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(zhù)國內高鐵建設的步伐加快，高鐵運營(yíng)的安全也越來(lái)越受到關(guān)注。我國是一個(gè)自然災害多發(fā)的國家。災害主要有：地震、風(fēng)暴、洪水、冰雪災害、凍雨、泥石流、滑坡、沙塵暴等，每年災害此起彼伏，這些自然災害對于運行中時(shí)速高達300km/h的列車(chē)來(lái)說(shuō)可謂是致命的。因此，建立一套具有預估、提前報警功能的鐵路防災監控系統，對于運營(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(cháng)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(cháng)1068公里，途經(jīng)15個(gè)車(chē)站。設計時(shí)速高達350km/h，建成后，武漢到廣州運行最短時(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線(xiàn)路的壓力。然而，武廣鐵路沿線(xiàn)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害經(jīng)常發(fā)生；同時(shí)，由于沿途有著(zhù)較為復雜的居住環(huán)境，人、牲畜等非常規的穿越鐵路事件時(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(xiàn)的致命殺手，一旦發(fā)生，將對個(gè)人生命以及國家財產(chǎn)造成巨大的傷害。因此，防災監控系統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當中。

   系統介紹

   武廣鐵路沿線(xiàn)共設有109個(gè)風(fēng)速監測點(diǎn)、51個(gè)雨量監測點(diǎn)以及125個(gè)異物監測點(diǎn)，這些監測點(diǎn)根據區域被劃分成了155個(gè)區域，每個(gè)區域安放了一套貝加萊冗余控制器對監測數據進(jìn)行采集，并通過(guò)高速光纖網(wǎng)將數據分別發(fā)往位于武漢、長(cháng)沙以及廣州的數據中心。系統拓撲圖如圖1所示。
  
                  
                                 圖1 武廣高鐵防災監控系統拓撲圖

    系統需求

    可靠

    作為防災監控系統的“眼睛”， 每個(gè)監控單元都擔負著(zhù)數據的采集與發(fā)送任務(wù)。如果監控單元發(fā)生故障，那么這一區域將成為監控盲點(diǎn)。因此，讓每個(gè)監控單元可靠、穩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等認證測試，并滿(mǎn)足了鐵道部電氣系統的A級EMC測試要求。此外，為了進(jìn)一步提高系統的可靠性能，貝加萊還推出了全對稱(chēng)式的冗余方案。如圖2所示。兩臺完全一樣的CPU同時(shí)運行著(zhù)一模一樣的程序，并掛接相同的I/O以及通訊模塊。在運行期間只有一臺CPU是主站（擁有控制權），而另一臺處于熱備狀態(tài)（無(wú)控制權）。在某一時(shí)間，如果主站CPU出現故障（CPU運行故障、I/O模塊故障、通訊模塊故障或者是與上位機的聯(lián)系中斷），系統會(huì )立即進(jìn)行切換，將原先處于熱備狀態(tài)的CPU切為主站，使其擁有對整個(gè)系統的控制權。由于切換時(shí)間極短，因此切換動(dòng)作絲毫不會(huì )對整個(gè)監控單元產(chǎn)生影響，在監控中心的畫(huà)面中也不會(huì )丟失掉該區域的任何數據。從而，更進(jìn)一步提高了每個(gè)監控單元的可靠性。
   
                 
                                     圖2 全對稱(chēng)冗余系統 

    開(kāi)放性、靈活性

    每個(gè)監控單元中都會(huì )有種類(lèi)繁多的儀器儀表，用于采集各種類(lèi)型的數據。為了方便維護，節約接線(xiàn)成本，許多智能儀表會(huì )選擇用通訊的方式將數據傳送給PLC。同時(shí)，PLC在采集完這些數據后，還要將其通過(guò)以太網(wǎng)傳送給監控中心。這就需要PLC擁有足夠的開(kāi)放性與靈活性，能夠集成各種通訊協(xié)議。貝加萊的X20標準型CPU本身就集成了2個(gè)以太網(wǎng)通訊口（其中一個(gè)可根據需要設置成Ethernet POWERLINK總線(xiàn)），1個(gè)RS232標準串口以及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(zhù)用戶(hù)將完全不用關(guān)心如何去編寫(xiě)通訊代碼。如圖3所示。

    易于組態(tài)、方便維護

    貝加萊提供的通用編程組態(tài)軟件AutomationStudio，集成了對所有貝加萊產(chǎn)品的編程與組態(tài)，包括PLC、伺服驅動(dòng)、HMI、以及工業(yè)控制計算機等，為客戶(hù)的項目開(kāi)發(fā)與維護帶來(lái)了方便。此外，AutomationStudio所支持的編程語(yǔ)言多達7種，其中除了IEC61131-3中所規定的標準語(yǔ)言（LD、IL、FBD、SFC、ST）外還支持兩種高級語(yǔ)言，即Automation Basic以及ANSI C。用戶(hù)可在同一個(gè)項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(kāi)發(fā)的靈活性，也為用戶(hù)集成一些較為高階的算法提供了方便。
  
                     
                              圖3 貝加萊X20標準型CPU

    結語(yǔ)

    2009年12月26日，武廣高鐵客運新干線(xiàn)首列“和諧號”列車(chē)從新落成的武漢火車(chē)站啟動(dòng)前往廣州，武廣高鐵通車(chē)儀式開(kāi)始，標志著(zhù)我國步入高速鐵路新時(shí)代。 自投運以來(lái)，貝加萊的系統始終穩定地運行著(zhù)，并且以其優(yōu)異的性能確保武廣高鐵的可靠運營(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，擔任技術(shù)工程師職務(wù)，主要從事過(guò)程自動(dòng)化項目的研究與開(kāi)發(fā)。對于水處理、廠(chǎng)房/樓宇控制以及鐵路防災等行業(yè)有一定的應用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第六期