（电力电子与电力传动专业论文）铁路信号电源集中监控系统的研究与设计.pdf

s u h e c t l s t u d yo nc e n t r a l i z e dr e m o t ec o n t r o l m o n i t o rs y s t e mo f r a i l w a ys i g n a l i n gp o w e r s p e c i a l t y ：p o w e re l e c t r o n i c s & p o w e r t r a n s m i s s i o n n a m e：w u s h u x u e i n s t r u e t o r - x nj u n ( s i g n a t u r e )旺莎从此 a b s t r a c t r a i l w a yi sp m y i n g a ni m p o r t a n tr o l ei nt h ee c o n o m y ld e v e l o p m e n ta sw e l l 嬲o u rd a i l y l i f e w i t hr a i l w a yf u r t h e rs p e e d i n gu p , a i m i n ga tl l i g b - s p e e d , h i g h - d e n s i t ya n dh e a v y - l o a d e d , t h e r ea i n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t sf o rr a i l w a ys i g n a l i n gw h i c hc o n d u c ta n dc o n t r o lt r a i n o p e r a t i o nw o r k i n gs m o o t h l ya n ds a f e l y a so n eo f f u n d a m e n t a lr a i l w a ys i g n a l i n ge q u i p m e n t s ， r a i l w a ys i g n a l i n gp o w e rs u p p l yp a n e lw h i c hd i s t r i b u t e da l o n gt h er a i l r o a d , m u s tb em o m m r e d a n dc o n t r o l l e dt oe n s l mt h es a f e t y s t a b i 脚a n dr e l i a b i l i t yo f r a i l w a ys i g n a l i a go p e r a t i o 几 a n a l y z i n gt h em a i n t e n a n c eo f p r e s e n tf i e l dr a i l w a ys i g n a lp o w e re q u i p m e n t s , w ef i n d o u ts u c hw e a k n e s s e sa sp o w e rs u p p l yp a n e lc o u l dn o tb es u b s t i t u t e db ys t a n d - b y0 1 ew h e ni t i so u to f w o r k ；t h ef a i l u r eo f p o w e r s u p p l yp a n e lw h i c hi sl o c a t e di nt h er e m o t er a i l w a y 8 t a t i n b , w h e r ei s1 1 0m a i n t e n a n c e - m a nh a sb i gi m p a a 0 1 1r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n ；t h e c e n t r a l i z e dt 呛m o t ec o n t r o l ，m a n a g e m e n ta n dm o u i t o ro f t h er a i l r o a ds i g n a lp o w e ri sn o t a v m l a b l e s o i ti sl l e c 七s s a f yt od e v e l o pt h er a i l w a ys i g n a lp o w e rm o n i t o r & c o n t r o ls y s t e m ( i ns h o r tr s p m c s ) t h ei m p o r t a n c ea n ds i g n i f i c a n c eo f r s p m c sw e r ep r e s e n t e df i r s t , a n dt h e nt h e p r i 眦i p a l a n d c o m p o n e n t s o f r s p m c s w e r e i n t r o d u c e d c o n s i d e r a t i o n o f e c o n o m y ，r e l i a b i l i t y a n df e a s i b i l i t y , b a s e do ns i g n a lp o w e re q u i p m e n t sw h i c ha r el o c a t e di nt h em a i nm i l r o a df r o m s h e n m ut oy a h a n , a n dw h i c hw a sm a i n t a i n e db yt h ey a h a nb e ie l e c t r i c a lm a m t e 碰m c e u n i t , t h en e t w o r k 部c h i t e c t u r eo f r s p m c sw a sp r e s e n t e d 1 1 圮s o , w a r ef o ri n d u s t r i a lp ci n u s eo f v i s u a lc h6 0w a sd e v e l o p e d t h eh a r d w a r ed e s i g na n dp r o g r a m m i n gf o r c o l l e c t i o n - c o n t r o l l e rw e r ec o m p l e t e d t h es i m u l a t i o n sml a ba n do n - s i t et e s th a v eb e e nc a r r i e d o u t 蚴u s e o f c o m p u t e rc o m m u n i c a t i o na n dm i c r oc o n t r o lu n i t ( m c u ) t e c h n o l o g y , t h e r a i l w a yp o w e rs u p p l yp a n e lc a nb em o m t o r e da n dc o n t r o l l c db yt h er s p m c s r s p m c si st h er e s u l to f a p p l y i n gi n f o r m a t i o na n di n t e l l e c t u a lt e c h n o l o g yt or a i l w a y s i g n a l p r e - m a i n t e n a n c ec o u l db ec a r r i e do u tb yu s eo f r s p m c s ，w h i c hm a k e sl o t so f c o n t r i b u t i o a ss u c ha ss a v i n gl a b o r s ，i m p r o v i n gw o r k i n g c o n d i t i o n , p r o m o t i n gm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t , r e d u c i n gc o s to f m a i n t e n a n c e ，i m p r o v i n gp r o d u c t i v i t y , e n h a n c i n gt h er e l i a b i l i t y a n d 鼢f b t yo fm i l k ys i g n a le q u i p m e n t s r s p m c sw i l lp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei ns e c u r i n gt h ef a s t - s p e e d ，h i g h - q u a l i f i e d - s e r v i c e ， s a f e t ya n dt i m e s c h e d u l e do f r a i l w a yl r a n s p o r t a t i o n k e yw o r d s ：r e m o t ec o n t r o l & m o n i t o rr a i l w a ys i g n a lp o w e r s 、】v i t c h i n ge t h e m e t m i e r oe o n t r o lu n i t 压姿料技夫学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 nw 一 学位论文作者签名：；若略日期：o l 凶，6 。 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：指导别雠：许霄 o 年6 月f 日 ， 1 绪论 l 绪论 铁路在国民经济发展和人们日常生活中具有十分重要的地位。随着铁路的进一步提 速，向重载、高速、高密度方向发展，对直接指挥和控制列车运行的铁路信号设备的稳 定、可靠、优质运行提出了更高的要求。而铁路信号系统内的基础设施一电源设备，其 供电的可靠性和供电质量会直接影响到铁路信号设备的安全、可靠、稳定地运行。由于 铁路电源设备分布于铁路沿线各车站，为保障铁路信号系统设备的正常运行及设备安 全，对铁路沿线各车站的信号电源设备进行实时监控、统一管理势在必行。信号电源设 备的维护管理走向集中监控、集中维护、集中管理己成为必然。 本章阐述了铁路信号的组成、功能，介绍了铁路信号电源的种类和供电模式，分析 了课题的研究意义，对论文的主要研究工作做了简要说明。 1 1 铁路信号 铁路信号是指挥和控制列车运行的重要的铁路技术装备，主要包括车站信号、区间 信号、驼峰信号、调度监督、调度集中、微机监测，以及铁路运输调度指挥管理系统。 现场的信号设备主要由轨道电路、信号机、转辙机和联锁装置构成。轨道电路用于监督 铁道上是否有列车占用以及向机事发送机车信号信息；转辙机用于转换道岔，从而改变 列车的行车路线；信号机用于指示列车运行；联锁装置接受铁路运输人员的调度命令， 根据轨道电路提供的线路状态( 占用或空闲，即现有线路上的列车运行状态) 和信号机 的显示进行联锁运算，在保证安全和效率的前提下，输出控制命令，驱动现场的转辙机 为列车运行准备进路，进路准备好后，联锁装置驱动现场的信号机开放，指示列车按规 定速度运行。在安装有电码化设备的线路，还要通过轨道电路设备向机车传递机车信号 信息，给司机提供允许机车行驶的速度信息，控制机车按规定速度运行。铁路信号设备 对于铁路行车安全和效率具有十分重要的意义，被比作铁路的眼睛。铁路信号设备必须 具备高可靠性、安全性和实时性，必须保证不问断地工作。 1 2 铁路信号电源 1 2 1 铁路信号电源种类 铁路信号电源为铁路信号设备提供各类工作电源，主要包括以下几类： ( 1 ) 交流电源 信号机点灯电源：2 2 0 v ，用于室外的各类信号机点灯； 控制台表示灯电源：2 4 v ，用于控制台表示灯电路； 西安科技大学硕士学位论文 道岔表示电源：2 2 0 v ，用于道岔表示电路，给出道岔定反位表示( 即道岔的开 通方向) ； 轨道电路电源：2 2 0 v ，轨道电路工作电源，用以反映钢轨空闲或占用。 ( 2 ) 直流电源 安全型继电器工作电源：2 4v ，用于给各类直流安全型继电器提供工作电源； 转辙机电源：2 2 0 v ，用于普通道岔z d 6 型直流电动机，以转换室外的道岔设备。 1 2 2 铁路信号电源供电模式 铁路信号设备为一级负荷，每一个车站信号楼内设有电源屏为信号设备提供各种电 源。电源屏设计为主备双套，正常情况下，由主用电源屏供电，当主用电源屏故障时， 由人工切换至备用电源屏工作，未投入使用的电源屏可以做到完全断电维修。电源屏由 外电网提供2 路( i 路、路) 输入电源，其中一路给电源屏供电，另一路处于备用状 态。 本系统以北京铁路局电务器材厂生产的，用于神( 木) 一延( 安) 铁路的p j z x 3 5 型中站电源屏为例进行系统设计。该套电源屏由三面屏组成，即一面稳压转换屏，两面 交直流屏。稳压转换屏完成外电网输入的i 路和路电源的自动或手动切换( 外电网提 供两路电源给电源屏供电，但同时只能有一路电源工作) ，对外电网电源进行稳压后送 至交直流电源屏。当稳压器故障时可自动或人工切换至外电网电源直接供电模式。两面 交直流电源屏完全一样，提供前述的各类交直流电源。正常情况下主用交直流电源屏( a 屏) 工作，另一面交直流屏( b 屏) 作为备用屏完全断电停止工作。当主用交直流电源 屏故障时，通过人工操作完成主备交直流电源屏的切换。 附：p j z x 3 5 型中站电源屏主要电气参数如下： 交流稳压器稳压精度：输入：a c2 1 5 2 4 0 v 输出：a c2 1 4 2 2 6 v 继电器电源：d c 2 4 v1 5 a 电动转辙机电源：d c 2 2 0 v1 2 a 信号点灯电源l ： a c 2 2 0 v 2 5 a 信号点灯电源2 ： a c 2 2 0 v 2 5 a 轨道电路电源l ： a c 2 2 0 v2 a 轨道电路电源2 ：a c 2 2 0 v 2 a 道岔表示电源：a c 2 2 0 vl a 控制台表示灯电源：a c 2 4 v 1 5 a 2 i 绪论 1 3 课题研究的意义 铁路信号系统内的基础设施一电源设备。其供电的可靠性和供电质量会直接影响到 铁路信号设备的可靠、稳定运行。信号电源设备发生故障对信号设备的影响范围比较大， 当主用电源屏发生故障时，如何以最短的时间进行主备电源屏切换，把对行车的影响减 少到最小便成为关键。目前现场安装的主备电源屏不具备故障自动切换功能，当主用屏 发生故障后，要靠人工切换至备用屏，切换程序繁杂。另外对于像兰新线、青藏线等自 然环境比较恶劣的沙漠、山区铁路沿线，有很多无人值守车站( 指无信号维修人员现场 值班) ，主用电源屏发生故障后，要靠车站人员电话通知有关大站上的信号值班人员赶 到现场进行倒屏操作。这些大站往往距离在几十公里以外，如果交通不便，就会造成很 长时间的故障延时，对行车造成严重影响。所以有必要研制主备电源屏故障自动切换系 统，并对现场各个车站电源屏的运行进行集中监测和控制，以利于及时发现信号电源故 障，把因电源故障对行车的影响减小到最小程度。 由于铁路电源设备分布于铁路沿线各车站，为保障铁路信号设备的正常运行及设备 安全，对铁路沿线各车站的信号电源设备进行实时监控、统一管理势在必行。信号电源 设备的维护管理走向集中监控、集中维护、集中管理己成为必然。这也正是研制铁路信 号电源集中监控系统的目的。 1 4 论文所做的主要研究工作 论文的研究工作主要有： ( 1 ) 深入现场了解目前铁路信号电源的维修管理体制，深入学习了用于神延铁路的 信号电源屏的工作原理。 ( 2 ) 针对延安北电务段管内信号电源设备的分布特点和现行的维修管理模式，完成 了系统网络体系结构设计。 ( 3 ) 完成了采集控制器和电源屏接口硬件电路设计，并搭建了具体电路。 “) 完成了上位机和采集控制器的软件设计。上位机程序是在v i s u a lc + + 6 0 集成环 境下开发的人机界面程序。采集控制器程序是在k e i lu v i s i o n 2 环境下开发的汇编程序， 主要完成电源屏输出的各项电源的采集，主备用电源屏的故障自动切换，以及与上位机 的通信。 ( 5 ) 实验验证。在实验室完成了采集控制器与上位机软硬件模拟实验，在实验室的 局域网络环境下完成了中央监控主机与各车站上位机的联机实验，在延安北电务段电源 屏工区完成了采集控制器、上位机与信号电源屏联机实验。验证了软硬件设计的正确性 和系统运行的稳定性。 3 西安科技大学硕士学位论文 1 5 本章小结 铁路信号是指挥和控制列车运行的重要的铁路技术装备，铁路信号设备对于铁路行 车安全和效率具有十分重要的意义，被比作铁路的眼睛。铁路信号设备为一级负荷，每 一个车站信号楼内设有电源屏为信号设备提供各种电源。信号电源设备供电的可靠性和 供电质量会直接影响到铁路信号设备的可靠、稳定运行。为解决山区、沙漠铁路无人值 守车站信号电源设备故障对运输的严重影响，为确保铁路信号电源设备的安全，有必要 研制主备电源屏故障自动切换系统，并对现场各个车站电源屏的运行进行集中监测和远 程控制，以利于及时发现信号电源故障，把因电源故障对行车的影响减小到最小程度。 4 2 铁路信号电源集中监控系统组成及功能 2 铁路信号电源集中监控系统的组成及功能 本章介绍了铁路信号电源集中监控系统的硬件构成及各部分的作用，对该系统所能 实现的主要功能进行了具体叙述，并简要介绍了系统的网络体系结构。 2 1 铁路信号电源集中监控系统的组成 如图2 1 所示，本系统主要由设于各车站信号楼内的上位机、采集控制器和采集执 行器件( 交流接触器、固态继电器、电量变送器、安全型继电器) ，设于电务段总监控 室的集中监控主机，以及交换机等网络设备组成。上位机采用工业控制计算机，采集控 制器是由a t m e l 公司的a t 8 9 s 5 2 微控制器为核心构成的单片机应用系统。各车站的上位 机与集中监控主机联接成高速交换式以太网络。 5 西安科技大学硕士学位论文 i i i i ；i i t i i i i i i | i i i j - 图2 1 铁路信号电源集中监控系统组成图 2 2 铁路信号电源集中监控系统的功能 ( 1 ) 车站信号楼的上位机 可以图形界面实时显示电源屏的运行状态：两路外电网电源是否正常，电源相 电压值是多少，是i 路电源工作还是i i 路电源工作；是主用屏工作还是备用屏工作；工 作的电源屏输出的各种电源电压、电流值是多少；稳压器是否正常工作，还是因稳压器 6 2 铁路信号电源集中监控系统组成及功能 故障外电网电源处于直供模式；外电网电源经过稳压器稳压后的电压值是多少。 上位机可以发出主备电源屏切换指令，由采集控制器完成电源屏切换，以检查 备用电源屏是否处于完好状态。上位机还可发出指令，由采集控制器完成电源屏外电网 两路供电电源的切换以及稳压器的投入与甩开的操作等。 在上位机上还可以观察到电源屏各项电源参数4 8 小时以内的历史值。 ( 2 ) 集中监控主机 设于电务段电源屏工区的集中监控主机，通过高速以太网，利用远程控制软件 p c a n y w h e r e 可调用监控范围内的任一个车站的上位机的屏幕显示，从而了解到管内各 车站电源屏运行状况，还可操作上位机的有关控制电源屏的菜单命令。当某个车站的主 用电源屏故障，该站的采集控制器通过上位机经过以太网将故障信息反馈给集中监控 机，集中监控机给出报警信号，通知信号值班人员及时赶到现场处理故障。 ( 3 ) 采集控制器 ， 执行上位机指令。接受上位机( 或集中监控主机通过各车站的上位机) 发送过 来的各种诸如电源屏切换，外电网i 、h 路供电电源切换等指令，驱动执行器件进而完 成相应的操作。 与上位机通信。采集控制器通过串口与上位机实时通信，将电源屏输出的各项 电源参数以及电源屏的工作状态等数据周期性地发送给上位机。 主备电源屏故障自动切换。电压电流变送器将电源屏输出的各种电源变换为适 于a 巾转换器处理的信号，继而送给采集控制器的微控制器，微控制器比较并判断各项 电源电压参数是否低于设置的下限值，如果是，则输出电源屏切换命令，驱动交流接触 器、固态继电器、安全型继电器等执行器件完成主备电源屏的切换。 2 3 铁路信号电源集中监控系统的网络结构 本系统采用分层的网络结构，第一层，采集控制器通过r s - 4 8 5 串行总线与上位机 进行通信。因为r s 2 3 2 是一对一的通信标准，所以要增加r s - 4 8 5 r s 2 3 2 转换电路。 考虑到通信网络的发展趋势以及系统的可升级性。该系统的第二层采用高速交换式以太 网，将设于电源屏工区的集中监控主机与分布于铁路沿线各车站信号楼的上位机以及一 些监控终端联接起来，作为主要的通信平台。这样集中监控主机就能够通过以太网随时 监控管内铁路沿线各车站的信号电源屏。 本系统为开放式系统，既可以单独成网，也可将6 5 0 2 电气集中微机监测和信号楼 环境监测( 门禁、温度、湿度、烟雾报警、火灾报警、空调监控) 系统纳入进来。本系 统也可作为铁路运输调度指挥管理信息系统的一个子系统。 7 西安科技大学硕士学位论文 2 4 本章小结 本系统主要由设于各车站信号楼内的上位机、采集控制器和采集执行器件，设于电 务段总监控室的集中监控主机，以及交换机等网络设备组成。该系统实现的主要功能为： 主用电源屏故障后能自动切换至备用电源屏，并立即将报警信息上传至中央监控机；中 央监控主机可实时监测管内各车站信号电源屏的运行情况；中央监控主机和各车站信号 楼的上位机可随时发出指令控制主备用电源屏之间的相互切换，给电源屏供电的外电网 i 、n 路电源之间的切换，以及甩开和恢复稳压器等操作。本系统采用分层的网络结构， 第一层，采集控制器通过r s _ 4 8 5 串行总线与上位机进行通信。第二层采用高速交换式 以太网，将设于电源屏工区的集中监控主机与分布于铁路沿线各车站信号楼的上位机以 及一些监控终端联接起来，作为主要的通信平台。 8 3 铁路信号电源集中监控系统通信网络设计 3 铁路信号电源集中监控系统通信网络设计 本系统以高速交换式以太网作为通信平台，通过计算机网络远程控制软件实现对分 布于铁路沿线各车站的信号电源设备进行远程集中监控。 本章首先介绍了现代交换局域网，针对延安北电务段管内信号电源设备的分布特点 和现行的维修管理模式，对网络拓扑结构进行了说明，对网络操作系统、计算机网络远 程控制软件进行了简单的介绍，并具体阐述了计算机网络远程控制的原理。 3 1 传统局域网与现代交换局域网 对带宽和速度的更高需求，成为推动网络发展的动力，从共享式网络到交换式网络， 从第二层交换到多层交换，其加速发展的轨迹让我们真正感受到向交换型演进的必然。 交换式局域网作为一种经济适用的组网形式，可以改善落后、低效的共享式局域网的性 能，并使现有的局域网为适应将来对网络带宽要求很高的应用做好准备。 现代交换局域网是以常规局域网为基础，为网络中的每个节点提供专用的网络连接 【4 】。交换局域网的核心是交换机。交换机提供了多个端口。高档交换机可以提供数十个 乃至数百个交换端口，每个端口可以连入网段、集线器或单个站点。交换机提供大容量 的动态交换带宽，并采用m a c 帧直接交换技术，可在多节点问同时建立多个并行的通 信链路，节点间沿指定路径转发报文，使争夺式的共享型”通道转变为分享型或独享型 的通道。 交换式以太网系统中的交换式集线器，亦称以太网交换机，以其为核心设备连接站 点或者网段。交换机的各端口之间可以形成多个数据通道，端口之间帧的输入和输出已 不再受到载波侦听多路访问，冲突检测( c s m a c d ) 媒体访问控制协议的约束。 既然是不受c s m a c d 的约束，在交换机内同时存在多个通道，那么就系统带宽来 说，就不再是只有1 0 m b s ( 1 0 b a s e t 环境) 或1 0 0 m b s ( 1 0 0 b a s e - t x 环境) ，而是 与交换机所具有的端口数有关。可以认为，若每个端口为1 0 m b s ，则整个系统带宽可 达1 0 m b s * n , 其中n 为端口数，若n = 1 0 ，则系统带宽可达1 0 0 m b s 。因此拓宽整个系统 带宽是交换式以太网系统明显的特点。 交换式以太网系统与共享式以太网系统比较有如下优点： ( 1 ) 每一个端口可以连接站点，也可以连接一个网段。不论站点和网段均独占 1 0 m b s ( 或1 0 0 m b s ) 。 ( 2 ) 系统的最大带宽可以达到端口带宽的n 倍，其中n 为端口数。n 越大系统能达到 的带宽越高。 ( 3 ) 交换机连接了多个网段，网段上的运作都是独立的，被隔离的。但是需要的话， 9 西安科技大学硕士学住论文 2 个独立的网段通过其端口也可以建立暂时的数据通道。 ( 4 ) 被交换机隔离的独立网段上的数据流信息不会在其它端口上广播，具有一定的 数据安全性。 综上所述，考虑到通信网络的发展趋势以及系统的可升级性，该系统网络结构的第 二层采用高速交换式以太网，将设于电源屏工区的集中监控主机与分布于铁路沿线各车 站信号楼的上位机及一些监控终端联接起来，作为主要的通信平台。 3 2 系统的网络拓扑结构及说明 本系统以延安北电务段管内各站为例，设计为全双工光纤交换式以太网，网络的拓 扑结构如图3 1 所示。分别于大保当、绥德、延安北设置车问交换机。设于大保当的车 间交换机分别与店塔、神木、凉水井、马王庙、大保当、曹家伙场、牛家梁等7 个车站 的上位机联网，榆林、榆林南2 站的上位机与榆林维管处和榆林车间的监控终端连接至 设于榆林信号楼的集线器，通过集线器与大保当的交换机相连。设于绥德的车间交换机 分别与鱼河、米脂、绥德、田庄、清涧、呼家塔、子长、瓦窑堡等8 站上位机联网，绥 德车间的监控终端也接至该交换机。设于延安北的车间交换机分别与石家砭、蟠龙镇、 延安北、延安等4 站上位机联网，延安北车间、电务段技术室、电务段调度室的监控终 端也接至该交换机。本系统的中心交换机设于绥德，分别与设于大保当、绥德、延安北 的车间交换机联网。集中监控主机、服务器接至该中心交换机。 1 0 店塔 神木 磙水井 马王庙 大保当 曹家伙场 牛家粱 榆林 榆林南 鱼河 米脂 绥德 田庄 清滑 呼家塔 子长 瓦窑堡 石家砭 蟠龙镇 延安北 延安 3 铁路信号电源集中监控系统通信网络设计 图3 1 延北电务段电源集中监控网络拓扑图 西安科技大学硕士学位论文 各车站上位机至车间交换机，车间交换机与核心交换机之问的传输介质采用单模光 缆，其余采用5 类非屏蔽双绞线( u r p ) 。网速过慢是很多网络程序的瓶颈，远程控制 也不例外，获取被控计算机屏幕图像的过程，实际上就是被控端传送一幅图片到控制端 的过程，这个过程需要传送大量的数据，为此并考虑到系统将来扩展的需要，本系统的 车间交换机至各车站上位机之间的连接采用1 0 0 m b s 的端口，车间交换机至核心交换 机之间连接采用1 0 0 0 m b s 的端口。由此构建的“信息高速公路”不仅满足了铁路信号电 源集中监控的需要，也可作为环境集中监控和微机监测联网的传输通道。 在各车间交换机至核心交换机之间采用了链路聚合”技术。“链路聚合”是指把一组 链路聚合起来，好像是一条完整的链路。这条聚合而形成的链路称为聚合链路、虚拟链 路或主干线。把交换机参与聚合的端口称为聚合端口。链路聚合实际上亦是一种冗余技 术。链路聚合有下列好处： ( 1 ) 通过链路聚合，可以在一对系统之间建立一条高性能的链路。 ( 2 ) 链路聚合提高了网络的可靠性。在一组链路中，如果某条链路失效，虽然会减 少可用带宽，但聚合链路仍可以正常工作。 以前，常用另一条l a n 链路作备份链路。只有当主链路失效后，备份链路才起作 用，否则就一直处于闲置状态。这就意味着一个企业要对带宽追加额外的投资，而它只 在紧急的情况下才发挥作用。而采用了链路聚合技术后，若干条备份链路和主链路聚合 到一起，额外带宽可以一直使用。 3 3 网络软件 3 3 1 网络操作系统 目前主要流行的网络操作系统及其优缺点如表3 1 所示。 1 2 3 铁路信号电源集中监控系统通信网络设计 表3 1 局域网操作系统的主要特点与优缺点比较 网络操作系统结构类型主要特点 优点缺点 以服务器为中心，工作保密性好，文件的工作站资源无法 n o v e l ln e t w a r e 伺服站式 站之间若不通过服务安全管理较好，可直接共享，安装 s e r v e r - b a s e d器做媒介则无法直接靠性较好及维护较复杂， 进行文件交流 未发挥服务器运 算功能 w i n d o w s 2 0 0 0 s e r v e rc l i e n t 是提出服务请求能有效利用资源，开发环境不够理 w i n d o w s s e r v e r 2 0 0 3 主从式 的一方，s e r v e r 是提供响应时间短，成本想，管理较困难 w i n d o w sn ts e f v e rc l i e n t - s e r v e r服务的一方，工作时的较低，可靠性高 l i n u x 计算机通信任务由 c l i e n t 和s e r v e r 分担 无需专用服务器，网络安装、使用及维护数据的保密性不 w m d o w s9 5 9 8对等式中服务的提供者和请都相对简单，无需佳，文件管理分 w m d o w sm d x pp e e r t o p e e r求者都有绝对自主权专用服务器，价格散 较便宜 本系统的网络操作系统选择w m d o w s 2 0 0 0 系列版本，即服务器端安装w m d o w s 2 0 0 0 s e r v e r ( w m d o w sn ts e r v e r 4 0 的最新版) ，客户端安装w m d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l ( w i n d o w sn tw o r k s t a t i o n 的最新版) 。 3 3 2 计算机网络远程控制软件 本系统，由设于电务段电源屏工区的集中监控主机通过远程控制软件监控管内各站 信号电源屏。 ， ( 1 ) 计算机网络远程控制的概念 “远程控制”是指管理人员( 使用人员) 在异地通过计算机局域网( l a n ) 、广域网 络( w a n ) 、异地拨号或双方都接入i n t e m e t 等手段，与目标计算机进行连接，将目标 计算机的桌面环境显示到自己的计算机上，同时通过本地计算机上的输入j 翕出设备对远 程计算机进行配置、软件安装等，就如同坐在被控端计算机屏幕前一样，可以启动被控 端计算机的应用程序，可以使用被控端计算机的文件数据，甚至可以利用被控端计算机 的外部打印设备和通信设备进行打印和访问互联网，就像利用遥控器遥控电视的音量、 变换频道或者开关电视一样。但是，在本质上主控端计算机只是把键盘和鼠标的指令传 送到远程计算机，同时将被控计算机的屏幕画面通过通信线路回传过来，从而达到控制 与被控制的目的。这里的远程不是字面意思的远距离，一般指通过网络控制远程计算机。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 不过，大多数时候所说的远程控制往往指在局域网中的远程控制而言。 远程控制的主要用途： 获取目标计算机的屏幕图像、窗口及进程列表。 可以打开、关闭目标计算机的任意目录并实现资源共享。 提取拨号网络及普通程序的密码。 控制远程计算机的进程。 浏览和编辑目标计算机的文件和目录。 远程系统维护。 启动目标计算机外设。 常见的远程控制软件的应用平台主要是w m d o w s 9 x w m d o w sn t 、u n i x 、l i n u x 等。 ( 2 ) 远程控制的原理 远程控制通常是要求客户端和服务器端同时运行相应的程序来实现的【l l 。服务器程 序安装在被控制端的计算机，客户机程序安装在控制端计算机，不过现在更多的是这两 方面程序集成在一体，在安装时一体安装，这样更加方便了通信双方的角色的转换( 只 要在运行时作出相应的选择) 。 远程控制的基本原理可以简化如下： 第一步，服务器端运行相应的远程控制软件服务器端程序，使服务器端的某个端口 处于侦听状态，这样服务器端计算机就时刻处于侦听远程计算机连接请求的状态。有的 远程控制软件还会在服务器端程序中指定要等待连接的用户或计算机，其它用户或计算 机的连接请求不会被接受。 第二步，当服务器端程序运行后，客户端在本地计算机中运行相应远程控制程序的 客户端程序，通常在运行这个程序时会指定要连接的服务器端计算机名或礤地址，程 序运行后向所有网络搜索指定的计算机名或腰地址。 第三步，搜索到指定的计算机后，客户端计算机就向服务器指定的端口发出t c p 连接请求，如果服务器端计算机同一端口处于侦听空闲状态，则服务器端接受客户端的 连接请求，并根据设定的不同，向客户端发出接受请求确认信号，并同时向客户端发出 登录用户信息确认对话框。 第四步，客户端输入登录信息并确认后，就会向服务器端发送，服务器端收到客户 端发来的用户信息后，开始对用户所输入的用户合法性进行确认，如果不符合登录条件， 则拒绝用户的连接。 第五步，如果服务器端确认客户端所输入的用户符合登录本服务器端计算机的条 件，则服务器端允许客户端进行进一步连接，这样，整个远程控制连接就完成了。随后 就根据不同的远程控制软件，进行不同的远程操作。 客户端一旦连接上远程服务器端计算机，这时客户端就好比远程服务器端计算机的 1 4 3 铁路信号电源集中监控系统通信网络设计 一个超级用户，可以直接控制远程服务器端计算机。 远程控制所支持的网络连接方式主要有l a n ( 局域网) 、w a n ( 广域网) 、拨号方 式、因特网等多种方式，有的远程控制软件支持目前几乎所有的主流网络连接方式。有 的远程控制软件还支持通过计算机串口、并口、红外端口等连接方式，像著名的 p c a n y w h e r e 本系统各车站上位机、集中监控主机、各监控终端上都安装有p c a n y w h e r e l l 5 ，各 车站上位机运行相应的远程控制软件服务器端程序，其余监控机运行相应远程控制程序 的客户端程序，完成权限、角色等具体设置后，即可实现对铁路沿线各车站上位机的集 冲监控。 ( 3 ) 远程控制软件p c a n y w h e r e 介绍 该软件是由著名的s y m a n t e c ( 赛门铁克) 公司开发的，最新版本的试用版可以从其 公司网站h t t p ：w w w s y m a n t e c c o m 上直接下载得到。该软件相对于其它同类远程控 制软件，功能最全面、最先进、最强大，安全性能也是最好的。p c a n y w h e r e 早在v 1 0 0 就已支持最新的i s d n 、a d s l 等宽带方式，而且对经常使用笔记本计算机的用户还提 供了“红外线”连接方式。p c a n y w h e r e 充分利用了计算机网络的前沿技术，使用户尽早 享受新科技带来的好处，享受着计算机网络新科技的无穷魅力。但它同时不会因功能的 全面和强大而影响系统性能，它对系统资源的要求是比较低的，它运行时占用系统的资 源也远远低于其它同类软件。 p c a n y w h e r e 操作界面如图3 6 所示。 图3 6p c a n y w h e r e 操作界面 1 5 西安科技大学硕士学住论文 3 4 本章小结 现代交换局域网是以常规局域网为基础，为网络中的每个节点提供专用的网络连 接。交换局域网的核心是交换机。交换机提供大容量的动态交换带宽，并采用m a c 帧 直接交换技术，可在多节点间同时建立多个并行的通信链路，节点间沿指定路径转发报 文，使争夺式的“共享型”通道转变为分享型或独享型的通道。 针对延安北电务段管内信号电源设备的分布特点和现行的维修管理模式，完成了系 统网络体系结构设计，采用高速交换式以太网作为网络远程监控的通信平台。 本系统的网络操作系统选择w i n d o w s 2 0 0 0 系列版本，即服务器端安装w i n d o w s 2 0 0 0 s g l v e l ( w m d o w sn ts e r v e r 4 0 的最新版) ，客户端安装w m d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l ( w i n d o w s n t w o r k s t a t i o n 的最新版) 。 计算机网络远程控制在在本质上是主控端计算机把键盘和鼠标的指令传送到远程计 算机，同时将被控计算机的屏幕画面通过通信线路回传过来，从而达到控制与被控制的 目的。本系统计算机网络远程控制软件采用p c a n y w h e r e l l 5 。 1 6 4 铁路信号电源集中监控系统上位机程序设计 4 铁路信号电源集中监控系统上位机程序设计 上位机主要提供人机接口，可以图形界面实时显示电源屏的运行状态，并提供进行 主备电源屏切换、外电网i 路电源与i i 路电源切换等指令的操作菜单。 本章主要介绍了上位机的主要功能及上位机程序设计的思想。 4 1 上位机完成的功能 可以图形界面实时显示电源屏的运行状态，两路外电网电源是否正常，电源相电压 值是多少，外电网是i 路电源供电还是i i 路电源供电；是主用屏工作还是备用屏工作； 工作的电源屏输出的各种电源电压、电流值是多少；稳压器是否正常工作，还是因稳压 器故障而处于外电网电源直供模式；外电网电源经过稳压器稳压后输出电压值是多少； 上位机可以发出主备电源屏切换指令或甩开，恢复稳压器指令，由采集控制器完成电源屏 切换或甩开，恢复稳压器的工作，用以检查备用电源屏是否处于良好的状态。上位机还可 发出指令，由采集控制器完成电源屏外电网两路供电电源的切换。 4 。2 上位机软件设计 上位机软件主要指远程控制程序和利用v 培 u a lc + + 6 0 开发的人机界面程序。 4 2 1 上位机软件概述 上位机的软件主要包括： ( 1 ) 远程控制软件。这里主要指p c a n y w h e r e ，用于实现集中监控主机对各车站上位 机的远程控制。 ( 2 ) 显示界面程序。利用v i s u a lc h6 0 开发的程序，用于显示电源屏工作状态，电 源屏输出的各项电源参数以及上位机发出的电源屏切换指令的操作菜单等。 ( 3 ) 与采集控制器通信程序。利用v i s u a lc + + 6 0 开发的程序，主要完成与采集控制 器的串口通信。 上位机的菜单界面如图4 1 所示。 图4 1 上位机的菜单界面 1 7 西安科技大学硕士学位论文 电源屏切换的有关菜单命令参数设置如表4 1所示。 表4 1 电源屏切换的有关菜单命令参数设置 i d 标题设置备注 电源切换指令弹出菜单 电源切换弹出菜单 全屏切换弹出菜单 稳压器切换弹出菜单 备用屏备用方式弹出菜单 i d _ s w i t c ht oa 切换至主用屏( a ) 工作 i ds w i t c ht ob 切换至备用屏( b ) 工作 i dr e g u l a t o rt o w o r k 稳压器投入工作 i d _ r e g u l a t o rd i s m i s s 甩开稳压器 l d _ p o w e r _ o n 热备 i d _ p o w e r _ o m 。 冷备 上表所示的菜单命令的响应函数见文档类( c p o w v r c o n t r o l d o c ) 中的有关论述。 上位机稳压转换屏的显示界面如图4 2 所示。 1 8 4 铁路信号电源集中监控系统上位机程序设计 _