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   作者：貝加萊工業自動化（上海）有限公司 楊慶偉

   概述

   隨著國內高鐵建設的步伐加快，高鐵運營的安全也越來越受到關注。我國是一個自然災害多發的國家。災害主要有：地震、風暴、洪水、冰雪災害、凍雨、泥石流、滑坡、沙塵暴等，每年災害此起彼伏，這些自然災害對于運行中時速高達300km/h的列車來說可謂是致命的。因此，建立一套具有預估、提前報警功能的鐵路防災監控系統，對于運營中的高鐵來說尤為重要，且必不可少。

   武廣高鐵是連接武漢、長沙、廣州的南北鐵路大動脈，途徑鄂、湘、粵三省，北起武漢站，南到廣州南站，全長1068公里，途經15個車站。設計時速高達350km/h，建成后，武漢到廣州運行最短時間由原先的11小時縮短至3小時16分，大大緩解了南北客運線路的壓力。然而，武廣鐵路沿線的自然環境條件較為惡劣，冰凍天氣、松動的巖層以及泥石流和大霧等災害經常發生；同時，由于沿途有著較為復雜的居住環境，人、牲畜等非常規的穿越鐵路事件時有發生。只要一個小小的疏忽，這些因素都會成為武廣線的致命殺手，一旦發生，將對個人生命以及國家財產造成巨大的傷害。因此，防災監控系統作為武廣鐵路的一個極其重要的組成部分被列入到武廣鐵路的建設當中。

   系統介紹

   武廣鐵路沿線共設有109個風速監測點、51個雨量監測點以及125個異物監測點，這些監測點根據區域被劃分成了155個區域，每個區域安放了一套貝加萊冗余控制器對監測數據進行采集，并通過高速光纖網將數據分別發往位于武漢、長沙以及廣州的數據中心。系統拓撲圖如圖1所示。
  
                  
                                 圖1 武廣高鐵防災監控系統拓撲圖

    系統需求

    可靠

    作為防災監控系統的“眼睛”， 每個監控單元都擔負著數據的采集與發送任務。如果監控單元發生故障，那么這一區域將成為監控盲點。因此，讓每個監控單元可靠、穩定的工作是最重要也是最基本的要求。

    貝加萊的X20系列控制器以及I/O的平均無故障時間（MTBF）達到了50萬小時。所有產品均通過了苛刻的歐洲CE、UL等認證測試，并滿足了鐵道部電氣系統的A級EMC測試要求。此外，為了進一步提高系統的可靠性能，貝加萊還推出了全對稱式的冗余方案。如圖2所示。兩臺完全一樣的CPU同時運行著一模一樣的程序，并掛接相同的I/O以及通訊模塊。在運行期間只有一臺CPU是主站（擁有控制權），而另一臺處于熱備狀態（無控制權）。在某一時間，如果主站CPU出現故障（CPU運行故障、I/O模塊故障、通訊模塊故障或者是與上位機的聯系中斷），系統會立即進行切換，將原先處于熱備狀態的CPU切為主站，使其擁有對整個系統的控制權。由于切換時間極短，因此切換動作絲毫不會對整個監控單元產生影響，在監控中心的畫面中也不會丟失掉該區域的任何數據。從而，更進一步提高了每個監控單元的可靠性。
   
                 
                                     圖2 全對稱冗余系統 

    開放性、靈活性

    每個監控單元中都會有種類繁多的儀器儀表，用于采集各種類型的數據。為了方便維護，節約接線成本，許多智能儀表會選擇用通訊的方式將數據傳送給PLC。同時，PLC在采集完這些數據后，還要將其通過以太網傳送給監控中心。這就需要PLC擁有足夠的開放性與靈活性，能夠集成各種通訊協議。貝加萊的X20標準型CPU本身就集成了2個以太網通訊口（其中一個可根據需要設置成Ethernet POWERLINK總線），1個RS232標準串口以及2個USB接口。如果還需要增加額外的通訊接口，我們還提供更多的通訊卡件，可方便的插進PLC的背板插槽中。此外，貝加萊的通訊卡件幾乎涵蓋了市面所有的主流通訊協議，這意味著用戶將完全不用關心如何去編寫通訊代碼。如圖3所示。

    易于組態、方便維護

    貝加萊提供的通用編程組態軟件AutomationStudio，集成了對所有貝加萊產品的編程與組態，包括PLC、伺服驅動、HMI、以及工業控制計算機等，為客戶的項目開發與維護帶來了方便。此外，AutomationStudio所支持的編程語言多達7種，其中除了IEC61131-3中所規定的標準語言（LD、IL、FBD、SFC、ST）外還支持兩種高級語言，即Automation Basic以及ANSI C。用戶可在同一個項目中選用不同的程序語言進行組態，從而極大地增加了開發的靈活性，也為用戶集成一些較為高階的算法提供了方便。
  
                     
                              圖3 貝加萊X20標準型CPU

    結語

    2009年12月26日，武廣高鐵客運新干線首列“和諧號”列車從新落成的武漢火車站啟動前往廣州，武廣高鐵通車儀式開始，標志著我國步入高速鐵路新時代。 自投運以來，貝加萊的系統始終穩定地運行著，并且以其優異的性能確保武廣高鐵的可靠運營。

    楊慶偉

    男，2005年畢業于上海工程技術大學自動化系，學士。2006年加入貝加萊工業自動化（上海）有限公司，擔任技術工程師職務，主要從事過程自動化項目的研究與開發。對于水處理、廠房/樓宇控制以及鐵路防災等行業有一定的應用開發經驗。  

   摘自《自動化博覽》2012年第六期