RemoDAQ-8000系列模塊在鐵路通信電源

[IMG]一、概述：
　　近幾年，機房或樓宇的環境與設備監控已迅速形成一個新興的產業，盡管在環境與設備監控項目上各工程公司采用的軟硬件千差萬別，但北京鼎升力創公司的RemoDAQ-8000系列分散式數采產品已被眾多從事該行業的工程公司所認可，并且正逐步成為本應用領域的主流產品。
　　環境與設備監控項目主要被測量和監視的信號包括交流或直流電的電流、電壓、電量；溫度；水浸；門禁；視頻信號以及各種室內設備的工作情況，室內設備包括：空調，發電機，UPS電源，蓄電池組等，這些信號在無人職守的狀況下受到監視，一旦出現故障，將自動報警并進行相應處理。
　　本文重點利用北京鼎升力創的RemoDAQ-8000系列產品介紹其在鐵路通信電源及環境集中監控的應用原理和方法，在其他場合的應用方法可以以此類推。
　　二、鐵路通信電源的集中監控系統：
　　通信電源是通信行業的動力和保證，對確保通信質量具有重要的影響，在通信行業中發揮著不可替代的作用。因為通信設備發生故障是局部的，而電源發生故障，將會造成通信全部停止，人們視通信電源為整個通信系統的心臟。北京鼎升力創公司的系列產品為鐵路通信電源、空調及環境集中監控系統的可靠運行和鐵路通信的安全運營提供了保證。
　　為了保證鐵路通信的順利發展及其通信的安全可靠，鐵道部電務局從97年開始對通信電源設備及其環境進行集中監控。
　　通信電源集中監控系統基本功能和性能如下：
　　 ◆ 監控系統對分布的各個獨立的通信電源、空調系統和系統內的各個設備進行遙測、遙信、遙控，實時監視系統和設備的運行狀態，記錄和處理相關數據，及時偵測故障，通知人員處理，從而實現通信局（站）的少人或無人值守，以及電源、空調的集中監控維護管理，提高供電系統的可靠性和通信設備的安全性。
　　 ◆ 監控系統響應時間從故障事件發生至反映到有人值守監控級的時間間隔小于10s，可以響應多事件多點同時告警。
　　 ◆ 系統的軟硬件應采用模塊化結構，具有最大的靈活性，可適應不同規模監控系統網絡和不同數量監控對象（被監控設備）的需要。
　　 ◆ 監控系統不影響監控對象的正常工作，不改變智能設備（具有內部自動控制功能的設備）的原有功能。
　　 ◆ 監控系統具有良好的電磁兼容性，監控對象處于任何工作狀態下，系統均能正常工作；同時系統不產生影響監控對象正常工作的電磁干擾。
　　 ◆ 監控系統任何監控點的接入均不破壞監控對象的接地系統。
　　 ◆ 監控系統具有自診斷功能，對數據紊亂、通信干擾等可自動恢復；對通信中斷、軟硬件故障等能診出故障并及時告警；本系統發生故障時不影響監控對象的正常工作和控制功能。
　　 ◆ 監控系統前端采集設備應能在-48V直流電源條件下不間斷工作。系統其他硬件能在局方給出的不間斷電源（220V+/-10%）或-48V直流電源條件下工作，或自帶UPS供電，以防止市電停電而終止工作。
　　 ◆ 系統具有良好的人機交互界面和漢字支持能力；故障告警具有明顯清晰的視聽信號。
　　 ◆ 監控系統的測量精度應滿足：直流電壓優于0.5%，蓄電池單體電壓測量誤差不大于+/-5Mv，其他電量優于2%，非電量優于5%。
　　三、通信電源及環境的體系結構：
　　集中監控系統采用逐級匯接的結構，自下而上包括：監控模塊(SM：Supervision Module)、監控單元(SU：Supervision Unit)、監控站(SS：Supervision Station)、監控中心(SC：Supervision Center)，可分別對應機房、站場、電務段、路局等各級維護管理部門。
　　 SM配備在無人值守機房，負責信息的采集，傳送和管理中心的命令執行。
　　 SU為站場，維護人員在SS、SC等各級可對本場站內的設備進行動態實時的集中監控，可以隨時查看轄區內被監控設備的各種運行數據，被監控設備的故障告警可以立即傳送到有人值守的地方，并以明顯的聲、光信號提示。
　　 SS一般設在電務段，對應于維護管理中心(MMC)，是主要的維護實體，具備全部故障、性能、配置、安全管理功能，負責本地管轄范圍內各機房的日常檢測管理和故障搶修。
　　 SC為路局，作具備除控制以外的全部故障、性能、安全管理功能，側重于網絡級狀態管理和調度指揮。
　　根據實際情況，SM可以直接連到SU、SS或SC。
　　系統可以根據需求，分別配置成三級結構(路局、電務段、站場)或兩級結構(電務段、站場)。

四、通信電源及環境監控的傳輸方式：
　　 a)星型拓撲的SU（SM）和上級局站之間
　　星型拓撲結構中的所有SU（SM）可以直接連到上級局站(SS、SC等)，之間可以采用以下
　　傳輸方式：
　　 1)利用2M傳輸線路中的1個空閑時隙。
　　 2)利用微波/光纖中繼站提供的透明數字公務信道(RS422、RS232接口)。
　　 3)利用專線電話。
　　當采用2M空閑時隙時，系統在每個SM安裝一臺SM通信機，通過從2M傳輸線路中抽取1個空閑時隙，在SU（SM）和上級局站之間進行通信，其他時隙進行正常業務傳輸。
　　在上級局站，利用交換機的匯集功能把每30個時隙匯集到一個2M線路，送入SM集中通信機。每臺SU（SM）集中通信機最多可接入4個2M，同時監控120個SU（SM）。當SU（SM）數目較多時，可設置多臺SU（SM）集中通信機。

b)星型總線拓撲的SM和上級局站之間
　　星型總線拓撲結構中的所有SM不能直接連到上級局站(SU、SS、SC等)，必須通過級聯的
　　方式進行傳輸。可以采用以下傳輸方式：
　　 1)利用2M傳輸線路中的1個空閑時隙。
　　 2)利用專線電話。
　　當采用2M空閑時隙時，系統在每個SM安裝一臺SM通信機，通過從2M傳輸線路中抽取1個空閑時隙，在SM和上級局站之間進行通信，其他時隙進行正常業務傳輸。
　　與星型結構不同的是，總線型的SM通信機有級聯功能，同一總線上的若干SM通信機可以共用同一時隙，上級局站通過地址碼，與同一時隙上的不同SM通信機進行通信。
　　在上級局站，利用交換機的匯集功能把每30個時隙匯集到一個2M線路，送入SM集中通信機。每臺SM集中通信機最多可接入4個2M，同時監控120個SM。當SM數目較多時，可設置多臺SM集中通信機。

星型總線拓撲2M時隙傳輸方式
　　 c)S和SC之間
　　 SU、SS、SC之間利用TCP/IP協議，通過廣域網(WAN)進行傳輸通信。
　　廣域網可以利用各局站之間的2M線路，通過路由器建網。
　　五、SU監控原理及其設備組成
　　在一些較大的局站本地可以根據管理的需要配置北京鼎升力創公司的IPC-800（主板為PEAK-639V）工控機在現場進行數據采集和管理。其基本工作原理圖如下：


　　 IPC-800工控機的主要作用是：
　　 ◆ 前端數據采集中心
　　 ◆ 實現本地數據保存
　　 ◆ 與遠端中心局站進行通信、交換數據
　　 ◆ 在網絡中斷時保存數據，在網絡條件恢復時，將未能上報的數據及時上報。
　　 ◆ 通過R-8188END(串口服務器)實現多個串口設備上網。
　　 ◆ 通過RS485數據總線與RemoDAQ-8000系列模塊進行數據通信
　　 ◆ 通過R-8017模擬量輸入模塊對各種直流電壓、電流、溫濕度、電池單體電壓進行采
　　集上報。
　　 ◆ 通過R-820X智能交流電量采集模塊對各種交流電壓、電流進行采集上報。
　　 ◆ 通過R-8060、R-8050可以實現各種數字輸入量的采集，如門禁、水浸等。
　　 ◆ 通過R-8060、R-8050可以實現對各種控制設備的信號的控制。如通過R-
　　 8060和R-8050對非智能空調進行遠程遙控，實現節能和保證設備運行安全。
　　 ◆ 通過網卡可以在本地組成局域網與其它計算機聯網，在現場進行維護
　　 ◆ 可以遠程更新監控內容、更新模塊的配置
　　 ◆ 適合于機箱內部掛式安裝
　　其它主要模塊的功能如下圖所示。

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路局、分局、電務段本地SU系統示意
　　如果局站的規模較小，可以用R-8188XD來代替工控機。
　　 R-8188XD是專門為工業應用而設計的嵌入式模塊，可在惡劣的情況下代替PC和PLC。
　　嵌入式控制模塊R-8188XD的主要配置為：
　　 ◆ 采用AMD公司嵌入式80188CPU,主頻為40MHz
　　 ◆ 具有256K SRAM和256K FLASH ROM
　　 ◆ 內置實時時鐘/NVSRAM和EEPROM
　　 ◆ 內含4個COM口,其中COM1為232/485可選擇方式、COM2為RS485模式、COM3為RS232方式；COM4為RS232程序下載和用戶使用的公用口。
　　 ◆ COM驅動支持中斷并帶有1K隊列緩沖
　　 ◆ 內置看門狗
　　 ◆ 內置電源保護電路
　　 ◆ 內置RS485網絡保護電路
　　 ◆ 可從PC把程序導入R-8188XD
　　 ◆ 內置DATALIGHT的RAM-DISK和ROM-DISK
　　 ◆ 內置QBASIC編譯器
　　 R-8188的內部結構框圖如下圖：
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R-8188XD在集中監控系統中的主要作用是：
　　 ◆ 前端數據采集中心
　　 ◆ 實現本地數據保存
　　 ◆ 通過MODEM或時隙復用器與監控中心進行通信、交換數據
　　 ◆ 通過R-8188END(串口服務器)實現多個串口設備上網。
　　 ◆ 通過RS485數據總線與R-8000系列模塊進行數據通信
　　 ◆ 通過R-8017模擬量輸入模塊對各種直流電壓、電流、溫濕度、電池單體電壓進行采集上報。
　　 ◆ 通過R-820X智能交流電量采集模塊對各種交流電壓、電流進行采集上報。
　　 ◆ 通過R-8060、R-8050可以實現各種數字輸入量的采集，如門禁、水浸等。
　　 ◆ 通過R-8060、R-8050可以實現對各種控制設備的信號的控制。如通過R-8060和R-8050對非智能空調進行遠程遙控，實現節能和保證設備運行安全。
　　 ◆ 實現智能設備的協議轉換，對非標準通信協議設備可以根據標準通信協議的要求進行協議轉換，使其轉換成標準通信協議，便于管理和維護
　　 ◆ 對各類設備進行編址，地址可以使用軟件設置，實現共線方式數據訪問
　　 ◆ 可以使用用戶配置文件來設置每一個串口的特征值，設置每一個串口的參數，實現485總線不同數率和數據格式的設備信。
　　其本地組網功能如下圖所示。

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通信站場SU系統示意
　　如圖所示，在通信電源的集中監控中，對于路局、分局、電務段本地SU系統，對智能設備利用多串口卡從設備其本身的RS232直接接入。對于通信站場的SU系統，智能設備經嵌入式轉換模塊R-8188XD轉發到Modem等通信設備。一般情況下低壓配電設備（主控柜、副控柜、交流盤、穩壓器、進線柜、電容柜）、柴油發電機、整流配電設備（交流盤、整流器、直流盤）、逆變器、DC—DC變換器、UPS、太陽能供電系統都需要進行設備改造，各種電量可以采用鼎升力創的系列模塊，使其各種電量和狀態轉換成數字信號后，接入R-8188XD或工控機。
　　六、SS系統組成：
　　系統在SS建立Ethernet局域網，設置SU集中通信機、監控主機、監控工作站、打印機、Modem等，直接監控本SS范圍內的基站數據。
　　七、SC系統組成
　　系統在SC建立Ethernet局域網，設置監控工作站、數據服務器、RAID 5磁盤陣列、打印機等。根據需要，系統可以采用大容量磁帶機或MO作為數據備份系統。
　　數據服務器采用雙機熱備份，其中一臺出現故障時，另一臺將接管它的工作。同時采用RAID 5磁盤陣列系統，確保系統數據不因存儲介質的故障丟失。
　　八、通信電源監控維護與管理的發展趨勢
　　由于RemoDAQ-8000系列采集模塊的精度高，采樣速度較快，為通信電源的智能監控提供了很好的前提。
　　智能監控是基于傳統控制理論的監控方法模擬、代替的是人的感覺器官和勞動器官的功能，而智能監控的目標則是模擬、代替人的思維器官的某些分析和控制功能。本系統采用了專家系統、模糊理論、神經網絡等智能分析和控制方法，進行以下智能控制：
　　 ◆ 告警處理：分析告警原因，提出解決方案建議。
　　 ◆ 故障預測：根據系統監測數據，提前預測可能發生的故障。
　　 ◆ 系統分析：根據系統監測數據，自動進行設備性能分析、節能效果分析等工作。
　　通信電源集中監控系統在實際運行過程中，在不同地區為鐵路通信電源監控起到了很好的作用，對安全隱患的發現，及時發現了需要更換設備。為鐵路運維護提供了優良的保障，為鐵路系統實現綜合管理、無人值守，減員增效提供保證，具有顯著的實用價值。
　　注：北京鼎升力創的以下產品在環境與設備監控項目中被大量采用，敬請查閱有關介紹資料
　　 1. RemoDAQ-8188XD AMD80188嵌入式控制器，固化ROM DOS,帶4個串口
　　 2. RemoDAQ-8188END 串口上網服務器
　　 3. RemoDAQ-820X 智能交流電量采集模塊
　　 4. RemoDAQ-8017 8路模擬量輸入模塊
　　 5. RemoDAQ-8060 4路開入、4路繼電器開出模塊
　　 6. RemoDAQ-8050 7路開入、8路開出模塊
　　 7. RemoDAQ-8520 RS-232轉RS-485模塊