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   作者：貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司 楊慶偉

   概述

   隨著國(guó)內(nèi)高鐵建設(shè)的步伐加快，高鐵運(yùn)營(yíng)的安全也越來(lái)越受到關(guān)注。我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家。災(zāi)害主要有：地震、風(fēng)暴、洪水、冰雪災(zāi)害、凍雨、泥石流、滑坡、沙塵暴等，每年災(zāi)害此起彼伏，這些自然災(zāi)害對(duì)于運(yùn)行中時(shí)速高達(dá)300km/h的列車來(lái)說(shuō)可謂是致命的。因此，建立一套具有預(yù)估、提前報(bào)警功能的鐵路防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于運(yùn)營(yíng)中的高鐵來(lái)說(shuō)尤為重要，且必不可少。

   武廣高鐵是連接武漢、長(zhǎng)沙、廣州的南北鐵路大動(dòng)脈，途徑鄂、湘、粵三省，北起武漢站，南到廣州南站，全長(zhǎng)1068公里，途經(jīng)15個(gè)車站。設(shè)計(jì)時(shí)速高達(dá)350km/h，建成后，武漢到廣州運(yùn)行最短時(shí)間由原先的11小時(shí)縮短至3小時(shí)16分，大大緩解了南北客運(yùn)線路的壓力。然而，武廣鐵路沿線的自然環(huán)境條件較為惡劣，冰凍天氣、松動(dòng)的巖層以及泥石流和大霧等災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生；同時(shí)，由于沿途有著較為復(fù)雜的居住環(huán)境，人、牲畜等非常規(guī)的穿越鐵路事件時(shí)有發(fā)生。只要一個(gè)小小的疏忽，這些因素都會(huì)成為武廣線的致命殺手，一旦發(fā)生，將對(duì)個(gè)人生命以及國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成巨大的傷害。因此，防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為武廣鐵路的一個(gè)極其重要的組成部分被列入到武廣鐵路的建設(shè)當(dāng)中。

   系統(tǒng)介紹

   武廣鐵路沿線共設(shè)有109個(gè)風(fēng)速監(jiān)測(cè)點(diǎn)、51個(gè)雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及125個(gè)異物監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)區(qū)域被劃分成了155個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域安放了一套貝加萊冗余控制器對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)高速光纖網(wǎng)將數(shù)據(jù)分別發(fā)往位于武漢、長(zhǎng)沙以及廣州的數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。
  
                  
                                 圖1 武廣高鐵防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

    系統(tǒng)需求

    可靠

    作為防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”， 每個(gè)監(jiān)控單元都擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送任務(wù)。如果監(jiān)控單元發(fā)生故障，那么這一區(qū)域?qū)⒊蔀楸O(jiān)控盲點(diǎn)。因此，讓每個(gè)監(jiān)控單元可靠、穩(wěn)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(wú)故障時(shí)間（MTBF）達(dá)到了50萬(wàn)小時(shí)。所有產(chǎn)品均通過(guò)了苛刻的歐洲CE、UL等認(rèn)證測(cè)試，并滿足了鐵道部電氣系統(tǒng)的A級(jí)EMC測(cè)試要求。此外，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性能，貝加萊還推出了全對(duì)稱式的冗余方案。如圖2所示。兩臺(tái)完全一樣的CPU同時(shí)運(yùn)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(yùn)行期間只有一臺(tái)CPU是主站（擁有控制權(quán)），而另一臺(tái)處于熱備狀態(tài)（無(wú)控制權(quán)）。在某一時(shí)間，如果主站CPU出現(xiàn)故障（CPU運(yùn)行故障、I/O模塊故障、通訊模塊故障或者是與上位機(jī)的聯(lián)系中斷），系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行切換，將原先處于熱備狀態(tài)的CPU切為主站，使其擁有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制權(quán)。由于切換時(shí)間極短，因此切換動(dòng)作絲毫不會(huì)對(duì)整個(gè)監(jiān)控單元產(chǎn)生影響，在監(jiān)控中心的畫面中也不會(huì)丟失掉該區(qū)域的任何數(shù)據(jù)。從而，更進(jìn)一步提高了每個(gè)監(jiān)控單元的可靠性。
   
                 
                                     圖2 全對(duì)稱冗余系統(tǒng) 

    開放性、靈活性

    每個(gè)監(jiān)控單元中都會(huì)有種類繁多的儀器儀表，用于采集各種類型的數(shù)據(jù)。為了方便維護(hù)，節(jié)約接線成本，許多智能儀表會(huì)選擇用通訊的方式將數(shù)據(jù)傳送給PLC。同時(shí)，PLC在采集完這些數(shù)據(jù)后，還要將其通過(guò)以太網(wǎng)傳送給監(jiān)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(xié)議。貝加萊的X20標(biāo)準(zhǔn)型CPU本身就集成了2個(gè)以太網(wǎng)通訊口（其中一個(gè)可根據(jù)需要設(shè)置成Ethernet POWERLINK總線），1個(gè)RS232標(biāo)準(zhǔn)串口以及2個(gè)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(jìn)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(xié)議，這意味著用戶將完全不用關(guān)心如何去編寫通訊代碼。如圖3所示。

    易于組態(tài)、方便維護(hù)

    貝加萊提供的通用編程組態(tài)軟件AutomationStudio，集成了對(duì)所有貝加萊產(chǎn)品的編程與組態(tài)，包括PLC、伺服驅(qū)動(dòng)、HMI、以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，為客戶的項(xiàng)目開發(fā)與維護(hù)帶來(lái)了方便。此外，AutomationStudio所支持的編程語(yǔ)言多達(dá)7種，其中除了IEC61131-3中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言（LD、IL、FBD、SFC、ST）外還支持兩種高級(jí)語(yǔ)言，即Automation Basic以及ANSI C。用戶可在同一個(gè)項(xiàng)目中選用不同的程序語(yǔ)言進(jìn)行組態(tài)，從而極大地增加了開發(fā)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(biāo)準(zhǔn)型CPU

    結(jié)語(yǔ)

    2009年12月26日，武廣高鐵客運(yùn)新干線首列“和諧號(hào)”列車從新落成的武漢火車站啟動(dòng)前往廣州，武廣高鐵通車儀式開始，標(biāo)志著我國(guó)步入高速鐵路新時(shí)代。 自投運(yùn)以來(lái)，貝加萊的系統(tǒng)始終穩(wěn)定地運(yùn)行著，并且以其優(yōu)異的性能確保武廣高鐵的可靠運(yùn)營(yíng)。

    楊慶偉

    男，2005年畢業(yè)于上海工程技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系，學(xué)士。2006年加入貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司，擔(dān)任技術(shù)工程師職務(wù)，主要從事過(guò)程自動(dòng)化項(xiàng)目的研究與開發(fā)。對(duì)于水處理、廠房/樓宇控制以及鐵路防災(zāi)等行業(yè)有一定的應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第六期