石家庄供电段李治河谷明川
　　
　　摘要为提高铁路给水设备管理水平,解决目前铁路给水设备管理存在的问题,提出了分级控制给水集中监控系统的研究,并对系统进行了设计实施。实现了利用计算机、现代通信等技术手段,建立分级控制给水集中监控系统的目标。根据设备分布情况,研究了分级控制技术,分析了各种通信方式的一次性投资、可靠性及适用原则;设计了系统构成、功能及两级控制、三级控制水泵开停、设备保护等程序流程。介绍了系统组建及在石家庄地区铁路给水中的应用。

3.1.3三级控制现场监控子系统(主RTU)
　　
　　由双通信口可编程控制器(PLC)及扩展模块、通信设备等构成。在结构上比两级控制分RTU采用的可编程控制器(PLC)多一个通信口,开关量多6路,模拟量多8路,地址容量大40%,多配备一套通信设备,其余基本相同,投资增加不多。各模块与各仪器仪表及分RTU结合,进行现场数据采集控制。内置测控软件,可做循环控制及其它智能控制,并与中央控制系统及分RTU交换数据。
　　
　　三级控制子系统中的分RTU与两级控制RTU结构相同,只是将判断水泵开停功能交予主RTU,其他功能相同。主RTU完成管辖区域的水泵开停判断,通过分RTU操控水泵开停。
　　
　　3.1.4网络化管理子系统
　　
　　管理部门、检修部门和现场使用部门通过局域网可随时调看中央控制系统显示的现场设备运行情况及实时数据、历史资料和相关的统计报表,实现给水集控信息远程查询。
　　
　　3.2系统功能设计
　　
　　根据设计方案和现场使用要求,该系统具备扬水设备控制、保护、数据及状态遥测功能,扬水回流、管路漏水报警及辅助功能。
　　
　　3.2.1控制功能
　　
　　一般由现场测控端(RTU)根据水塔水位自动开停水泵,随时报告中央控制室,中央控制室也可随时人工点击开停水泵。
　　
　　(1)两级控制扬水设备自动开停
　　
　　两级控制的供水系统,大部分是一台水泵一个水塔,水泵与水塔之间数据经过现场测控端的PLC交换比较,达到上下限值时,自动开停水泵,并及时将开停信息和各种数据传给中央控制室。其自动开停泵程序流程如图4所示。

　　
　　(2)三级控制扬水设备自动开停
　　
　　三级控制的供水系统,主RTU负责其附近设备数据采集和分RTU数据收集汇总分析判断,水塔水位达到下限值时,对停止的运行时间最短的在线水泵下达开泵命令。其自动开泵程序流程如图5所示。

　　
　　停泵工作流程与此相反,把下限值改为上限值,设备运行改为停止,工作时间最小改为最大分析比较即可。
　　
　　3.2.2扬水设备保护功能
　　
　　为提高扬水设备保护功能的准确性和及时性,由距设备最近的可编程控制器(PLC)负责设备保护的判断和执行。将扬水设备过流、欠流、过压、欠压、三相电流平衡等保护值上下限,通过中央控制室计算机设置,发送保存到现场PLC中。现场PLC采集到数据后马上与保护值比较,超值后立即停机,并向中央控制室传送报警信息。其程序流程如图6所示。

　　
　　3.2.3数据及设备状态遥测功能
　　
　　现场测控端(RTU)随时遥测数据及设备状态,实时、定时传送到中央控制室。中央控制室可随时人工点击遥测各设备数据状态。
　　
　　3.2.4扬水回流报警功能
　　
　　扬水设备的开停状态和其扬水流量计工作状态,传送给一个可编程控制器(PLC),由PLC分析判断在扬水设备处于停止状态时,扬水流量计是否工作,如工作就证明逆止阀不严,有扬水回流现象,立即向中控室报警。其程序流程如图7所示。

　　
　　3.2.5管路漏水报警功能
　　
　　由中央控制室计算机负责,把液位计显示的水塔水位按不同水塔容量换算为水塔水量。以日为单位考核,当供水系统日用水量累计大于前一周日平均数20%(可调阈值)时中控室计算机报警提示。
　　
　　日用水量=前一天水塔水量-当日水塔水量+当日扬水量。
　　
　　3.2.6辅助功能
　　
　　系统具有泵房有人进入报警、修改控制保护值上下限、向局域网发布信息、水量、电量、工作时间计算等辅助功能。
　　
　　4系统组建及运行
　　
　　4.1系统组建
　　
　　目前已在石家庄供电段管辖范围内组建了一套分级控制铁路给水集中监控系统,中央控制室设在石家庄北站,控制石家庄、衡水、石太、京九铁路沿线60多套扬水设备。中控室与石家庄北站RTU采用有线通信,与石家庄南站、西站采用无线电台通信,与白羊墅、邢家村、良村、石家庄客站、娘子关采用GPRS通信,其余采用GSM短信息通信。RTU与设备之间采用有线通信,主RTU与分RTU之间采用无线电台通信。
　　
　　4.1.1中央控制系统
　　
　　设在石家庄北站的中央控制室选用IBM计算机;25W日立339无线电台;中国移动动感地带校园卡;GPRS中国移动数据卡等设备。
　　
　　计算机具有2个串行通信口、4个USB通信口,通过多串口卡使各串口分别与无线电台通信基站、GPRS通信基站和GSM短信通信基站接口连接,USB接口通过转换装置与电缆连接。中央控制室计算机操作平台采用WindowsXP,监控软件采用力控软件和VisualBasic语言编制,通信部分采用C语言编制。该系统可控制256个RTU。
　　
　　4.1.2两级控制现场测控端
　　
　　石家庄、京九、石太线等24个供水系统,采用了两级控制。
　　
　　如京九线辛中驿站距石家庄中控室230km,系沿线小站,处在两个移动公司基站之间,中国移动信号较弱,因此采用GSM短信通信。该站有一套扬水设备,一座水塔,水塔距水泵120m,采用两级控制。现场测控端(分RTU)设在泵房,用有线把水塔水位信号和水泵信号分别接入分RTU。
　　
　　现场测控端(分RTU)硬件选配:主控模块选用德国西门子产可编程控制器;程序用Step7STL语句表编制;配2个扩展模块,分别接三相电压、三相电流、压力、水塔水位8路模拟量输入,通信设备采用台湾产GSM模块及中国移动动感地带校园卡;水位计采用德国E+H;压力传感器采用北京瑞普三元有限公司传感器;电压和电流变送器采用卡式传感器,防雷滤波器F-10A,控制继电器直流12V。
　　
　　本RTU实时遥测数据,2h保存一次数据,8h定时向中央控制室传送一次存盘数据,中国移动动感地带校园卡,月租15元含200条信息,超出部分每条信息1角,每日定时传送3次数据,加上设备开停、保护动作、有人进入、故障报警等信息,每月实际支出为20多元。
　　
　　4.1.3三级控制现场测控端
　　
　　2009年后改造的白羊墅、衡水、深州、霸州等六个供水系统,采用了三级控制。
　　
　　如石太线白羊墅站距石家庄中控室120km,距阳泉8km,中国移动信号较强。该站有4套扬水设备,其中:2套加压泵在同一泵房,2套深井泵,1号深井泵距加压泵30m,2号深井泵距加压泵1km,一座水池距加压泵50m,一座水塔距加压泵1.5km。采用三级控制,现场测控端(主RTU)设在加压泵房,用有线把水池水位信号、1号深井及各加压泵信号接入主RTU。在2号深井泵和水塔处分别设现场测控端(分RTU);用10W无线电台与主RTU通信。
　　
　　主RTU与中控室采用GPRS通信,每40s与中控室在线连接一次,每5min传输交换一次记录数据。采用现行的经济套餐月租20元,送150MB流量,满足使用。
　　
　　主RTU模块选用德国西门子产双通信口可编程控制器,程序用Step7STL语句表编制;配6个扩展模块,分别接各泵电压、电流、压力、水位等22路模拟量输入,其余设备同两级控制RTU。
　　
　　4.1.4网络管理系统
　　
　　在中央控制室外300T水塔顶和段六楼分别安装以色列产10W无线电台,将中央控制室计算机与铁路局域网服务器连接,发布集控信息数据。
　　
　　4.2系统运行及经济效果
　　
　　投入使用几年来,系统运行正常,性能稳定。自动及远程人工开停水泵动作可靠,做到了实时监控设备运行;设备保护、报警动作灵活,无误动作;数据资料统计、显示准确完整。即使在雷雨等恶劣天气和春节期间通信拥堵等特殊情况下,系统也能运行正常。
　　
　　系统使用效果良好,京九线已实现无人值守,共减少值班人员45人,按每人每年4万元计算,年节约支出180万元。增加了扬水设备保护功能,经过几年的运行,每台设备平均延长寿命约2000h,年节约维修等费用2000元左右,60多套设备每年节约开支12万元。再加上防扬水回流、漏水报警、抽空保护年节支10万多元。分级控制比单级控制年节支通信费用1万元,合计年节支200多万元。提高了给水设备的管理水平。
　　
　　5结束语
　　
　　分级控制铁路给水集中监控系统具有较强的可扩展性和先进性,特别适合铁路给水点多、线长、大小站不同、设备种类多、地形复杂的特点。将其大量推广应用必将产生良好的效益,给铁路参与社会竞争创造条件。
　　
　　作者简介
　　
　　李治河(1970-),男,石家庄供电段技术科,工程师。
　　
　　谷明川(1957-),男,石家庄供电段技术科,高级工程师。

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