基于GPRS的铁路信号双电源远程监控改进系统设计

李 建 兵

(大秦铁路股份有限公司太原供电段，山西 太原 030013)

基于GPRS的铁路信号双电源远程监控改进系统设计

李 建 兵

(大秦铁路股份有限公司太原供电段，山西 太原 030013)

针对目前铁路信号双电源远程监控系统的缺陷，改进设计了一套具有缺相反相分断及远程操作的GPRS双电源远程监控系统，给出了详细的硬件原理组成和软件设计平台，并经过安装实测分析指出，系统具有远程实时监测、数据信息记录、缺相反相自动分断、故障报警和远程操作控制等功能。

双电源，GPRS无线通信，远程监控，缺相反相分断

信号电源是铁路的一级负荷，供电可靠性与铁路交通秩序和安全有直接关系。现运行的大部分铁路信号电源无可靠的远程监控设备，一旦出现瞬间异常，维护和抢修存在以下困难[1]：1)不能实时监测，设备故障或负荷引起的空开分断(熔丝熔断)[2]时，无有效技术手段采集故障瞬时电流电压变化状况作为故障分析的可靠依据。2)由于下级用电设备电源屏的型号、厂家、运行方式不同，10 kV侧高压缺相或低压侧断相故障时，部分电源屏无法及时切换到二路电源，由于无远程操作或自动分断设备，短时间内抢修人员赴现场及时处理很困难[3]。3)对电源运行状况无远程集中监测，备用电源有异常时无法预警，不能及时发现，主供电源一旦发生异常情况，往往造成两路电源同时失电[4]。因此，为了实时监测信号双电源运行状况，缺相反相时自动分断本路电源而保证另一路电源及时投入，快速故障诊断、及时故障隔离，拟设计一套含断相反相自动分断电源、可远程操作380 V三相电动开关、可远程实时监测双电源运行参数的GPRS无线双电源远程监控系统。

1 系统硬件组成原理

1.1 系统总体组成

双电源远程监控系统主要由安装在信号机械室内自动监控终端和双路电动操作设备、缺相反相自动分断模块、GPRS通讯模块、安装在调度端的双电源远程监控系统后台组成。自动监控终端，可及时采集双电源设备的相关信息量(如电流电压越限报警、开关分合位、三相电压(电流)、后备电源管理、缺相反相分断信号、监控设备门禁等)，通过GPRS无线模块向监控系统后台发送信号，由后台发布数据，然后通过后台服务器上软件平台，可以监控各双电源设备正在运行状态和报警信息，并可执行远程操作控制。系统组成框图如图1所示。

1.2 双路电动操作箱

此电动操作箱内安装两个380 V三相电动操作开关，开关为100 A，操作电源为直流24 V。每一回路安装三个电流互感器，以采集三相电源负荷情况。操作开关的控制由监测控制终端柜输出的电动控制命令(可远程操作，也可就地操作)来操作，遇特殊情况或电动操作失效时，可手动操作开关的分合。电动操作箱采用挂箱式结构，箱体尺寸500×300×600，利于在信号机械室安装。

为提高缺相反相分断的速度及可靠性，使缺相电源迅速退出运行，在0.15 s内(信号设备电源最长切换时间)投入正常电源，本电动操作箱内单独设计安装缺相保护和断相自动分断模块及电路。缺相保护模块输入为三相380 V电，输出两个节点：一个常闭，一个常开，两节点独立，常开接入开关脱扣回路，常闭接入测控装置遥信回路。当在用电源缺相后，缺相反相自动分断模块监测到三相电源某相小于50 V(可调)、两相大于170 V(可调)判断为缺相故障，输出分励脱扣命令，操作电动箱内的电动操作开关快速分闸，并及时将参数及分闸动作情况送到监控中心。三相同时低于170 V(可调)，判断为失电，不分断开关。其他越限均不做开关自动分断功能，其逻辑判断及报警功能由监测控制终端机箱担任。

1.3 自动监测控制终端

自动监测控制终端放在机械室，采集电操箱内的电流、电压、开关状态、分断信号，进行其他逻辑运算及输入输出各种控制命令，采用自主开发整体模块化设备方案。主要由监测控制机箱(CPU板、模拟量采集板、数字量采集板、控制输出板、人机界面、通信接口)、GPRS数据通信模块、直流24 V后备电源等组成。组成结构示意图如图2所示。内置32位的高性能CPU作为控制终端硬件平台，开关设备的开关量和采集，处理装置，根据通信协议向监控中心报告，并接受上级的命令。控制终端采用32位高性能微处理器作为内置CPU，嵌入式软件平台。该终端采集电压电流量和开关量，加工处理后，根据通信协议向监控中心报告，并接受上级的命令[5]。实现：1)双电源运行参数测量、记录、上送；2)电源缺相时自动分断信号的上送；3)电流电压越限判断，越限数据上送监控中心；4)实现开关量的变位测量与上送；5)接收监控中心的招测、数据调阅；6)接收监控中心分合控制指令。控制装置采用挂箱式结构，箱体尺寸不大于500×300×600，利于在机械室安装。

1.4 监控中心

监控中心为站控层设备，由软硬件平台组成，负责接收各终端设备采集的所有数据信息，并进行存储、运算、分析判断后，根据需要对各分设备下达各种指令，如招测数据、操作预置、远程分合等。监控中心采用自主开发软件：由数据采集程序、处理和存储程序、监控程序、远程数据通信和系统管理程序等组成，能实现现场电源设备运行状况电压电流数据的实时采集、监控、处理与存储，数据通信采集不同设备的数据，并转换成统一数据帧格式，以串口通信方式写入GPRS Modem数据传输单元，实现远程传输应用。具体实现的主要功能有：1)双电源运行模拟量参数监测记录；2)双电源运行开关状态、变位信息监视记录；3)双电源电操开关远程控制；4)用户分层管理；5)操作安全管理；6)通讯状态管理；7)历史数据查询；8)历史事件记录查询；9)报警事件记录查询；10)报表自动生成。

1.5 通信通道与GPRS通信电路

通信通道采用中国移动专用数据通道，每个监控点有固定的移动IP地址，组网为1+N方式。并预留光纤通道接口，以方便接入光纤。GPRS通信电路主要由电源电路、GPRS模块、SIM接口电路和串行接口电路四部分构成。其核心部分是GPRS模块，采用MC35模块，支持GSM和GPRS两种模式，兼容AT指令集，具有断线重拨和自动连接功能[6]。

2 远程监控系统软件

监控中心软件由机械室监测控制端软件和后台服务器软件组成。自主开发，操作界面简单明了，模块化菜单，全中文输入输出。

2.1 监测控制端软件

监控端采用串口通信方式实现无线通信，达到GPRS模块控制与终端设备运行状况实时监控效果[7]。监控端首先建立一个Socket包，再发送连接请求给服务器：AT+iSTCP：，。是端口号，范围0～65 535，是服务器的IP地址或主机名，连接成功后，将设备运行状态数据或故障信息，打包后以固定数据帧格式，通过GPRS发送到远程服务器，发送完成后，结束连接[8]。

2.2 后台服务器软件

服务器软件处于24 h监测状态，当设备端有连接请求时，进行身份验证、应答，并以单线程方式接收数据，然后将接收到数据进行处理、分类，最后存储到数据库中。当设备故障或技术需要时，可以方便的从数据库服务器读取或查询相关数据，再现设备现场运行状态。

3 测试及结果分析

我们组织人员在大秦铁路股份有限公司侯马北供电段试验安装双电源远程监控系统终端，进行调试，实现远程监控。通过已安装的双电源远程监控系统监控后台，在现场模拟电源远程监控及高低压缺相故障，模拟结果显示：该系统能实现信号双电源的远程集中监测，实现信号双电源的就地及远程操作控制，实现高压及低压缺相的自动分断电源退出功能。后来我们又做了大量测试实验应用，系统取得了以下效果：1)能对双电源设备运行状态进行实时监控，并及时告警；2)设备异常和运行方式异常时能提前发现，特别是弥补电源缺相无法及时退出运行的缺陷，及时告警并自动处理，避免因异常造成设备受损，影响信号电源平稳运行；3)能够节约人力成本和提高应急速度，减少人员巡视工作量；4)系统准确性、实时性、可靠性较高，有效弥补了铁路信号电源监控空白，可在铁路系统进行推广应用。

4 结语

本系统针对目前铁路电源远程监控系统的缺陷，结合GPRS无线通信技术，改进设计了一套具有缺相分断及远程操作的GPRS双电源远程监控系统，可随时对铁路双电源设备运行状况进行远程实时监测、数据信息记录、及时故障报警和远程操控等功能。经过安装实测验证，系统测试准确性、实时性、可靠性较高，且结构简单，成本低廉、安装方便、网络覆盖广、通信费用低，可在铁路系统进行推广应用。

[1] 高 超.基于GPRS无线远程监控系统的关键技术研究[D].南京：南京邮电大学,2012.

[2] 张国忠.基于GSM/GPRS的配电变压器实时监测系统[J].自动化仪表，2009,30(1):42-44.

[3] 吴美玲.基于GPRS的污水处理远程监控系统的设计与研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[4] 刘沛骞，陈俊杰，王成文，等.基于GPRS的配电变压器实时监控一体化系统[J].电网技术，2005,10(6):43-47.

[5] 李继豪，赵瑞峰，李爱莉.基于GSM/GPRS网络的路灯监控系统[J].计算机工程与设计，2005,26(7):2561-2563.

[6] 庞年华.基于GPRS的电源监控系统的研究与实现[D].北京：北京邮电大学,2009.

[7] 韩亚东.基于GPRS技术的无线远程监测系统的研究与设计[D].武汉：武汉理工大学,2009.

[8] 胡 钢，吴正阳，任 平，等.基于GPRS网的节水灌溉远程控制系统研究[J].计算机工程与设计，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，助理工程师

U284

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