客車供電遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

呂鳳玉，馬殷元，姚 闖

(1.蘭州交通大學 機電技術(shù)研究所，甘肅蘭州 730070;2.中鐵快運 蘭州分公司，甘肅蘭州 730000)

客車供電遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

呂鳳玉1，馬殷元1，姚 闖2

(1.蘭州交通大學 機電技術(shù)研究所，甘肅蘭州 730070;2.中鐵快運 蘭州分公司，甘肅蘭州 730000)

針對車輛段客車供電系統(tǒng)操作管理方式落后和電能浪費嚴重的問題，采用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)了一種低成本的電量遠程監(jiān)控系統(tǒng)。依據(jù)Modbus－RTU協(xié)議設(shè)計的異步串行通信程序，實現(xiàn)了對地面電源現(xiàn)場供電參數(shù)的實時顯示及對多臺分布較遠的地面供電柜進行實時在線監(jiān)控。對運行中的故障采用傳輸錯誤檢測與控制、通信錯誤和傳輸超時處理的方法，保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信連接的可靠性和智能儀表實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

客車供電;監(jiān)控軟件;串行通信 ;智能儀表

空調(diào)列車的增加使客車整備場用電成為車輛段的能耗大項，急需應(yīng)用技術(shù)手段對用電進行精細化管理，實現(xiàn)安全操作和節(jié)約能耗。直供電客車進行檢修作業(yè)時需使用地面電源，發(fā)電車供電客車入段后首選地面電源供電，傳統(tǒng)的人工操作方式效率低、能耗大。為解決此問題，文獻［1］設(shè)計了可對車輛檢修用地面電源實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)整體架構(gòu)，未給出具體的硬件設(shè)備;文獻［2］中通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜，不易擴展，本文在硬件上簡化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。文獻［3－4］給出了具體的通信軟件，但實現(xiàn)功能較簡單，不能滿足系統(tǒng)同時、快速、連續(xù)采集多個電參數(shù)需求。采用文獻［5－6］提到的串口異步通信方式，實現(xiàn)了對多臺地面供電柜的實時在線監(jiān)控。為保證系統(tǒng)運行的可靠性，本文引入了故障處理方法，提高了客車車輛地面電源供電數(shù)據(jù)的準確度。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由監(jiān)控中心計算機、局域網(wǎng)、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口服務(wù)器ADAM－4570、485總線網(wǎng)絡(luò)、各個設(shè)備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(安裝在地面電源柜中的現(xiàn)場采集裝置和地面電源)組成?，F(xiàn)場裝置實時采集地面供電電源的工作數(shù)據(jù)，經(jīng)ADAM－4570服務(wù)器將采集數(shù)據(jù)保存并發(fā)布到車輛段局域網(wǎng)，供有權(quán)限的管理人員瀏覽。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1示。

1.1 通信網(wǎng)絡(luò)

客車地面供電系統(tǒng)是一個分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)由信息網(wǎng)絡(luò)和485總線控制網(wǎng)絡(luò)組成。監(jiān)控中心計算機通過ADSL寬帶貓固定IP方式接入車輛段局域網(wǎng)，設(shè)備數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采用Modbus－RTU協(xié)議、按照菊花鏈結(jié)構(gòu)接入485網(wǎng)絡(luò)。

ADAM－4570串口服務(wù)器在RS－485和以太網(wǎng)之間進行轉(zhuǎn)換，將串口通信程序集成到以太網(wǎng)中，采用透明協(xié)議轉(zhuǎn)換方式，實現(xiàn)了采用Modbus－RTU協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的無縫連接。

1.2 現(xiàn)場采集裝置

智能型儀表應(yīng)用電子化的信息載體，以微處理器為核心，通過編程可與上位機進行網(wǎng)絡(luò)通訊。系統(tǒng)采用山東力創(chuàng)公司的智能型電參數(shù)綜合采集儀表EDA9033D作為現(xiàn)場采集裝置，可測量電壓、電流、功率、頻率等常用電力參數(shù)。它組網(wǎng)通訊方便簡單，能連接所有的計算機和終端，通過RS－485中繼器可將247個儀表連接到同一網(wǎng)段內(nèi)。

1.3 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口服務(wù)器

以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為工業(yè)標準，兩者的應(yīng)用集成是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。研華ADAM－4570是一款在RS－232/422/485和以太網(wǎng)進行轉(zhuǎn)換的高效率串口服務(wù)器，它支持2個帶有Windows端口重定向驅(qū)動程序的串行端口。通過簡單的配置，就可以充分利用網(wǎng)絡(luò)功能，不必進行進一步的編程，就實現(xiàn)了現(xiàn)場裝置和以太網(wǎng)之間的無縫連接。

2 監(jiān)控軟件設(shè)計

現(xiàn)場采集裝置自動采集車輛段內(nèi)多臺地面供電電源的運行狀態(tài)和運行參數(shù)，監(jiān)控中心計算機配備監(jiān)控軟件和互聯(lián)網(wǎng)接口，自動讀取參數(shù)信息，實時動畫顯示現(xiàn)場設(shè)備情況。監(jiān)控軟件自動保存現(xiàn)場設(shè)備工作時的狀態(tài)數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)計報表，并按照用戶的操作，向現(xiàn)場裝置發(fā)送控制命令，設(shè)備運行發(fā)生故障后，自動檢測記錄，并產(chǎn)生聲光報警。監(jiān)控軟件采用微軟公司的Visual Basic6.0進行開發(fā)，組成框圖如圖2所示，主要包括6個子功能模塊，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、圖表顯示、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲以及對歷史數(shù)據(jù)的調(diào)用和打印、報警以及設(shè)備控制等功能。

3 串行通信設(shè)計

串行通訊是工業(yè)自動化、智能終端、通信管理等領(lǐng)域傳統(tǒng)且重要的通訊手段。智能儀表遵循標準的 Modbus－RTU協(xié)議，通過485總線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心計算機進行串行通信。采用主從應(yīng)答連接方式，主機發(fā)送查詢命令與智能儀表回應(yīng)命令的數(shù)據(jù)幀格式相同如表1所示，其中每個字節(jié)(8－bits)用兩位十六進制數(shù)表示。

表1 數(shù)據(jù)幀格式

3.1 串口初始化

為保證數(shù)據(jù)傳輸成功，現(xiàn)場采集裝置的串行通信參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗位等，設(shè)置成與監(jiān)控中心計算機同樣的數(shù)值“9600，n，8，1”。實現(xiàn)對多臺地面供電柜的實時在線監(jiān)控，程序如下:

串口打開后在0nComm事件中即可接收采集到的電參數(shù)，MSComm通信控件提供兩種控制串行異步通信的方法，類似于DOS中的查詢和中斷，對于較簡單的通信任務(wù)，可以通過查詢方式來實現(xiàn)，復雜的通信任務(wù)就用MSComm控件唯一的OnComm事件驅(qū)動方式來處理。

3.2 實時數(shù)據(jù)采集

監(jiān)控中心計算機自動監(jiān)控記錄現(xiàn)場設(shè)備三相電流、電壓、有功、無功，自動累積(有功、無功、電度等)36個電參數(shù)，動畫顯示，自動產(chǎn)生報表。通過對定時器時間片進行劃分，實現(xiàn)分批實時采集，程序流程如圖3所示。

3.3 實時數(shù)據(jù)處理顯示

采集數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)值轉(zhuǎn)換和量程標定處理后需在監(jiān)控中心計算機上實時顯示出來，處理分兩步:1)將存放在兩個相鄰單元的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制Ub1=Val(“＆H”＆(Hex(getbyte(3))+Hex(getbyte(4))));2)代入系統(tǒng)參數(shù)得到真實值Ub=Ub1*Uo*Ubb/10000。由于系統(tǒng)運行過程中采集到的數(shù)據(jù)種類很多、數(shù)量也很龐大，所以采用VB自帶的內(nèi)部 Access數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、查詢、檢索等操作。為了便于用戶及時分析和查看數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實時顯示在曲線圖上，直觀且易于操作。

3.4 故障診斷處理

信號在傳輸過程中易受電噪聲和其它干擾，對運行中故障采用傳輸錯誤檢測與控制的方法，可保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信連接的可靠性和智能儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。監(jiān)控中心計算機在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，主機處理時間具有很強的確定性，網(wǎng)絡(luò)傳輸對整個系統(tǒng)傳輸時間影響最大，所以為解決傳輸時間滯后、通信錯誤等問題，可增加通信軟件超時處理及通信錯誤自診斷功能，在一定程度上能提高系統(tǒng)運行效率。

4 結(jié)語

通過在蘭州車輛段進行監(jiān)控系統(tǒng)搭建安裝、調(diào)試運行，實現(xiàn)了對地面供用電情況的實時遠程監(jiān)管，監(jiān)控中心計算機采集到的工作數(shù)據(jù)實時性好、可靠性高，為車輛段用電精細化管理和用電分配與監(jiān)督提供了合理準確的參考依據(jù)。

［1］ 姚闖.客車車輛地面電源監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計［J］.鐵道車輛，2010，48(03):32－34.

［2］ 江甫，賀少先.基于計算機和網(wǎng)絡(luò)儀表的電力參數(shù)測量系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2003(11):26－27.

［3］ 宋穎華.用VB5開發(fā)windows下的串口異步通信程序［J］.計算系統(tǒng)應(yīng)用，1999(9):61－62.

［4］ 宋宏超，于向軍，呂震中.Modbus協(xié)議在智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.測控技術(shù)，2006，25(2):65－70.

［5］ 李阜，陳小歐.Windows環(huán)境下的串口異步通信程序設(shè)計［J］.電子技術(shù)與應(yīng)用，1997(2):37－40.

［6］ 單錦輝.軟件故障診斷探討［J］.北京化工大學學報，2007，34(增刊1):5－8.

Design of Remote Supervisory Control System of Power Supply for Passenger Trains

Lü Feng－yu1，MA Yin－yuan1，YAO Chuang2
(1.Institute of Mechanical and Electrical Technology，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，Gansu，China;2.Lanzhou Branch of China Railway Express，Lanzhou 730000，Gansu，China)

This paper developed an inexpensive power remote supervisory control system with objectoriented method to solve the problem of slow operation management of power supply of the passenger train and much power waste.Asynchronous serial communication procedure designed in terms of Modbus－RTU protocol realized real－time display of field power supply parameters of on－ground power and real－time online supervisory control of more on－ground power supply cabinets distributed apart.By adapting such methods of checking and controlling transmission errors，processing communication error and timeout to operational diagnosis，we ensured the reliability of network communication connection and accuracy of real－time data transmission.

passenger train power supply;supervisory control software;serial communication;intelligent instrument

U469.1

B

1008－9446(2011)04－0038－04

2011－07－30

呂鳳玉(1982－)，女，山西忻州人，蘭州交通大學機電技術(shù)研究所碩士，主要從事計算機控制系統(tǒng)的研究。