“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”設(shè)計(jì)在京滬高鐵建設(shè)中的應(yīng)用

陳 暢

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北武漢 430063)

“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”設(shè)計(jì)在京滬高鐵建設(shè)中的應(yīng)用

陳 暢

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北武漢 430063)

介紹“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”的主要結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)，闡述了如何把鐵路各站點(diǎn)的給排水設(shè)備自動控制系統(tǒng)與鐵路局維管單位的調(diào)度管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合起來，并在京滬高鐵建設(shè)中加以綜合應(yīng)用的總體設(shè)計(jì)思路。

京滬高鐵 給排水 自動控制 管理系統(tǒng) 采集終端 標(biāo)準(zhǔn)化

1 “鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)概述

“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”通過將原有鐵路各站點(diǎn)的給排水設(shè)備集控系統(tǒng)進(jìn)行必要的升級改造，再與鐵路局維管單位的調(diào)度管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)手段有效結(jié)合而形成。這種新型的控管一體化的“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”既要考慮各站點(diǎn)給排水設(shè)備運(yùn)行的控制需求，還要結(jié)合各維管站段的管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；既要關(guān)注各站點(diǎn)的給排水設(shè)備自動控制特點(diǎn)，還要聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)籌全線管理系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)滿足水質(zhì)、水量、水壓的給排水運(yùn)行工藝要求，滿足給排水系統(tǒng)無人值守、自動運(yùn)行的控制要求，滿足鐵路局及維管站段的縱向運(yùn)行管理系統(tǒng)要求，滿足給排水運(yùn)用、檢修、計(jì)量、節(jié)能的橫向運(yùn)行管理系統(tǒng)要求[1]。

2 京滬高鐵采用“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”的必要性

京滬高鐵正線全長約1 318 km，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，全線連接了北京與上海這兩座全國最大的政治文化中心和經(jīng)濟(jì)金融中心，同時(shí)也把“環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈” 和“長三角經(jīng)濟(jì)圈”這兩個(gè)全國經(jīng)濟(jì)最活躍的地區(qū)緊密聯(lián)系在一起，其項(xiàng)目建設(shè)的重要意義為世人矚目[1]。根據(jù)當(dāng)時(shí)鐵道部提出的跨越式發(fā)展總體思路，京滬高鐵設(shè)計(jì)中站前及站后各專業(yè)均努力采用與國際接軌的一流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。京滬高鐵全線各站點(diǎn)分布在北京、濟(jì)南、上海三個(gè)鐵路局，以及北京供電段、天津供電段、濟(jì)南供電段、徐州供電段、合肥給水公司、南京給水公司和上海給水公司等七個(gè)維管站段的管理范圍內(nèi)，點(diǎn)多、線長、維護(hù)管理區(qū)域大、運(yùn)行維護(hù)定員少。因此，給排水專業(yè)順應(yīng)潮流提出了“樹立高鐵給排水設(shè)計(jì)全路典范、展現(xiàn)高鐵給排水設(shè)計(jì)國際水平”的新要求，首次嘗試性采用了更能體現(xiàn)當(dāng)代科技水平發(fā)展的“鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”。

3 “鐵路給排水自動控制及管理系統(tǒng)”設(shè)計(jì)在京滬高鐵建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 主要設(shè)計(jì)原則

京滬高鐵“給排水自動控制及管理系統(tǒng)”以把高鐵各站點(diǎn)的給排水設(shè)備自動控制系統(tǒng)與鐵路局維管單位的調(diào)度管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合起來做為總體設(shè)計(jì)原則，其主要思路是以標(biāo)準(zhǔn)化、具備上網(wǎng)功能的泵閥遠(yuǎn)控箱、液位/壓力采集終端、遠(yuǎn)傳流量計(jì)以及累計(jì)電量采集器等四類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端作為各站點(diǎn)現(xiàn)場給排水設(shè)備自動控制系統(tǒng)的智能化節(jié)點(diǎn)，并采用標(biāo)準(zhǔn)的電話或Internet網(wǎng)絡(luò)作為自控系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸通道，構(gòu)成一個(gè)各站點(diǎn)給排水設(shè)備既能分散獨(dú)立自控運(yùn)行、又能遠(yuǎn)程集成所有設(shè)備的高效管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[1]。按照鐵路給排水設(shè)計(jì)規(guī)范要求以及鐵路局相關(guān)管理規(guī)程規(guī)定，對用水量和用電量等重要計(jì)量參數(shù)自動進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)及上傳，對各站點(diǎn)水泵機(jī)組及其他給排水設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以達(dá)到節(jié)水、節(jié)電，降低運(yùn)行能耗，提高運(yùn)行效率的目的。

3.2 主要結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

京滬高鐵“給排水自動控制及管理系統(tǒng)”在空間設(shè)計(jì)上采用三級結(jié)構(gòu)，如圖1所示，即高鐵各站點(diǎn)現(xiàn)場自控設(shè)備、各站點(diǎn)集中監(jiān)控中心以及路局維管單位(供電段或給水公司)調(diào)度中心。其中維管單位調(diào)度中心與各站點(diǎn)集控中心通過路局生產(chǎn)辦公網(wǎng)絡(luò)通道連接，利用沿線通訊光纜交換運(yùn)行監(jiān)控及管理數(shù)據(jù)；各站點(diǎn)集控中心與現(xiàn)場自控設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)交換運(yùn)行監(jiān)控及管理數(shù)據(jù)。

圖1 京滬高鐵給排水自控及管理信息系統(tǒng)

在這個(gè)系統(tǒng)組成中，各站點(diǎn)集中監(jiān)控中心承擔(dān)了最為重要的角色，其主要作用是通過四類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端實(shí)現(xiàn)對各站點(diǎn)現(xiàn)場的給排水自控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集，即對各站點(diǎn)現(xiàn)場自控系統(tǒng)所涉及的液位、壓力、流量、電量、水泵閥門開停關(guān)閉運(yùn)行狀態(tài)等模擬和數(shù)字量，進(jìn)行采集、傳輸和監(jiān)控。四類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端都具備上網(wǎng)功能，包括泵閥控制功能終端(泵閥遠(yuǎn)控箱)、模擬量采集功能終端(液位/壓力采集)、水計(jì)量功能終端(遠(yuǎn)傳流量計(jì))和電計(jì)量功能終端(累計(jì)電量采集)。

這四類功能終端的硬件均為標(biāo)準(zhǔn)化配置且具備上網(wǎng)功能，各站點(diǎn)間同類功能終端硬件可以相互替換，參數(shù)可以靈活設(shè)置，構(gòu)成了各站點(diǎn)集中監(jiān)控中心，最大限度地完善了系統(tǒng)功能的全面性，提高了系統(tǒng)可靠性；終端硬件的標(biāo)準(zhǔn)化配置也最大限度地有利于各站點(diǎn)集中監(jiān)控中心運(yùn)行的統(tǒng)一運(yùn)行及維護(hù)[1，2]。

京滬高鐵“給排水自動控制及管理系統(tǒng)”采用標(biāo)準(zhǔn)化的電話線插座或網(wǎng)絡(luò)端口，可將上述四類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端掛到網(wǎng)上，將全線各站點(diǎn)現(xiàn)場給排水自控設(shè)備連接成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以對各站點(diǎn)現(xiàn)場給排水自控設(shè)備和閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對各站點(diǎn)的用水量、用電量實(shí)施遠(yuǎn)程抄讀，對具備標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)接口的消毒、加藥、客車上水及卸污等設(shè)備等實(shí)施遠(yuǎn)程訪問；經(jīng)授權(quán)亦可以在任何具備電話端口或網(wǎng)絡(luò)接口的地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給排水工藝的日常管理，自動實(shí)現(xiàn)用水量、用電量等數(shù)據(jù)的自動記錄和保存，實(shí)現(xiàn)路局維管單位設(shè)備終端的各種臺賬管理和年月報(bào)表的自動統(tǒng)計(jì)等，并為最終完全構(gòu)成京滬高鐵全線各站點(diǎn)給排水設(shè)備自動控制及管理系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由以上標(biāo)準(zhǔn)化功能終端和標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)通道所組成的系統(tǒng)，構(gòu)成了模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)充的給排水自控及管理網(wǎng)絡(luò)，完善了系統(tǒng)的全面性，提高了系統(tǒng)的可靠性，并最大限度地有利于路局維管單位調(diào)度中心系統(tǒng)終端設(shè)備的統(tǒng)一運(yùn)行及維護(hù)[2，3]。

京滬高鐵全線“給排水自動控制及管理系統(tǒng)”設(shè)計(jì)以標(biāo)準(zhǔn)化的四類智能終端設(shè)備為控制節(jié)點(diǎn)，以兩種標(biāo)準(zhǔn)化信道即internet網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)通訊手段，在專業(yè)維度、地理維度、管理維度之間形成了立體化的鐵路給排水自動控制及管理體系結(jié)構(gòu)。

3.3 主要配置方式

京滬高鐵“給排水自動控制及管理系統(tǒng)”屬于開拓性設(shè)計(jì)，在高鐵信息化設(shè)計(jì)中尚無先例，信息化專業(yè)依據(jù)慣例對本系統(tǒng)在用房及通道配置中未予考慮，故上述各站集中監(jiān)控中心一般即設(shè)置于各站點(diǎn)給水所或給水加壓站的值班機(jī)房內(nèi)，在各站點(diǎn)值班機(jī)房內(nèi)統(tǒng)一配備上述四類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端及集中監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化的泵/閥遠(yuǎn)控箱：根據(jù)設(shè)定的液位/壓力邏輯計(jì)算及控制關(guān)系，與設(shè)備廠家的自控柜聯(lián)動，即可達(dá)到水泵機(jī)組設(shè)備的開啟/檢測/調(diào)節(jié)/關(guān)停，實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的自動控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(2)液位/壓力采集終端：在清水池分別配備具有標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)輸出的液位傳感器；在水泵揚(yáng)水管上配備標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)輸出的壓力傳感器(檢測的液位信號和壓力信號將作為系統(tǒng)運(yùn)行和邏輯控制的重要參數(shù))，通過信號電纜接至液位/壓力采集終端，即可就地實(shí)時(shí)監(jiān)控，亦可通過網(wǎng)絡(luò)，供維管單位調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(3)遠(yuǎn)傳流量計(jì)/電子遠(yuǎn)傳式水器：在加壓泵站揚(yáng)水管及管網(wǎng)用戶入口處配備標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)傳流量計(jì)和符合ISO4064標(biāo)準(zhǔn)的脈沖輸出電子遠(yuǎn)傳式水表，計(jì)量用水量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至水計(jì)量采集終端，經(jīng)終端處理后即可就地實(shí)時(shí)監(jiān)控；亦可通過網(wǎng)絡(luò)，上傳至維管單位調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(4)累積電量采集終端和智能電表：實(shí)現(xiàn)用電量的規(guī)范計(jì)量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至累積電量采集終端，經(jīng)終端處理后即可就地實(shí)時(shí)監(jiān)控；亦可通過網(wǎng)絡(luò)，上傳至維管單位調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。

部分站點(diǎn)根據(jù)工藝需要配備了消毒及余氯檢測設(shè)備的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)亦通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)留了通訊通道。

在部分站點(diǎn)的污水排放口，根據(jù)工藝需要，配備了標(biāo)準(zhǔn)的(污水計(jì)量)遠(yuǎn)傳流量計(jì)和具有通過485通訊或者標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA信號輸出污水流量的超聲波流量計(jì)，流量計(jì)根據(jù)設(shè)定的污水管管徑或明渠圍堰尺寸，計(jì)算污水流量，并將累積污水總量和實(shí)時(shí)污水流量數(shù)據(jù)發(fā)送至水計(jì)量采集終端。

各站點(diǎn)給水所或給水加壓站的值班機(jī)房內(nèi)統(tǒng)一設(shè)置中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，配備現(xiàn)場管理信息系統(tǒng)軟件，通過標(biāo)準(zhǔn)化的電話線插座或網(wǎng)絡(luò)端口將各終端的數(shù)據(jù)集中處理顯示?，F(xiàn)場值班、巡檢人員以及維管單位調(diào)度中心可通過該監(jiān)控計(jì)算機(jī)了解系統(tǒng)的基本狀態(tài)，接收監(jiān)控信息以及發(fā)布調(diào)度命令。

[1] 張曉宏、吳國華.基于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化的京滬高速給排水自動控制設(shè)計(jì)[C]∥2011年鐵道部給排水科技情報(bào)網(wǎng)年會資料.西安：鐵道部給排水科技情報(bào)網(wǎng)，2011

[2] 張文斌.青藏鐵路給排水集中監(jiān)控系統(tǒng)簡介[C]∥青藏鐵路運(yùn)營管理及相關(guān)技術(shù)研討會論文集.青海格爾木：鐵道部給排水科技情報(bào)網(wǎng)，2005

[3] 張樂義.鐵路給水系統(tǒng)自動化應(yīng)用[J].科技資訊，2012(3)

Brief Talk of the Application of Automatic Control and Management System of Railway Water Supply and Drainage in the Construction of Beijing-Shanghai Express Railway

CHEN Chang

2013-11-27

陳 暢(1960—)，男，畢業(yè)于武漢工業(yè)大學(xué)(現(xiàn)武漢理工大學(xué))給排水專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)01-0081-03

U291.1+8

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