客車供電遠程監控系統設計

呂鳳玉，馬殷元，姚 闖

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

客車供電遠程監控系統設計

呂鳳玉1，馬殷元1，姚 闖2

(1.蘭州交通大學 機電技術研究所，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操作管理方式落后和電能浪費嚴重的問題，采用面向對象方法開發了一種低成本的電量遠程監控系統。依據Modbus－RTU協議設計的異步串行通信程序，實現了對地面電源現場供電參數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，保證了系統網絡通信連接的可靠性和智能儀表實時數據傳輸的準確性。

客車供電;監控軟件;串行通信 ;智能儀表

空調列車的增加使客車整備場用電成為車輛段的能耗大項，急需應用技術手段對用電進行精細化管理，實現安全操作和節約能耗。直供電客車進行檢修作業時需使用地面電源，發電車供電客車入段后首選地面電源供電，傳統的人工操作方式效率低、能耗大。為解決此問題，文獻［1］設計了可對車輛檢修用地面電源實時監控管理的自動化系統，介紹了系統整體架構，未給出具體的硬件設備;文獻［2］中通信網絡結構復雜，不易擴展，本文在硬件上簡化了系統網絡拓撲結構。文獻［3－4］給出了具體的通信軟件，但實現功能較簡單，不能滿足系統同時、快速、連續采集多個電參數需求。采用文獻［5－6］提到的串口異步通信方式，實現了對多臺地面供電柜的實時在線監控。為保證系統運行的可靠性，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據的準確度。

1 系統組成

系統由監控中心計算機、局域網、以太網轉串口服務器ADAM－4570、485總線網絡、各個設備數據采集子系統(安裝在地面電源柜中的現場采集裝置和地面電源)組成。現場裝置實時采集地面供電電源的工作數據，經ADAM－4570服務器將采集數據保存并發布到車輛段局域網，供有權限的管理人員瀏覽。系統組成結構如圖1示。

1.1 通信網絡

客車地面供電系統是一個分布式控制系統，系統通信網絡由信息網絡和485總線控制網絡組成。監控中心計算機通過ADSL寬帶貓固定IP方式接入車輛段局域網，設備數據采集子系統采用Modbus－RTU協議、按照菊花鏈結構接入485網絡。

ADAM－4570串口服務器在RS－485和以太網之間進行轉換，將串口通信程序集成到以太網中，采用透明協議轉換方式，實現了采用Modbus－RTU協議與TCP/IP協議的無縫連接。

1.2 現場采集裝置

智能型儀表應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絡通訊。系統采用山東力創公司的智能型電參數綜合采集儀表EDA9033D作為現場采集裝置，可測量電壓、電流、功率、頻率等常用電力參數。它組網通訊方便簡單，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段內。

1.3 以太網轉串口服務器

以太網和TCP/IP協議作為工業標準，兩者的應用集成是工控領域的發展趨勢。研華ADAM－4570是一款在RS－232/422/485和以太網進行轉換的高效率串口服務器，它支持2個帶有Windows端口重定向驅動程序的串行端口。通過簡單的配置，就可以充分利用網絡功能，不必進行進一步的編程，就實現了現場裝置和以太網之間的無縫連接。

2 監控軟件設計

現場采集裝置自動采集車輛段內多臺地面供電電源的運行狀態和運行參數，監控中心計算機配備監控軟件和互聯網接口，自動讀取參數信息，實時動畫顯示現場設備情況。監控軟件自動保存現場設備工作時的狀態數據，形成統計報表，并按照用戶的操作，向現場裝置發送控制命令，設備運行發生故障后，自動檢測記錄，并產生聲光報警。監控軟件采用微軟公司的Visual Basic6.0進行開發，組成框圖如圖2所示，主要包括6個子功能模塊，實現對現場數據的采集、圖表顯示、數據處理、數據存儲以及對歷史數據的調用和打印、報警以及設備控制等功能。

3 串行通信設計

串行通訊是工業自動化、智能終端、通信管理等領域傳統且重要的通訊手段。智能儀表遵循標準的 Modbus－RTU協議，通過485總線網絡與監控中心計算機進行串行通信。采用主從應答連接方式，主機發送查詢命令與智能儀表回應命令的數據幀格式相同如表1所示，其中每個字節(8－bits)用兩位十六進制數表示。

表1 數據幀格式

3.1 串口初始化

為保證數據傳輸成功，現場采集裝置的串行通信參數，如波特率、數據位數、停止位、校驗位等，設置成與監控中心計算機同樣的數值“9600，n，8，1”。實現對多臺地面供電柜的實時在線監控，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，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，可以通過查詢方式來實現，復雜的通信任務就用MSComm控件唯一的OnComm事件驅動方式來處理。

3.2 實時數據采集

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

3.3 實時數據處理顯示

采集數據經過數值轉換和量程標定處理后需在監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轉換成十進制Ub1=Val(“＆H”＆(Hex(getbyte(3))+Hex(getbyte(4))));2)代入系統參數得到真實值Ub=Ub1*Uo*Ubb/10000。由于系統運行過程中采集到的數據種類很多、數量也很龐大，所以采用VB自帶的內部 Access數據庫來實現數據的存取、查詢、檢索等操作。為了便于用戶及時分析和查看數據，系統將數據庫的數據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，可保證系統網絡通信連接的可靠性和智能儀表數據傳輸的準確性。監控中心計算機在發送和接收數據時，主機處理時間具有很強的確定性，網絡傳輸對整個系統傳輸時間影響最大，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運行效率。

4 結語

通過在蘭州車輛段進行監控系統搭建安裝、調試運行，實現了對地面供用電情況的實時遠程監管，監控中心計算機采集到的工作數據實時性好、可靠性高，為車輛段用電精細化管理和用電分配與監督提供了合理準確的參考依據。

［1］ 姚闖.客車車輛地面電源監控及數據采集系統設計［J］.鐵道車輛，2010，48(03):32－34.

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

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

［4］ 宋宏超，于向軍，呂震中.Modbus協議在智能數據采集系統中的應用［J］.測控技術，2006，25(2):65－70.

［5］ 李阜，陳小歐.Windows環境下的串口異步通信程序設計［J］.電子技術與應用，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研究所碩士，主要從事計算機控制系統的研究。