客运专线站级bas子系统设计—-毕业设计论文.pdf

国内图书分类号：T P 2 3 7 5国际图书分类号：6 2 1 3西南交通大学研究生学位论文密级：公开年姓专二零一一年六月一令一一，牛六月C l a s s i f i e dI n d e x：T P 2 3 7 5U D C：6 2 1 3S o u t h w e s tJ i a o t o n gU n i v e r s i t yM a s t e rD e g r e eT h e s i sT H ED E S I G NO FB A SS U BS Y S T E MA TT H ES T A T I O NF O RH I G H S P E E DR A I IM 厂A YG r a d e：G r a d e2 0 0 9C a n d i d a t e：O uh o n gA c a d e m i cD e g r e eA p p l i e df o r：M a s t e rS p e c i a l i t y：E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n gS u p e r v i s o r：P r o f W a n gq i a n西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校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，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1 保密口，在年解密后适用本授权书：2 不保密d 使用本授权书。+(请在以上方框内打“扩)学位论文作者签名：承k 溺指剥币虢堵日期：2 D I l，6 J日期：口口，?石厂查看、动态曲线显示、报警设计上位软件设计。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：丞欠-2 芬日期：2 0 lf、易f即应用控制网络技术的集散控制和现场总线控制相结合的结构；其网络结构设计采用B A C n e t I P 技术，使管理层和控制层合二为一，简化了通信网络层次，且通信速率高。对郴州车站机电设备监控系统中的新风空调机组和冷源的遥控、遥信及遥测量进行详细的分析。最后，以武广客运专线的郴州车站为实例，通过分析车站机电设备监控系统基本功能和设备监控点，完成控制器选择和配置；搭建设备监控平台，基于I n s i g h t 组态监控组态软件，实现了空调监控和冷源系统监控下位软件以及控制界面、报告查看、动态曲线显示、报警上位软件设计。关键词车站；设备监控；系统设计；A P O G E EA bs t r a c tM a n ye l e c t r o m e c h a n i c a le q u i p m e n t sn e e dt ob ec o n t r o l l e da n dm a n a g e di nt h eh i g h。s p e e dr a i l w a yl i n e s E s p e c i a l l y，t h e r ea r es om a n ye l e c t r o m e c h a n i c a le q u i p m e n t si nt h ep a s s e n g e rt r a n s p o r th u bs t a t i o nt h a ta r t i f i c i a l l yc o n t r o l l i n gt h e s ee q u i p m e n t si si n e f f i c i e n c y,w a s t eo fe n e r g y,u n s a f e，a n dc a nn o ts a t i s f ys t a t i o ns t a v e s a n dp a s s e n g e r s e n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n t so fw o r k,l i f e，s e c u r i t y,t r a n s p o r t a t i o n,r e s te t c W i t hc o n s t r u c t i o ne q u i p m e n tm o n i t o r i n gs y s t e mo fb u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m sa p p l i e dt ot h es t a t i o n，i ta d o p t sa d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y,c o n t r o lt e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt oa u t o m a t i cm o n i t o r,c o n t r o la n dm a n a g e m e n tt h em e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le q u i p m e n t，a c h i e v i n gt h ep u r p o s eo fs a v m ge n e r g ya n dm a n p o w e r,i m p r o v i n gt h el e v e lo fs e c u r i t ya n dm a n a g e m e n t T h i st h e s i si sa b o u tc o n s t r u c t i o ne q u i p m e n tm o n i t o r i n gS y s t e mo fC h e n z h o us t a t i o ni nt h eW u h a n-G u a n g z h o up a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e，u s i n gt h eA P O G E Eo fS i e m e l l sb u i l d i n ga u t o m a t i o np r o d u c t st of i n i s ht h ed e s i g no fB A Ss u b s y s t e mo fC h e n z h o us t a t i o n A tf i r s t，t h et h e s i si n t r o d u c e st h eb a s i cc o n c e p to fb u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m s，a n dB A C n e tp r o t o c o lo n eo fc o m m o nf l o o rc o n t r o lp r o t o c o l s I ta n a l y s e sa n dc o m p a r e sb u i l d i n ga u t o m a t i o np r o d u c t s，s u c ha sH o n e y w e l lW E B s，S i e m e n sA O P G E Ea n dJ o h n s o nM E T A S Y S，c h o o s i n gm o r ec o s t e f f e c t i v eS i e m e n sA O P G E Ea s t h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea n dt h ec o n t r o l l e ri nt h i sd e s i g n T h e n，I ti n t r o d u c e st h ec o m p o n e n t so ft h es t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m B a s e do nt h et h o u g h to fd i s t r i b u t e da n do p e nd e s i g n，t h es t r u c t u r eo ft h es t a t i o nc o n s t r u c t i o ne q u i p m e n tm o n i t o r i n gs y s t e mu s e st h eo p e nd i s t r i b u t i o ns t r u c t u r e，i no t h e rw o r d s，t h es 仃u c t u】旧o fc o m b i n a t i o no fd i s t r i b u t e dc o n t r o la n df i e l d b u sc o n t r o l，u s i n gc o n t r o ln e t w o r kt e c h n 0 1 0 9 y T h ed e s i g no fn e t w o r ks t r u c t u r eu s e sB A C n e t I Pt e c h n o l o g y,S Ot h a ti ti se n a b l et h em a n a g e m e n tl a y e ra n dc o n t r o ll a y e rt ob e c o m eo n el a y e r,s i m p l i f yc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k，a n dc o m m u n i c a t i o na tah i g hr a t e I ta n a l y s e st h er e m o t ec o n t r o l，r e m o t ei l l f o m a t i o na n dr e m o t em e a s u r eo ff l e s ha i ru n i t s，a i rc o n d i t i o nu n i t sa n dc o l ds o u r ei nt h em o n i t o r i n gc o n t r o ls y s t e mf o re l e c t r o m e c h a n i c a le q u i p m e n to fC h e n z h o us t a t i o n F i n a l l y,i tt a k e sC h e l l z h o us t a t i o ni nt h eW u h a n G u a n g z h o uP D La sa ne x a m p l e，a n a l y s e sa n dc h o o s e st h ea p p r o p r i a t ec o n t r o l l e r,b u i l d sp l a t f o r mo fe q u i p m e n ts u p e r v i s o r yc o n t r o l，a n da p p l i e sI n s i g h tc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r et or e a l i z ea i rc o n d i t i o n i n gs u p e r v i s o r yc o n t r o la n dc o l ds o u r c es y s t e ms u p e r v i s o r yc o n t r o l，a n dc o n t r o li n t e r f a c e，s t a t e m e n t sv i e w,d y n a m i cc u r v e ss h o w,a l a r ms o f t w a r ed e s i g n K e yw o r d sS t a t i o n；e q u i p m e n tm o n i t o r i n g；t h ed e s i g no fs y s t e m；A P O G E E西南交通大学硕士研究生学位论文第1 I I 页目录第1 章绪论。j 11 1 课题背景及意义j 一11 2 机电设备监控在国内外相关领域应用现状一21 2 1 在地铁中的应用21 2 2 在高速公路中的运用：21 2 3 高速铁路运用状况31 3 论文的主要内容4第2 章机电设备监控系统基本原理及结构分析52 1 楼宇自动化系统B A S 52 2 机电设备监控系统功能及组成62 3 机电设备监控系统的主要结构分析72 3 1 集散控制模式72 3 2 现场总线控制模式82 3 3 控制网络分析92 3 4 机电设备监控系统结构92 4 本章小结：一1 1第3 章机电设备监控系统涉及的相关技术和方法1 23 1 常见B A S 系统自动化产品比较及分析1 23 1 1B A S 自动化产品功能特点1 23 1 2B A S 自动化产品网络控制器比较1 43 2 机电设备监控系统网络技术1 63 2 1B A C n e t 基础163 2 2B A C n e t 互操作域183 3I n s i g h t 监控组态软件183 4 机电设备监控子系统集成方法分析193 4 1 机电设备监控系统内部集成方法2 03 4 2 楼宇自动化系统管理层集成2 l3 5 本章小结2 3第4 章郴州车站机电设备监控系统结构及功能设计2 44 1 郴州车站机电设备概况2 44 2 车站机电设备监控系统结构设计2 4西南交通大学硕士研究生学位论文第1 V 页4 3 车站机电设备监控功能设计2 64 3 1 功能整体设计2 64 3 2 空调子系统功能设计2 74 4 本章小结2 9第5 章郴州车站机电设备监控系统设计及实现3 05 1 车站机电设备监控点分析3 05 2 郴州车站的控制器选型和配置：3 25 2 1 控制器选型3 25 2 2 控制器配置3 45 3 郴州车站两级网络结构设计和实现3 65 4 机电设备监控功能软件实现3 85 4 1 软件安装及控制器连接通信3 95 4 2 系统轮廓3 95 4 3 用户管理4 15 4 4 输入输出建点4 25 4 5P P C L 编程4 45 4 6 监控界面4 75 4 7 趋势建立及报告查看5 05 4 8 动态曲线：5 25 4 9 报警 5 35 5 本章小结5 5结论5 6蜀【谢5 7参考文献5 8西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页1 1 课题背景及意义第1 章绪论铁路是国家重要的基础设施，是国民经济的大动脉，是一个庞大的网络性产业。中国铁路以世界第三的营业里程，完成了世界第二的货物周转量和世界第一的旅客周转量，运输设备利用率居世界之首。为实现2 0 2 0 年铁路网发展目标，规划方案要在路网总规模扩大的同时，突出繁忙干线实现客货分线，人口稠密地区发展城际客运系统，提高路网质量，扩大运输能力，形成功能完善、点线协调的客货运输网络。高速铁路的客运专线为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线1 6 万公里以上，客车速度目标值达到每小时2 5 0 公里及以上。高速铁路虽然在一些发达国家已经运行多年，但各国情况各异，标准相差较大，水平参差不齐。在我国的高速铁路建设中，怎样做到既有中国特色，又具备国际先进水平，达到安全、经济、高效、节能、环保，建设节约型工程，需要研究的课题很多，高速铁路沿线存在的大量机电设备的监控和管理就是其中之一。客运专线车站是铁路与旅客之间联系的纽带，并成为了提高服务质量、树立铁路信誉的门户。随着铁路运输系统的快速发展和人们生活水平的不断提高，无论是工作人员还是旅客，对工作、生活、安全、交通、休息等环境的要求越来越高。为了满足人们的这些需求，也为了提高铁路企业的生产安全水平和现代化管理水平，实现节能降耗的目标，将建筑自动化系统B A S(B u i l d i n gA u t o m a t i o nS y s t e m)中的建筑设备监控系统运用到车站中。车站各类机电设备，如通风空调、给排水、照明、电扶梯、变配电等设备或系统，通过采用先进的计算机技术、控制技术和通信技术，对它们进行自动监视、控制和管理，达到节省能源、节省人力、提高安全水平和管理水平的目的。B A S 是智能建筑I B S(I n t e l l i g e n tB u i l d i n gS y s t e m)重要组成部分，B A S 主要组成部分有建筑设备监控系统(即机电设备监控系统)、消防自动化系统和安防自动化系统【2】。建筑设备监控是楼宇自动化系统的核心，也是狭义的B A S。本中所说的车站B A S 是指机电设备监控。楼宇自动化系统现已成功应用到了许多建筑物中，例如，智能建筑、地铁车站等p J。地铁车站B A S，即地铁车站中环境与设备监控系统。地铁的车站及沿线分布着众多的机电设备，它们的高效正常工作保证了地铁的安全运营，以及舒适的运营环境。因为设备繁多复杂，给人工监控管理带来很多不便，所以，自动监控和管理这些环境与设备，使用优化控制能延长设备寿命、减少人力、节能，进一步使地铁运营的经济西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页效益提高。同样，车站机电设备监控系统通过对车站内机电设备进行监视、联动控制、管理，为车站内部各个功能单元提供安全、健康和舒适的内部环境。通过合理调度、节能措施，降低车站运行管理费用并延长设备使用寿命、提高设备的安全性。将B A S 运用到客运专线车站刻不容缓，本课题主要研究客运专线站级B A S 子系统设计。1 2 机电设备监控在国内外相关领域应用现状机电设备监控系统在智能建筑方面应用广泛，在高速公路、轨道交通领域也在逐步应用，如地铁车站和高铁车站，本节给出机电设备监控的国内外应用和发展现状。1 2 1 在地铁中的应用在地铁中，机电设备监控系统(也称E M C S)通过对地铁车站及区间隧道内的空调通风、给排水、照明、电梯、扶梯等机电设备进行全面的运行管理与控制，以保证地铁运营环境达到国家规定的舒适标准【4 1。地铁机电设备监控系统主要有三种形式。第一种形式为全线设机电设备监控中心的集中监控系统，由中央级监控中心设备、车站级设备和现场设备构成，对机电设备实现三级控制。第二种形式为分散式监控系统，这种监控系统以车站为独立监控单位，主要由车站级设备和现场设备构成，对机电设备实现二级监控。第三种形式为综合监控系统也有称主控系统，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，实现对各被集成系统的集中监控和管理功能。目前地铁机电设备监控系统中车站级主控制器以P L C 为主，中央级及车站级设备网络以以太网为主，现场设备网络以总线为主【5】。现代化的地铁运营管理要求自动化系统能提供一个可实现信息互通和资源共享的平台。地铁综合监控系统将多个相似自动化系统的监控层，集合成一个统一的监控系统平台，实现了各集成和互联系统的信息整合和共享、综合监视与操作，从而成为目前地铁建设的主流趋势之一【6】。地铁综合监控系统是以数据服务为核心的监控系统，处理和传递的多为实时的系统信息。综合监控系统的结构取决于其数据服务模式，主要有两种基本结构，为集中数据服务模式结构，称为集中式综合监控系统；另一种为基于分布式数据模式结构，称为分布式综合监控系统。有学者提出在分布式综合监控系统中引入自律性，可以解决分布式系统在数据统一性上存在的问题【7】。1 2 2 在高速公路中的运用高速公路机电设备主要集中在隧道、大型桥梁和大型交通枢纽，机电设备监控一般包含电力监控系统、照明监控系统、通风监控系统、排水监控系统及结构监测系统等，西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页各系统间既相互独立又紧密联系。目前高速公路的管理以省为单位，一般一个省设一个监控中心，下设多个分中心，形成了“监控中心监控分中心现场设备”三层监控结构形式，控制网络以以太网为主，现场控制器以P L C 为主【5】。其中，隧道监控系统的作用和意义是完成对隧道内的交通状况、运行环境、设备状态的监视和控制，确保各种隧道设备(风机、灯具、信号、情报板、检测设备、供电设施)安全有效运行，降低运营成本；使车辆高效、合理、迅速地通过，增强隧道通行能力；预防和减少火灾和交通事故的发生；最大限度地节约能源，监控隧道内的污染状况，限制和处理排放。高速公路隧道监控网络系统一般为三级，第一级为隧道群监控中心，第二级为每个隧道的监控分中心(一般位于隧道两头的配电间内)，第三层为隧道内的区域控制器。通过区域控制器上的数字量、模拟量，以及通讯口与现场的各种设备相连，完成系统监控任判引。桥梁监测系统是以桥梁结构作为平台，通过结构监测、环境监测、交通监控、设备监控、综合报警、信息网络及分析处理各系统以及它们之间的最优化组合，提供一套对桥梁结构的长期的实时使用状态综合监控，提高大桥的整体管理技术水平，确保桥梁安全运营，预诊断桥梁病害，延长桥梁使用寿命。桥梁监测系统的基本内涵是以综合布线系统为基础，以计算机网络为桥梁，综合配置桥梁监测监控的各功能子系统，全面实现对桥梁的交通、环境、结构使用状态及桥梁内的各种设备(变配电、照明、除湿机械、消防、安全设施)等的综合管理【乳1 0】。1 2 3 高速铁路运用状况在国外高速铁路中，机电设备监控技术发展较快、应用广泛，但在不同国家运输管理模式不同，其设置方式相差较大，监控对象也有所不同。有的国家独立设置，有的国家与其他系统一起综合设置。独立设置的监控系统，类似于国内地铁的集中监控系统，以西班牙的A V E 为代表；综合设置的监控系统，类似国内地铁综合监控系统，以日本的新干线为代表。德国I C E、法国T G V 机电设备监控与西班牙A V E 基本相似【5 1。目前国内在建的高速铁路机电设备具备监控条件的对象有如下几种：变配电设备，照明设施，空调通风设施，给排水设施，交通运输监控等【1 1 1。机电设备监控应用于客运专线车站，主要目的是确保运输安全、实现节能效应。车站B A S 通常独立设置，并以车站为单位，一般不会设置全线站房的机电设备监控中心。通常是预留数据通信接口，可以和车站综合信息管理系统、高速铁路综合调度自动化系统或其他系统实现信息和资源的共享。大中型车站有大量的机电设备，如空调系统、新风系统、送排风系统、低压变配电、照明系统、给排水系统、电扶梯等。车站B A S 由中央监控站、控制器自动化子西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页系统、传感器和执行器、通信网络等组成1 12 1。由于系统主要运行在地面建筑物内，监控层应优先选用性价比高的D D C(D i r e c tD i 季t a lC o n t r 0 1)控制器，这点与地铁机电设备监控采用P L C 不同。P L C 一般用于工业控制，D D C 专门用于楼宇控制，通常D D C 中自带机电设备监控的控制模块，如P I D 控制、优化启动控制等，对温度、湿度(模拟量信号)控制较P L C 好。随着铁路信息化的发展，综合监控系统是一个必然的趋势。各弱电子系统和计算机企业网联接在一起，能够实现以下功能：对各机电子系统进行统一的监测、控制和管理；实现跨子系统的联动，提高车站的管理水平；提供开放的数据结构，共享信息资源；提高工作效率，降低运行成本。1 3 论文的主要内容本论文一共分为5 章，每章的主要内容如下：第1 章绪论。介绍课题的背景及意义，机电设备在国内外相关领域应用现状，以及课题来源和论文的主要内容。第2 章机电设备监控系统基本原理及结构分析。概述楼宇自动化系统B A S 基本原理，机电设备监控系统功能及组成。重点分析机电设备监控系统经历的集散控制结构、现场总线控制结构，以及控制网络技术，介绍B A S 系统常见系统结构。第3 章机电设备监控系统涉及的相关技术和方法。分析常用楼控产品性能，介绍B A C n e t 网络技术和I n s i g h t 监控组态软件，并对机电设备监控系统子集成方法进行分析。第4 章郴州车站机电设备监控系统结构及功能设计。分析车站自动化系统组成，介绍郴州车站机电设备概况，对郴州车站B A S 系统结构和功能结构分别进行设计。第5 章郴州车站机电设备监控系统设计及实现。基于西门子A P O G E E 平台下，实现郴州车站B A S 的部分功能。先分析郴州车站机电设备监控点，接着对郴州车站的控制器选型和配置，及设计实现郴州车站两级网络结构。然后实现机电设备监控功能，主要有空调和冷源系统的监控下位软件及设备运行和控制界面、报告查看、动态曲线显示、报警上位软件设计。西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页第2 章机电设备监控系统基本原理及结构分析机电设备监控系统是楼宇自动化系统的核心，也是狭义的B A S。本章围绕与机电设备监控系统基本原理相关的内容进行叙述，本章主要给出机电设备监控系统原理、组成、功能及结构分析。2 1 楼宇自动化系统B A S楼宇自动化系统B A S 是智能建筑I B S 的一部分，B A S 又叫楼宇自控系统。智能建筑I B S 三大基本组成要素为楼宇自动化系统B A S，通信自动化系统C A S(C o m m u n i c a t i o nA u t o m a t i o nS y s t e m)和办公自动化系统O A S(O f f i c eA u t o m a t i o nS y s t e m)。这里的B A S是广义的B A S，主要组成部分有建筑设备监控系统、消防自动化系统F A S(F i r e f i g h t i n gA u t o m a t i o nS y s t e m)和安全自动化系统S A S(S e c u r i t y A u t o m a t i o nS y s t e m)，其中建筑设备监控系统也称为楼宇设备监控系统【1 引。B A S 是将建筑物的电力、照明、空调、给排水、防火、保安等设备或系统以集中监控和管理为目的而构成的综合系统。楼宇自动化系统B A S 将各个控制子系统集成为一个综合系统，其核心技术是集散控制系统，它是计算机技术、自动控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展渗透而产生的。利用集散控制技术将B A S 构造成一个庞大的集散控制系统，在这个系统中其核心是中央监控与管理计算机，中央管理计算机通过信息通信网络与各个子系统的控制器相连，组成分散控制、集中控制和管理的功能模式，各个子系统之间通过通信网络也能进行信息交换和联动，实现优化控制管理，最终形成统一的由B A S 运作的整体。楼字自控系统由系统网络、网络设备、现场控制器、中央监控系统、监测信号及传感器、控制信号及驱动器这些部分组成。系统网络在系统中传递信息；网络设备是系统信息翻译的工具，是通讯语言的延伸；现场控制器是分散的控制核心部分；中央监控系统为系统信息处理和控制的中心；系统监测点的数据采集来源于监测信号及传感器；对机电设备进行控制采用控制信号及驱动。将中央管理工作站、网络设备、现场控制器和外部设备等用系统网络连接起来才能构成一个完整的楼控系统。中央管理工作站由P C主机、彩色屏幕显示器及打印机组成，拥有丰富软件应用程序、数字通信开放性强，能对楼宇设备进行监视与控制，保证设备在最佳状态下运行【】4 1。B A S 的主要功能是通过对智能大厦内的各种不同类型的设备子系统进行有效的监控和管理，使整个大厦的运行更加可靠、扩展方便灵活、投资大大降低、收效显著增加；为生活在大厦内的人员提供一个既舒适温馨，又安全可靠的生活、工作环境。B A S 基本功能可以归纳了以下几点：能源管理自动化，即在不影响舒适性的前提下，对设备实行车环境。在火灾等灾害或阻塞状态下，指挥环控设备转向特定模式，车站机电设备监控系统能让设备协调运行，确保乘客安全和设备正常运行。车站B A S 通常依站设置，形成一个沿线路分布、并以车站为单位的地理上分散的数据采集监控系统。对车站B A S 构成部分主要有中央级、车站级、现场级设备和通讯网络等。车站级系统受控于中央级控制中心，但当公共通信网络故障时，车站级系统能独立运行。由B A S 与其他系统的集成关系，其整体结构形式可分为独立系统结构形式和集成系统结构形式两大类，综合监控系统属于集成系统结构形式。由于综合监控系统在地铁控制系统中广泛运用，B A S 中央级功能、车辆段全线总维修工作站和全线通讯网络由综合监控系统专业设计实现。下边叙述中央级监控系统、车站级监控系统、现场级监控装置的组成及功能。中央级监控系统由硬件设备中央实时和历史服务器、工程师工作站、操作员工作站、打印设备、屏幕、网络设备等，及数据库、系统应用等软件组成。中央控制中心B A S主要功能有监视全线各车站全部机电设备的运行状态，并能控制设备的运行；存储并处理分析历史数据；与列车自动控制系统等通讯【1 5】。车站级监控系统的基础是车站监视控制工作站、P L C 控制器，包括车站局监控域网、后备操作盘等设备。车站B A S 主要功能有监视并记录车站区域环境参数(如室内外温湿度等)，以及车站机电设备的运行状态和参数，并向中央级监控系统传送这些信息；按照环境控制要求和负荷的参数，让机电设备运转处于相应的模式，参数能被修改，可人工对运行模式进行调整，能对车站所有机电设备进行有效控制；能接受中央级的监控指令西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页及运行模式；接受到车站级火灾报警系统指令时，将事故风机等相关设备转向灾害模式，并向火灾报警系统反馈执行信息。现场级监控装置能直接操作机电设备的运行，分布在设备机房内，由接口模块、远程I O 模块、传感器及执行器等装置组成。这些装置的组要作用是实现状态信息的采集，传送机电设备的工作状态到车站控制室；监视和控制信号的输出，执行车站控制室发出的控制指令；当车站级监控系统发生故障时，能独立地进行设备监控，以及在维修及更换设备时，用于现场调试。2 3 机电设备监控系统的主要结构分析随着计算机技术的迅速发展，机电设备监控的控制方式和结构产生了巨大变化，先后经历了集中控制模式、D C S 集散控制模式、F C S 现场总线控制模式和网络集成控制模式 1 6-1 7】。在网络集成控制模式中，使用了控制网络技术。本节主要分析集散控制模式和现场总线控制模式的优缺点、控制网络技术，以及目前常用机电设备监控系统结构。2 3 1 集散控制模式集散控制系统的结构形式D C S(D i s t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e m)，简称集散结构形式，又称为分散控制系统、分散型控制系统、分布式控制系统。随着计算机技术与通信技术等的发展，2 0 世纪7 0 年代后，诞生了集散结构系统这种有效而先进的控制方法。D C S是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。D C S 在工业自动化领域获得了广泛的应用，也开始应用到机电设备控制领域。它的系统结构如图2 1 所示【1 8】，具有分散控制、集中管理的特征，通常具有二层网络和三级控制设备。中央豁孝率站t信息网JL1工工7操作站操作站蚴0 网：0控制图1：0r100rl 现场控制器现场控制器现场控制器现场控制器上二_上上LJ 二传执传执传执传执感行感行感行感行器器器器器器器器图2 1 集散控制系统结构图西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页在集散控制系统中，中央监控站用于对系统在线的系统和监控、维护，以及离线的配置、组态工作。工业计算机(或P C 机)和操作控制台组成了操作站。现场控制器用于采集处理现场设备信号，并根据采集的信号和设置的参数进行控制输出等执行过程。当中央操作站或操作站故障时，现场控制器及下边设备独立运行控制，确保系统可靠性。目前，大多数D C S 中央监控站采用了高档P C 机或工控机、W i n d o w s 操作系统、客户机朋艮务器结构、D D E 或O P C 接口技术，并通过以太网接口与管理网络相连。然而D C S 还存在如下缺点：采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致系统结构不灵活、接线复杂、维护困难等；模拟信号抗干扰性差，传输精度低；不同厂家的系统产品开放性低，不能进行互操作，系统封闭。2 3 2 现场总线控制模式现场总线控制系统的结构形式，即现场总线结构形式，如图2 2 所利般糯史栏一。现场总线控制系统F C S(F i e l d b u sC o n t r o lS y s t e m)，通常由监控组态计算机、现场总线、现场智能设备(仪表)构成，核心是现场总线技术。管理层现场层现场设备图2 2 现场总线控制系统的结构形式现场总线技术产生于2 0 世纪8 0 年代，为了在现场自控设备间进行数据通信，开发了现场总线技术。现场总线是连接智能化设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的实时控制通信网络。应用现场总线技术可以把企业网络一直延伸到生产现场和生产设备。开放性、分散化和低成本是现场总线的三大特征，现场总线作为企业底层网络的出现冲破了自动化系统信息孤岛的僵局，为企业的控制信息和管理信息连为一体、实现企业的信息集成创造了条件。F C S 极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋于合理。现场总线控制系统是分布式的系统，比D C S 系统更能体现西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页曼量曼皇皇量曼曼皇量量曼曼皇量量量置皇喜量量皇曼舅量量量量皇曼量量曼量皇量量量皇皇曼量量皇曼量量曼皇舅量曼曼皇寰曼曼曼曼置曼曼曼量曼蔓I I 曼蔓皇皇曼量曼皇曼量“信息集中，控制分散”的思想。与传统D C S 相比，F C S 优点主要有系统更加开放：具有互操作性和互用性；简化系统结构，提高了可靠性和灵活性；现场设备的智能化与功能自治性提高；现场环境的适应性提高。2 3 3 控制网络分析控制网络技术起源于现场总线技术，属于一种特殊类型的计算机网络，是用于完成自动控制任务的网络系统，其根本任务是完成生产现场的测量控制任务、提供生产过程与设备的各种信息。由此可以看出，控制网络是由多个分散在现场、具有数字通信能力的测控设备作为网络节点而构成的，在控制设备、测量设备、监控主机之间传递数据信息，完成测量、控制任务的通信网络。控制网络技术起源于计算机网络技术，与一般的信息网络有很多共同之处，但又有不同点。它是一种高速确定性网络，用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输，为对等通信提供实时控制和报文传送服务，作为控制器和I O 设备间的一条高速通信链路，综合了现有各种网络的能力。控制系统特别强调可靠性和实时性，允许对实时响应的事件进行驱动通信，具有很高的数据完整性，抗干扰能力强。控制网络不同于一般的计算机网络，它是以引起物质或能量的运动为最终目的，因此其通信网络特别强调实时性、可靠性、环境适应性和互操作性。控制网络改变了传统控制系统的结构形式，形成了网络化控制系统，借助网络在传感器、控制器、执行器各单元之间传递信息，这些信息包括测量数据、控制信号，还包括非控制使用的状态信息、故障诊断等，打破了自动化系统原有的信息孤岛的局面，为工业数据集中、为自动化系统和其它信息系统集成创造了条件。为了实现互操作性和互换性，控制网络的通信系统