贝加莱工业自动化（中国）有限公司

   作者：贝加莱工业自动化（上海）有限公司 杨庆伟

   概述

   随着国内高铁建设的步伐加快，高铁运营的安全也越来越受到关注。我国是一个自然灾害多发的国家。灾害主要有：地震、风暴、洪水、冰雪灾害、冻雨、泥石流、滑坡、沙尘暴等，每年灾害此起彼伏，这些自然灾害对于运行中时速高达300km/h的列车来说可谓是致命的。因此，建立一套具有预估、提前报警功能的铁路防灾监控系统，对于运营中的高铁来说尤为重要，且必不可少。

   武广高铁是连接武汉、长沙、广州的南北铁路大动脉，途径鄂、湘、粤三省，北起武汉站，南到广州南站，全长1068公里，途经15个车站。设计时速高达350km/h，建成后，武汉到广州运行最短时间由原先的11小时缩短至3小时16分，大大缓解了南北客运线路的压力。然而，武广铁路沿线的自然环境条件较为恶劣，冰冻天气、松动的岩层以及泥石流和大雾等灾害经常发生；同时，由于沿途有着较为复杂的居住环境，人、牲畜等非常规的穿越铁路事件时有发生。只要一个小小的疏忽，这些因素都会成为武广线的致命杀手，一旦发生，将对个人生命以及国家财产造成巨大的伤害。因此，防灾监控系统作为武广铁路的一个极其重要的组成部分被列入到武广铁路的建设当中。

   系统介绍

   武广铁路沿线共设有109个风速监测点、51个雨量监测点以及125个异物监测点，这些监测点根据区域被划分成了155个区域，每个区域安放了一套贝加莱冗余控制器对监测数据进行采集，并通过高速光纤网将数据分别发往位于武汉、长沙以及广州的数据中心。系统拓扑图如图1所示。
  
                  
                                 图1 武广高铁防灾监控系统拓扑图

    系统需求

    可靠

    作为防灾监控系统的“眼睛”， 每个监控单元都担负着数据的采集与发送任务。如果监控单元发生故障，那么这一区域将成为监控盲点。因此，让每个监控单元可靠、稳定的工作是最重要也是最基本的要求。

    贝加莱的X20系列控制器以及I/O的平均无故障时间（MTBF）达到了50万小时。所有产品均通过了苛刻的欧洲CE、UL等认证测试，并满足了铁道部电气系统的A级EMC测试要求。此外，为了进一步提高系统的可靠性能，贝加莱还推出了全对称式的冗余方案。如图2所示。两台完全一样的CPU同时运行着一模一样的程序，并挂接相同的I/O以及通讯模块。在运行期间只有一台CPU是主站（拥有控制权），而另一台处于热备状态（无控制权）。在某一时间，如果主站CPU出现故障（CPU运行故障、I/O模块故障、通讯模块故障或者是与上位机的联系中断），系统会立即进行切换，将原先处于热备状态的CPU切为主站，使其拥有对整个系统的控制权。由于切换时间极短，因此切换动作丝毫不会对整个监控单元产生影响，在监控中心的画面中也不会丢失掉该区域的任何数据。从而，更进一步提高了每个监控单元的可靠性。
   
                 
                                     图2 全对称冗余系统 

    开放性、灵活性

    每个监控单元中都会有种类繁多的仪器仪表，用于采集各种类型的数据。为了方便维护，节约接线成本，许多智能仪表会选择用通讯的方式将数据传送给PLC。同时，PLC在采集完这些数据后，还要将其通过以太网传送给监控中心。这就需要PLC拥有足够的开放性与灵活性，能够集成各种通讯协议。贝加莱的X20标准型CPU本身就集成了2个以太网通讯口（其中一个可根据需要设置成Ethernet POWERLINK总线），1个RS232标准串口以及2个USB接口。如果还需要增加额外的通讯接口，我们还提供更多的通讯卡件，可方便的插进PLC的背板插槽中。此外，贝加莱的通讯卡件几乎涵盖了市面所有的主流通讯协议，这意味着用户将完全不用关心如何去编写通讯代码。如图3所示。

    易于组态、方便维护

    贝加莱提供的通用编程组态软件AutomationStudio，集成了对所有贝加莱产品的编程与组态，包括PLC、伺服驱动、HMI、以及工业控制计算机等，为客户的项目开发与维护带来了方便。此外，AutomationStudio所支持的编程语言多达7种，其中除了IEC61131-3中所规定的标准语言（LD、IL、FBD、SFC、ST）外还支持两种高级语言，即Automation Basic以及ANSI C。用户可在同一个项目中选用不同的程序语言进行组态，从而极大地增加了开发的灵活性，也为用户集成一些较为高阶的算法提供了方便。
  
                     
                              图3 贝加莱X20标准型CPU

    结语

    2009年12月26日，武广高铁客运新干线首列“和谐号”列车从新落成的武汉火车站启动前往广州，武广高铁通车仪式开始，标志着我国步入高速铁路新时代。 自投运以来，贝加莱的系统始终稳定地运行着，并且以其优异的性能确保武广高铁的可靠运营。

    杨庆伟

    男，2005年毕业于上海工程技术大学自动化系，学士。2006年加入贝加莱工业自动化（上海）有限公司，担任技术工程师职务，主要从事过程自动化项目的研究与开发。对于水处理、厂房/楼宇控制以及铁路防灾等行业有一定的应用开发经验。  

   摘自《自动化博览》2012年第六期