鐵路新老電力遠動系統(tǒng)整合方案及其關鍵技術研究

盧懷國

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司電化處，武漢 430063)

鐵路生產(chǎn)力布局調整和站段合并后，洛陽供電段管內線路眾多，包括隴海線、侯月線、北焦枝線、寧西線、洛陽樞紐等，這些線路都已實現(xiàn)了電力遠動系統(tǒng)，涉及廠家眾多，日常的使用和維護工作難度大。結合洛陽供電段生產(chǎn)力布局實際要求，將以上各條線路納入新的遠動系統(tǒng)中，實現(xiàn)新老遠動系統(tǒng)的整合。

1 數(shù)據(jù)傳輸模型在系統(tǒng)整合中的作用

系統(tǒng)整合的關鍵在于新的遠動系統(tǒng)對既有系統(tǒng)中各種設備(包括RTU、FTU、STU、配電所綜自系統(tǒng)等)的兼容和集成能力［1］。在洛襄電力遠動項目中，需要整合、納入新系統(tǒng)的線路、設備、廠家數(shù)量眾多，各種設備研發(fā)、生產(chǎn)的時間跨度大，采用的技術差異明顯，特別是通信方式和通信協(xié)議各不相同，導致設備接入的調試工作量巨大。因此，為了能夠快速、平滑地實現(xiàn)對既有系統(tǒng)的整合，新的遠動系統(tǒng)必須能夠很好地支持與不同通信方式和通信協(xié)議的站端設備之間的通訊。實現(xiàn)這一切的關鍵就是“數(shù)據(jù)傳輸模型”。

2 數(shù)據(jù)傳輸模型的選擇

在遠動系統(tǒng)中，前置機負責數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉換和數(shù)據(jù)預處理，其接收到的實時數(shù)據(jù)需要及時地轉發(fā)給后臺工作站(圖1)，因此，為保證數(shù)據(jù)傳輸，模型應滿足以下要求。

(1)系統(tǒng)有良好的實時性和穩(wěn)定性。

(2)多個后臺工作站、服務器從多臺前置機獲取數(shù)據(jù)，二者是多對多的關系。因此，后臺工作站和前置機之間必須滿足解耦合。

(3)為了保證實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑪?shù)據(jù)傳輸模型應該提供QoS策略，對數(shù)據(jù)傳輸質量進行控制。

(4)每臺工作站、服務器所感興趣的數(shù)據(jù)不同，因此數(shù)據(jù)傳輸模型應該提供過濾機制。

根據(jù)以上要求，數(shù)據(jù)傳輸模型的選擇應是基于數(shù)據(jù)分發(fā)服務(data distribution service，以下簡稱DDS)。DDS是OMG專門針對分布式實時系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱模型頒布的一個最新規(guī)范，它純粹以數(shù)據(jù)為中心來進行數(shù)據(jù)分發(fā)，并將資源狀況、對資源的期待程度、網(wǎng)絡狀況等都用QoS參數(shù)來描述，大大增強了通信的實時性和靈活性［4］。

圖1 電力遠動系統(tǒng)的典型配置

3 基于DDS的電力遠動系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于DDS的電力遠動系統(tǒng)采取分布式體系結構，發(fā)布者和訂閱者通過指定通信的QoS來選擇合適的通信方式，通過Topic確立匹配關系，實現(xiàn)了發(fā)布方和訂閱方之間的異步實時通信［5］。待發(fā)布-訂閱關系建立以后，開始不斷的接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、可靠傳輸。該體系結構的示意如圖2所示。

圖2 基于DDS的電力遠動系統(tǒng)示意

總體來說，基于DDS的新一代電力遠動系統(tǒng)具備如下特點［5］。

(1)實時性

訂閱者和發(fā)布者之間的連接是在訂閱時確立的，每個數(shù)據(jù)發(fā)布者節(jié)點都知道將數(shù)據(jù)發(fā)往何處，訂閱者和發(fā)布者之間形成一種P2P的通信連接，因此實際的數(shù)據(jù)傳輸效率是很高的。

(2)冗余性和可靠性

where Jpis the rotational inertia of the hydraulic pump.

真正實現(xiàn)了全分布式結構，單點失效對系統(tǒng)功能無影響。即使是作為數(shù)據(jù)發(fā)布者的前置機退出后，訂閱者會自動轉向備用的發(fā)布者(即備用前置機)，建立新的發(fā)布-訂閱關系，重新開始接收數(shù)據(jù)。

(3)可擴展型

可以隨時增加一個新的數(shù)據(jù)主題，為系統(tǒng)增加新的功能;也可以隨時增加數(shù)據(jù)發(fā)布者，接入新的監(jiān)控對象。

(4)動態(tài)性

由于訂閱者和發(fā)布者之間是解耦合的，因此可以方便地根據(jù)系統(tǒng)需要隨時添加或刪除節(jié)點，而不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

(5)靈活性

4 新老系統(tǒng)整合的實施方案

在進行系統(tǒng)整合時，首先必須以不影響既有遠動系統(tǒng)的正常運行、保證鐵路運營安全為前提。在對既有系統(tǒng)接入時，按照“逐一接入、并列運行、逐步淘汰”的原則進行，即逐一接入老系統(tǒng)，先易后難;接入后老系統(tǒng)并不是馬上退出，而是新老系統(tǒng)并列運行;待新系統(tǒng)運行穩(wěn)定、功能和性能全部取代或超越老系統(tǒng)后，再撤出老的系統(tǒng)［7］。整合后的系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 新老系統(tǒng)整合典型案例

該整合方案具有如下特點。

(1)節(jié)省硬件投資

通過保留既有系統(tǒng)的前置機，可以將既有系統(tǒng)中前置機以及前置機以下的通信設備統(tǒng)一納入新系統(tǒng)，成為新系統(tǒng)的一個獨立的組成部分。另外，通過更換監(jiān)控軟件，既有調度工作站和服務器同樣可以成為新系統(tǒng)中專門負責既有線監(jiān)控的獨立調度平臺。所有的既有硬件資源都能得到合理的利用，大大節(jié)省了系統(tǒng)的總體投資。

(2)避免既有系統(tǒng)的重新調試，縮短整合時間

在系統(tǒng)整合過程中，最大的工作量在于將既有系統(tǒng)的被控設備納入新系統(tǒng)以后，為了保證系統(tǒng)的安全性，需要重新調試前置機和站端設備之間的通信，并對被控設備進行遙控實驗［8-12］。通過在前置機上創(chuàng)建“發(fā)布者”程序的方法，完全保留了既有系統(tǒng)中前置機和站端設備之間的一切硬件、軟件和參數(shù)，避免了鐵路正常運營情況下的設備調試，縮短整合時間。

(3)整合后的系統(tǒng)保持了新系統(tǒng)的架構和優(yōu)點

通過創(chuàng)建“發(fā)布者”程序屏蔽了既有系統(tǒng)原來的通信處理軟件，使得這些程序在新系統(tǒng)中只是作為一個“本地數(shù)據(jù)源”而存在。整合后的系統(tǒng)具備了統(tǒng)一的操作界面，對用戶來說就是一個單一的監(jiān)控平臺，方便了用戶的操作和使用。同時，整合后的系統(tǒng)保持了新系統(tǒng)的整體架構，依舊是一個結構清晰的基于DDS的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，從而完整地保留了該系統(tǒng)的所有特點。

5 結語

通過系統(tǒng)整合，將多套SCADA系統(tǒng)融合成一套性能穩(wěn)定、功能完善的電力遠動調度平臺，不僅能夠統(tǒng)一操作界面，簡化系統(tǒng)架構，提高系統(tǒng)的可靠性和易維護性，更能方便調度員的使用，降低出錯概率，極大的減輕用戶的工作難度和工作壓力。因此，新一代鐵路電力遠動系統(tǒng)必須能夠更好地適應鐵路網(wǎng)快速發(fā)展，更快速、可靠地整合既有系統(tǒng)，滿足更高要求的鐵路建設。洛襄鐵路電力遠動系統(tǒng)的建設和對既有系統(tǒng)的整合，在這方面做了積極有益的探索，具有重要的借鑒和指導意義。

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