王耀午

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 武汉 430063)

0 引言

随着现代化铁路的飞速发展，高速铁路里程不断增加，高铁车站建筑智能化研究也日益受到专家、学者的高度重视。为了提高高铁车站客运服务的效率，车站中往往配备了大量的先进设备设施，这无形中增加了设备运营管理的难度。高铁车站设备高强度、高频率的运行使用，对设备的监控与管理提出了更高的要求[1]。目前铁路车站普遍采用的机电设备监控系统(简称BAS系统)，可实现对站房环境、暖通空调系统、自动电扶梯系统、给排水系统的监控与管理等，同时可以实现安全防范、信息联网等功能[2]，但却无法兼顾自动售票、取票机等客票设备和车站广播等旅服设备，存在一定的局限性。

本文研究了一种高速铁路车站设备综合监控系统，可克服一般建筑监控系统的局限性，扩大监控对象的范围，优化监控性能，同时对车站机电设备、客票设备、广播设备的运行工况、故障情况、能源消耗等信息进行实时监视、控制、测量和记录，并利用网络连接进行信息的传递、交互和共享，实现监控中心和就地控制管理相结合，达到对车站设备的运维管理、故障监测、节能控制等目标，为设备运维的成本计算、故障分析和能源管理提供数据支撑，进一步提高设备使用效益，改善车站客运服务质量。

1 车站设备综合监控系统的结构

在总体结构上，车站设备综合监控系统按照两级管理(中央、车站)和三级控制(中央、车站、现场)的原则设计，其结构示意如图 1 所示。

图1 综合监控系统结构示意图

车站级综合监控系统作为数据收集与处理的核心，负责对各个子系统进行数据采集与保存，并结合设备基础信息和运维情况，按“集中分布式数据处理原则”，将汇总后的数据上传至中央级综合监控系统，提供基础的实时数据。还可以通过人机系统的操作界面，实时控制设备的运行状态，达到最优运行效果，获取最高运行效益。

设于综合控制中心的中央级综合监控系统，通过对线路所管辖全部下属车站级提供的数据进行收集整合、集中存储、综合分析等操作，实时反映现场设备状态的变化并生成报表，得到基于设备实际运行情况的一手数据，为优化设备监控管理及细化设备政策提供决策依据。同时可以根据实际需求对下级监控系统下达监控指令和运行模式指令，更改设备运行参数、调整设备运行工况。

车站设备综合监控系统从软件逻辑上可分为三层：数据接口层、数据处理层和人机接口层，其软件逻辑结构如图2所示。

图2 综合监控系统逻辑结构图

数据接口层主要包括数据采集和协议转换两个功能单元。其中，数据采集单元由远程I/O模块、传感器组成，实现实时数据采集和控制功能。协议转换单元主要指车站前端处理器(FEP)。FEP在实现数据交互与协议转换功能的同时，可以对监控设备进行数据隔离，保证子系统数据的独立[3]。数据处理层包括车站控制器、车站服务器和中央服务器三部分，主要负责数据管理和提供设备监控系统的应用功能。

人机接口层主要由操作员工作站构成，通过从车站级和中央级综合监控系统获取数据，在工作站上显示人机界面，为车站用户和中央(路局)用户服务，实现对车站设备的监控和管理等业务。

2 车站设备综合监控系统的功能

2.1 运营维护

(1)根据设备厂家提供的设备基础信息，建立设备档案，并制定完整的设备编码标准，对设备关键部位进行编号统计，保证设备档案的完整性与独立性，做到“一设一档”。

(2)针对不同设备设计合理的巡检方法与故障参数，结合对设备故障等级判断情况，采取合理的应急措施，并通过系统运行状态监测和手工录入两种方式进行故障采集，上传故障信息入网以供后续分析统计。

Android用户端一方面与用户交互，提供良好的用户界面，另一方面与服务端进行数据交换。用户端应用软件基于An⁃droid系统开发，采用MVC的开发模式进行设计，视图层采用XML文件进行界面设计，使用Activity活动类，实现人机的交互。

(3)针对不同设备配置不同的维修参数，根据参数配置信息自动生成维修计划，维修后将维修情况录入综合系统更新设备信息。

(4)结合设备数量及设备故障率、维修率等信息，确定合理的备件库存数量，将备件信息录入系统完善系统数据。

2.2 状态监测

统一配置车站设备状态监测信息，包括运行状态、监测参数、故障等级、报警情况等。通过3D模式展示客站设备分布位置，通过显示客户端实时反映设备运行状态、故障情况、报警情况、运行参数等信息，并通过安装在设备终端的软件或控制器远程操控设备的启/停。通过传感器收集指定区域的温度、湿度、照度、CO2浓度、通风量等各种参数信息，并对其变化规律进行分析，为设备智能控制提供数据依据。

2.3 能源管控

通过外接电气仪表采集车站设备的各种电能参数，并在客户端实时显示电力运行情况；实时监测车站系统电能质量，计算谐波电度、K系数等参数，及时发现异常情况并报警处理；通过分析电能中各次谐波的分布估计设备的劣化程度，预测设备的异常时间和寿命周期，为故障原因分析和维修参数制定提供数据支撑。

3 车站设备综合监控系统的对象

随着自动化技术的不断发展，车站设备综合监控系统的实现已获得了良好的技术支撑。综合监控系统通过对客票设备、广播设备以及机电设备的监控，实现对车站设备的智能化控制与管理，保证设备运行的可靠性与稳定性。车站设备综合监控系统的监控对象及接口框架如图3所示。

3.1 客票设备

高铁车站客票设备主要包括自动检票机、自动售票机、自动取票机和实名制闸机等，综合监控系统主要负责对设备的整机及其核心模块和系统软件的基础信息、运行状态、故障情况、网络联通情况等数据进行监控[4]，监控内容如表1所示。

综合监控系统监控客票设备的工作原理为：在客票设备终端安装状态监测程序，实时采集设备状态数据，利用TCP/IP承载+XML扩展协议的接口方式实现数据连通，在车站级通过接口服务器实现对客票设备的监测。具体工作流程为：将设备厂家提供的设备基础信息以串口或动态链接库等方式录入综合监控系统，并将设备运行状态、故障情况等信息生成本地XML文件；通过设备终端的状态监测程序，利用TCP/IP协议，将数据信息传递到上级系统以供存储及分析，上级系统根据客票网与铁路综合信息网之间的信息互联互通，按需求对设备进行定时或实时的在线监测。

图3 综合监控系统接口框架图

客票设备监控内容 表1

3.2 广播设备

系统监控的广播设备及监控内容如表2所示。

广播设备监控内容 表2

针对广播设备类型众多的特殊性，综合监控系统和终端设备的通信接口支持如SDK(Software Development Kit，软件开发数据包)、DLL(动态链接库)和OCX(对象类别扩充组件)等多种接口封装方式，保证信息数据的实时交互，并在设备故障时上报至综合监控系统。

3.3 机电设备

高铁站房的机电设备及监控内容如表3所示。

机电设备监控内容 表3

高铁车站机电设备种类繁多，运行机制各不相同，因此接口方式、通讯协议和接口内容也不尽相同。综合监控系统监控机电设备的工作原理为：在设备终端安装传感器实现信息采集，利用不同的接口方式(通信接口、硬线接口等)获取监控信息并上传至上级网络，并通过在机电设备控制箱内安装控制器最终实现对设备运行状态的控制。

4 车站设备综合监控系统的设计原则

车站设备综合监控系统应按照创造车站最佳工作环境、实现最优节能效果、达到设备最高效运行方式等思路进行系统设计。监控系统的整体功能设计应遵循以下四条基本原则。

(1)以设备实现最优控制为中心的过程控制自动化。

(2)以运行状态监测和数据采集、维护管理为中心的设备管理自动化。

(3)以安全状态监测和灾害预防为中心的防灾自动化。

(4)以节能为中心的能源管控自动化。

具体要求应满足以下六个方面。

(1)综合监控系统按两级管理、三级控制的原则，负责管理全线所有车站的设备，达到环境调控和节约能源的双重效果。

(2)区间隧道的暖通通风设备可以直接由中央级综合监控系统监控管理，也可以授权给相应车站级管理系统监管。

(3)监控系统应按照技术先进、配置合理、扩展便捷、安全可靠、节能环保的原则进行设计，同时还应考虑足够的容量，为功能扩展和线路延伸提供预留条件，监控点规划可按照 10%～15%的余量进行预留。

(4)综合监控系统底层控制网络规划应与系统规模相适应，系统配置应简单合理，并保证接口具有良好的兼容性。

(5)系统设计和设备配备应充分考虑防尘、防潮、防霉、防震、防电磁干扰等因素。

(6)综合监控系统设备应该达到工业级控制产品的标准要求，硬件、软件的设计应从系统的先进性、稳定性、可维护性、可扩展性、开放性、通用性、兼容性等方面进行综合考虑，并具备故障诊断、在线修改的功能，同时还应具有良好的人机界面。

5 结束语