p t 0 2 v a 输入阻抗：电压通道l f q 测量参数： 各线电流、中线电流、 波形记录： 采样频率： 相线电压、有功功率、无功功率、功 率因数、频率、相序等 自动记录触发点前后五周的波形数据 各通道均为1 6 点周期 b 越限报警 可设定电压和电流的限值，当被测自闭或贯通电压、电流超 过限值时，s p m 6 0 装置自动报警。 a ) 电压可设定四个限制，分别为：高限、高高限、低限、 低低限； 韭查銮墨查兰堡圭堡壅 一一 b ) 电流可设定两个限值，分别为：高限、高高限； c )自动记录报警先后电压和电流的有效值的趋势曲线。 c 故障报警 当故障电流超过开关设定值时，开关保护性跳闸，s p m 6 0 装 置自动报警并记录故障发生时刻前后自闭和贯通线路的电压和电 流波形。 a ) s p m 6 0 最少可以存储5 组故障的波形； b ) 每个波形组记录全部1 4 路自闭和贯通的电压和电流波 形； c ) 每路电压或电流可记录故障发生前后各5 个周波的波 形： d ) 每个周波记录1 6 个点数据。 d 开关状态监视( 遥信) 通道数：可监视多达8 个开关的状态 隔离电压： 2 5 0 0 v d c 供电方式： 内部2 4 v 供电( 最大电流2 0 m a ) 去抖时间：l o m s ( 软件可设定) 工作方式：状态输入、s o e 记录或脉冲计数 s o e 分辨率： i m s e 开关控制( 遥控) 通道数：有8 路继电器输出，可控制4 个自动开关 触点特性： f o r ma ，5 a 眈4 0 v a c ，7 a 2 4 v d c 工作方式：开关量输出或合分闸控制对 支持s b o 方式工作( 时间参数可设定) f 通讯赋值 a ) 站点名称和上传调度电话号码 b ) 电压和电流报警限值和越限启动条件 北方交通大学硕士论文 c ) 校时 d ) 录波启动条件 g 通讯 通道数： 速率： 通讯协议 h 环境条件 工作温度： 工作湿度： 电磁兼容： i 工作电源 电压： 功耗： 2 路r s 一2 3 2 工作通讯口 l 路r s 一2 3 2 维护通讯口 1 2 0 0 1 9 2 0 0 b p s 支持异步通讯方式，支持m o d b u s 。r t u 通讯 协议 一2 0 7 0 5 9 5 符合i e e e 4 7 2 1 9 7 4 a n s ic 3 7 9 0 a 1 0 3 0 v 5 w - 3 3 北方交通大学硕士论文 2 s p m 6 0 监控装置的结构框图 图2 - 1 6s p m 6 0 结构图 s p m 6 0 监控终端采用了先迸的双处理器结构，具有非常强的 实时数据处理能力和通讯能力，其硬件分为主处理器和信号处理 器两大部分，主处理器及其外围( 存储器r 嘣r a m ，实时钟r t c ， u a r t ) 主要负责协调进程，处理通讯、i o 、数据存储等事务：信 号处理器及其外围负责所有的模拟信号的调理、采集和计算分析 记录。 “ 北方交通大学硕士论文 3 s p y l 6 0 的特点 s p m 6 0 信号电源监控终端是当地监控单元的重要核心元 件，它负责电力参数的采集、计算，开关的监视及各种数据 的存储、波形的记录和通讯控制等等，经由通讯设备将数据 传输给调度系统。s p y 6 0 可以在室外安装，适应宽范围温度变 化，具有以下特点： ( 1 ) 电磁兼容方面有完善的设计，能适应电气化铁路强电 磁干扰环境； ( 2 ) 遥测电量直接交流采样，省去变送器等传统交流测量 装置，测量环节简化，工程实旅简单，可靠性和精确 性进一步提高； ( 3 ) 电压电流波形记录功能，主要用于电源故障的事后分 析，每个电压和电流波形记录1 6 点，能足够准确的 描绘出电压电流的实际波形，并准确给出故障发生的 时刻，作为分析事故的重要依据： ( 4 ) 遥信量除记录开关状态外，还具有开关动作顺序记录 功能( s o e ) ，可用于分析故障时开关动作的先后状态 和时间顺序； ( 5 ) 监控设备设计有标准通讯接口，可以和任何具有标准 通讯接口通讯设备相连。 ( 6 ) 通讯采用国际工业标准通讯协议，校验能力强，通讯 效率高、可扩展和接入其他国际标准通用仪表、设备 和系统。 4 s p m 6 0 监控装置的接线方法 s p m 6 0 接线采用三相四线制，被测电源信号进线如图2 - 1 7 所 示。 端予排( 1 3 0 ) 采用线型规格为l m m 2 的铜导线， 北方交通大学硕士论文 端子排( 3 1 6 1 ) 为控制信号端子，采用线型规格为0 5 m m 2 的铜塑软导线。 s p m 6 0 的接线如下图所示： i c 23 4567891 01 11 2 1 31 4，51 61 71 8 1 92 02 12 2 2 3“2 52 62 72 8 柏3 03 1 心，j 沙 、。【，iff l jj 、浮。； 7 p 2 i e 。i 。 m 脚 5 妒 。 - l ? x 一 o -u ? ： _ l - ? 竺 。u 苫。u。? 图2 1 7s p y 6 0 接线方法 5 s p