CN104267705B - 一种铁路行业的给排水自动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路行业的给排水自动化系统，它包括MIS级、调度管理级、中控级、现场级，MIS级包括供水管网调度管理信息系统和抄表计费管理系统；调度管理级包括给水调度自动化主站和给水视频监控系统；中控级包括控制站和当地监控站；现场级包括用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构。本发明实现恒压供水，节约水资源，降低三耗，延长给水设备使用寿命，对系统各主要环节进行监视和控制，保证制水水质和供水质量，并能够及时对生产工艺出现的各种故障进行处理，减少故障损失，提高设备利用率和使用寿命，提高给排水系统的自动化水平。

Description

一种铁路行业的给排水自动化系统

技术领域

本发明涉及一种铁路行业的给排水自动化系统。

背景技术

铁路给水系统是给水系统在铁路系统的具体应用，具有给水系统的一般特点，但也有其特殊性，主要表现在以下几个方面：

1）给水系统规模普遍较小，生产工艺相对落后，出水水质不稳定，制水成本偏高，劳动生产率相对低下。

2）铁路给水系统沿铁路线分布，点多线长、供水分散、规模小、却占用岗位定员多。这与铁路实现以“减人增效、信息化带动自动化”的跨越式发展目标差距较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铁路行业的给排水自动化系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于铁路行业的给排水自动化系统，其特征在于：它包括MIS级自动化系统、调度管理级自动化系统、中控级自动化系统和现场级自动化系统，MIS级自动化系统包括供水管网调度管理信息系统和抄表计费管理系统；调度管理级自动化系统包括给水调度自动化主站和给水视频监控系统；中控级自动化系统包括多个控制站及与控制站连接的监控站；现场级自动化系统包括用于数据采集的多个传感器和用于输出控制的多个执行机构，调度管理机自动化系统通过办公自动化或MIS网与MIS级自动化系统连接，调度自动化系统还与中控级自动化系统连接，中控级自动化系统通过信号线与现场级自动化系统连接。

所述的给水调度自动化主站具有双以太网结构，包括WEB服务器、数据库服务器（A）、数据库服务器（B）、前置机（A）、前置机（B）、调度员工作站（A）、调度员工作站（B）、维护工作站和报表服务器。

前置机（A）和前置机（B）通过通信系统与给水视频监控系统连接，数据库服务器（A）和数据库服务器（B）通过SCSI接口连接，报表服务器与外部打印机连接。

所述的控制站包括水源控制站即一级泵站、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤控制站、加氯消毒控制站、送水控制站即二级泵站和排水控制站。

所述的控制站主要由PLC控制器组成。

一种用于铁路行业的给排水自动化系统还包括接地系统和防雷系统；接地系统包括保护地和屏蔽地，防雷系统包括一级电源防雷和二级电源防雷。

一种用于铁路行业的给排水自动化系统还包括自动化网络通信系统，所述的自动化网络通信系统包括现场总线、工业以太网、无线局域网、铁路电话网络、铁路数字通信网络、光纤通信网络、无线电台通信网络和GSM/GPRS。

本发明的有益效果是：

（1）实现恒压供水，节约水资源

对排水口供水压力和流量等参数进行自动监控，可以保证恒压供水，提高供水质量，减少或避免水资源浪费。

（2）保证饮用水质量

自动监控水生产的关键工艺流程如混凝加药、沉淀、过滤以及加氯消毒等，自动监测和控制出水的余氯含量、浊度、PH值等指标，可以大大提高制水技术指标，保证饮用水供水质量。

（3）降低三耗，延长给水设备使用寿命

使用变频器、PLC（可编程逻辑控制器）、软启动等自动化装置配合各级监控调度主站，可以优化水泵负载，减少电网冲击，节约用电，降低设备机械磨损，避免冷启动、频繁启停和水锤效应造成的设备损坏，延长设备的使用寿命。

另外，通过先进的自动化技术，使给水生产得到优化控制，在降低电耗的同时，降低药耗和自用水消耗。

（4）提高自动化管理水平

实现给水自动化监控，大大提高了铁路水电系统特别是水电段的自动化运行和管理水平，实现给水所、泵房、甚至整个水厂的无人值班或少人值班，达到减人增效的目的。

附图说明

图1为本发明结构图；

图2为给水调度自动化主站结构图；

图3为控制站结构图；

图4为水处理工艺流程；

图5为视频监控系统与给水调度自动化主站的连接结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，它包括MIS级、调度管理级、中控级、现场级，MIS级包括供水管网调度管理信息系统和抄表计费管理系统；调度管理级包括给水调度自动化主站和给水视频监控系统；中控级包括控制站和当地监控站；现场级包括用于数据采集的传感器和用于输出控制的执行机构。

如图2所示，所述的给水调度自动化主站，它包括WEB服务器、数据库服务器（A）、数据库服务器（B）、前置机（A）、前置机（B）、调度员工作站（A）、调度员工作站（B）、维护工作站和报表服务器，前置机（A）和前置机（B）通过通信系统与给水视频监控系统连接，数据库服务器（A）和数据库服务器（B）通过SCSI连接，报表服务器与外部打印机连接，给水调度自动化主站通过路由器和办公自动化或MIS网与段长工作站、总工工作站和技术室工作站连接。

所述的给水调度自动化主站采用双以太网结构，正常情况下均衡分配网络负载，故障时又相互备用，提高了网络的可靠性。

所述的数据库与服务器采用双机容错解决方案：

（1）每一台服务器自身采取多种容错措施：双CPU、双电源、双风扇、双主机备份信道及双设备信道等；

（2）采用磁盘冗余阵列（RAID），实现RAID级别（0+1，3，5），支持双控制器，热插拔硬盘等。

所述的前置机互为热备用，确保系统的通信安全可靠；多台工作站既可以分工协作，又互为备用。

不间断电源UPS也可以采用冗余配置，确保系统不会因意外掉电（短时间）而瘫痪。

该系统配置具有极高的可靠性和扩展能力，能够最大限度地满足给水用户当前和将来业务增长的需要，能够同时较好地满足铁路电力调度自动化主站的功能要求，实现水-电一体化调度和管理，可以根据实际情况选择全冗余配置或部分关键部件冗余配置。

给水调度自动化主站的功能包括：

（1）数据采集和分析：

1）数据采集和处理；

2）可编程逻辑控制；

3）报警系统，报警内容包括：

（1）遥信状态变位；

（2）越限监视的实时值产生越限报警；

（3）PLC、RTU及智能设备状态变化；

（4）前置机通信故障与恢复；

（5）系统中各工作站的投入与退出；

（6）遥控操作错误及操作失败；

（7）管网跑漏水、水泵电机故障、UPS故障、防盗报警等；

（8）用户自定义的报警；

4）事故追忆；

5）趋势曲线；

6）操作记录，该功能可以分为以下几类：

（1）操作记录；

（2）定值变更记录；

（3）事故及故障统计记录；

（4）参数越限统计记录；

（5）主要设备和装置退出运行统计记录；

7）人工置数；

8）安全性管理；

9）在线维护；

10）分布式网络管理；

11）支持TCP/IP通信；

12）数据转发；

（2）水量自动计量和调度：

1）自动计量：

能根据泵站运行时间、出水流量、阀门开度等自动计算供水量，也可以由用户任意指定计算公式，由提供的计算引擎自动计算供水量。

供水量计算包括日供水量、周供水量、月供水量、季供水量、年供水量或任意时间段的供水量等，能够自动生成各种供水量报表或历史曲线，并统计最大值、最小值、平均值等。也可以由用户指定水价进行各种经济指标核算。

2）水量自动调度：

用户可以任意设定供水量和水泵运行方式，系统自动执行用户下达的任务，在供水量满足要求后，自动停泵。

（3）报表编辑和管理；

（4）地理信息系统：

采用多平面、多层次的图形编辑系统，具有漫游、变焦、导游等功能，并将地理概念引入图形系统，可按地理名称、设备名称进行图形定位，使图形能反映地理、设备信息，可以直观地通过图形界面查询各种设备信息，自动建立和维护网络拓扑关系。

（5）分布式数据库管理系统；

（6）给水设备管理：

主站提供设备信息输入程序，调度员可以方便的在接线图中查询泵站、电动机、变频器、阀门、传感器、执行机构等设备的参数、图片、运行及检修情况，将监控和管理统一到一个平台上来，实现管控一体化。

（7）远程维护：

可以通过公用电话网、调制解调器（Modem），对应用软件系统进行远方诊断和维护，修改参数、升级程序甚至更换程序，极大地缩短了服务响应时间，提高了系统的可维护性、可用率。

（8）WEB服务：

采用三层计算结构和JAVA技术提供WEB服务，路局、分局、水电段和车间的MIS或办公自动化系统用户通过Internet或Intranet，可以使用IE浏览器随时随地查询实时数据和信息。

WEB信息发布主要包括如下内容：

1）给水工程概况及管网地理分布图；

2）主要建筑物、仪器、设备图片；

3）各级自动化系统配置图；

4）给水自动化系统的实时运行状况；

5）开关量、模拟量的监测情况；

6）生产运行报表和曲线；

7）配套电力系统主接线图及实时运行状况；

8）各种故障事件记录和操作记录；

9）历史数据查询；

10）视频监控画面。

所述的给水调度自动化主站与MIS系统通过以下方式连接：

（1）网线直接连接：

通过网线把水电调度自动化系统网络与水电段MIS网络连接起来，构成一个整体。

这种方案的优点是：连接简单、方便、经济，缺点是两个网络物理上组成同一个网络，没有隔离，SCADA网络的安全性得不到保证，另外，连接两个网络之间的跨距也不能太大（最大100m）。

（2）SDSL路由器连接：

通过SDSL路由器把水电调度自动化系统网络与水电段MIS网络连接起来，从而可以在MIS端实现对水电调度自动化的数据管理。

这种方案需要安装两台SDSL路由器和铺设一条专用实回线，增加了些成本，但该方案具有许多明显的优点：

1）因为SDSL设备具备IP包过滤和基本的防火墙功能，因此网络系统的安全性得到大幅度提高；

2）SDSL在2～3公里跨距时网络带宽可以达到3Mbps左右，因此通信性能和跨距显著提高。

SDSL价位适中，性能优越，技术先进，是一种比较理想的LAN-LAN和LAN-WAN解决方案。

（3）经铁路数字网络连接：

通过铁路已有的数字网络也可以方便地把自动化系统和MIS网络连接起来，实现互连互通，还可以把拨号通信作为数字通信的备用信道，提高通信系统的可靠性。

为了进一步提高远动系统的安全性，在WEB服务器上安装软件防火墙，通过防火墙将风险区域（即Internet、Intranet或有一定风险的网络）和安全区域（局域网）“隔离”，从而达到以下目的：

1）可以限制他人进入内部网络，过滤掉不安全服务和非法用户；

2）防止入侵者接近你的防御设施；

3）限定用户访问特殊站点；

4）为监视Internet安全提供方便。

如图3所示，所述的控制站以可编程逻辑控制器PLC作为核心单元，辅以变频器、软启动器、传感器、各种仪器仪表和执行机构组成，其中：

（1）控制站PLC与变频器、软启动器等智能设备之间一般采用现场总线连接；与各种传感器、仪器仪表以及执行机构之间，一般采用4～20mA或0～5V信号线连接。

（2）暂时需要有人值班的控制站，可以给控制站配置专用液晶触摸屏作为人机交互界面，或者配置1台工控机（IPC）作为当地监控主机；当地监控主机与PLC之间可以采用现场总线、RS-232/485或工业以太网等多种方式连接。

（3）一些功能比较简单的水处理环节，可以不单独设置控制站，而与其他环节合用控制站；有的可以配置价格便宜、功能简单的RTU，或直接采用智能仪器仪表。

所述的软启动器是水泵监控中常用的控制设备。水泵的核心设备是交流异步电机。异步电动机的启动控制方式有直接启动、星-三角启动、自耦降压启动和电子式软启动。

软启动器结合了电力电子技术、控制技术和微处理器技术，是专为三相异步电动机而设计的一种全数字智能化启动设备，其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电机的启动控制，采用电压斜率的工作原理，控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电电网全压。从而降低对电机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。与传统启动设备相比，性能更可靠，使启动更平滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软停车、节能、智能通讯、智能保护等传统启动方式所没有的功能。因此，在不需要恒压供水的泵站自动化监控中越来越广泛地采用软启动器作为水泵的启停装置和监控装置。

所述的变频器是水泵监控中另一种常用的控制设备。与软启动相比，变频器除了可以实现水泵的软启、软停、避免水锤效应以外，还可以动态跟踪并调节水泵转速，从而实现恒压供水和节能降耗等目的。因此，变频器在给排水行业中正得到越来越广泛的应用。

变频器的作用是将所接收的三相电源（如380V，50Hz）转换为频率可调节的三相电源。变频器根据其变频的原理分为直接变频和间接变频。直接变频为交—交变频；间接变频为交—直—交变频。间接变频是指将交流经整流器后变为直流，然后再经逆变器调制为频率可调的交流电。

交—直—交频器由顺变器、中间滤波器和逆变器三部分组成。顺变器就是整流器，它是一个晶闸管三相桥式电路，其作用为将定压定频的交流电变换为可调直流电，然后作为逆变器的直流供电电源；中间滤波器由电抗器或电容组成，其作用是对整流后的电压或电流进行滤波；逆变器也是三相桥式整流电路，但作用与顺变器相反，将直流电变换（调制）为可调频率的交流电，它是变频器的主要部分。

所述的可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理为基础，综合了3C（Computer、Control、Communication）技术而发展起来的一种工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，以及近几年在控制能力、通信能力等方面得到了较大发展，使得PLC应用范围和领域不断扩大。由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性，运行工作的连续性和长期性，使得PLC在设计上、结构上具有许多其他控制器所无法比拟的优点：

（1）可靠性高：为了满足“专为在工业环境下应用设计”的要求，每个PLC生产厂都将可靠性作为第一指标，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使PLC的平均无故障时间（MTBF）达到30万小时以上，使用寿命长。

（2）控制功能强：PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、数学运算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。

（3）编程方便，易于使用：PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，容易推广应用。PLC可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。

（4）适用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强；

（5）具有各种接口，与外部设备连接方便；

（6）采用积木式结构或模块化结构，具有较强的灵活性和可扩展性，安装、扩展十分方便；

（7）维修方便：LC上有I/O指示灯（LED），哪个I/O元件有故障，一目了然；

（8）可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，灵活性大，适应性强。

所述的PLC也有其缺点，PLC比较适合采集开关量、脉冲量和直流量，而采集交流量则比较复杂，需要加装变送器，成本高、安装不便；另外，当采集量较少时，PLC的成本就显得比较高。因此，在给水自动化系统中，还经常使用能够直接进行交流采样、价格比较便宜的RTU装置。

RTU（Remote Terminal Unit）远程终端单元，作为PLC设备必要的补充，以交流量（如电压、电流）的采集和控制见长，比较适合采集量不多、需要采集交流信号、控制方式比较简单的场合。

如图4所示，所述的控制站控制水处理工艺流程，常用的控制站包括水源控制站（一级泵站）、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤控制站、加氯消毒控制站、送水控制站（二级泵站）和排水控制站。

（1）一级泵站

一级泵站又称取水泵站，是直接从水源取水，并将水输送到水处理厂或净水构筑物，或者直接输送到配水管网、水塔、水池等构筑物中。

根据用水量的大小，一级泵站一般由安装在水源地的两台（一主一备）、多台或分散在各水源地的水泵机组以及管网组成。

一级泵站以供水量和水池水位为控制目标，以供水时间、季节为参考值，合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水位和节电供水的目的，同时对水泵、电机等关键设备要提高保护措施，以延长设备使用寿命。

（2）混凝加药控制站

常规给水处理工艺由混凝、沉淀、过滤、消毒等基本环节组成，其中混凝加药是水质净化最重要的环节，而准确投加所需要的混凝剂量则是获得较好混凝效果及降低企业生产成本、提高经济效益的最关键的问题。

（3）沉淀池控制站

沉淀池是水处理工艺中去除水中絮凝体及粗大杂质的构筑物。

沉淀池的运行控制，主要是沉淀池排泥的控制。沉淀池底的污泥必须及时排出，才能保证沉淀池的正常运行，否则就会导致出水浊度升高，发生水质事故。

排泥水耗量较大，是水厂自用水的重要组成部分，在良好排泥的前提下，节约排泥用水是水厂经济运行的重要内容。

另外，排泥周期过长或者排泥历时过短，都会造成浪费。

（4）滤池控制站

滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主。由于各种滤池构造、原理不同，控制内容与方法也有差别。在采用的技术方面，主要有水力控制与机电控制两类。

（5）加氯消毒控制站

加氯是现行常规水处理过程中确保水质不可缺少的重要环节。水处理的氯气投加分为前加氯和后加氯。前加氯在原水管路上进行投加，其目的在于杀死原水中的微生物或氧化分解有机物；而后加氯则一般在滤后水的管路上投加，其目的主要是起消毒作用。

正确选择和使用可靠的加氯设备，是保证加氯安全和计量准确的关键。为了满足不断提高的城市供水水质标准的要求，提高加氯系统的安全可靠性，降低操作工人劳动强度，提高水质的余氯合格率，应积极采用先进的氯投加设备和控制技术。

（6）二级泵站

二级泵站又称送水泵站，通常设在净水厂内，自清水池中取净化了的水，加压后通过管网向用户供水。

二级泵站以供水压力、供水量、水池水位为控制目标合理组合开泵台数，减少开停泵次数，达到稳定水位、水压和节电供水的目的，同时对水泵、电机等关键设备要提高保护措施，以延长设备使用寿命。

（7）加压泵站

加压泵站，也称三级泵站。三级泵站用于升高管网中的供水压力，以满足末端用户的需求。

三级泵站的监控对象和监控目标与二级泵站类似。

（8）配水管网

配水管网是将输水管线送来的水，配给相应用户的管道系统。在配水管网中，由于各管线所起的作用不通，因而其管径也不相同，因此可将管线分为干管、分配管（或称配水管）、接户管（或称进水管）三类。

配水管网的布置形式，根据规划、用户分布以及用户对水的安全可靠性的要求程度等，分为树状网和环状网两种形式。

如图5所示，所述的给水视频监控系统由于视频数据量比较大，为了分割网络流量，视频调度系统与给水调度自动化主站之间一般采用网桥（bridge）连接，这样，既可以交换必要的信息，实现一体化调度，又能分割网络流量，减轻网络负载，提高网络性能。

对于视频监控点比较少的小系统，也可以采取不单独建设视频监控系统，而与自动化系统共享主站计算机的办法：自动化调度工作站同时作为视频工作站，自动化数据库服务器同时作为视频服务器。

所述的一种用于铁路行业的给排水自动化系统，还包括接地系统和防雷系统。

所述的接地系统可承受过载电流并迅速将其导入大地，而且为整个自动化系统提供公共信号参考点，消除电子噪声，有效地实现了人员和设备的保护。

自动化系统的接地分两部分：

（1）保护地

保护地又称安全地或机壳地，是为了防止设备外壳的静电荷积累对人身造成危险而采取的措施，它应接至厂区电气接地网。

（2）屏蔽地

屏蔽地又称模拟地，是为了把信号传输时所受的干扰屏蔽掉，提高信号精度，本系统接地电阻要求≤1Ω。

自动化系统设计中接地措施主要考虑如下几点：

（1）可用接地网干线把多个接地体连接成网，以满足PLC接地电阻的要求。接地体一般要求Φ50钢管；接地网干线一般采用40×4扁钢。若接地电阻满足不了要求也可选用铜材。

（2）在腐蚀较强的场所，应根据具体情况采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大接地体和接地网干线的截面。

（3）PLC及中央监控站的接地应使用适当截面的铜芯电线或电缆。

（4）PLC柜内设置接地汇流排，一般采用25mm×6mm的铜排。并有绝缘支架支撑，以保证和机柜外壳的绝缘。接地汇流牌通过接地干线以星型方式引至接地体，不得采用串联连接。

自动化系统通常采用在线式UPS供电；配电屏内安装一级电源防雷设备，UPS进线加装二级电源防雷设备。另外，系统中凡是经过电缆由室外进入室内的电源、PLC、通信、仪表、视频均安装电源线、信号线的防雷器。

所述的一种用于铁路行业的给排水自动化系统，还包括自动化通信系统。

通信系统是给水自动化系统建设的基础，也是自动化系统的关键组成部分，通信系统能否正常可靠的工作，直接关系到整个自动化系统能否正常可靠的工作。

常用的通信系统方案：

（1）现场总线

现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU置入传统的测控仪表，使它们各自都具有了数字计算和通信能力，即所谓的“智能化”；采用双绞线、同轴电缆、光纤等作为通信介质，把挂接在总线上的各个节点连接成网络，并按公开、规范的通信协议实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓的“网络化”；由于网络上的这些节点都是具备智能的可通信产品，在现场总线控制系统（FCS）的环境下，借助其计算和通信能力，在现场可进行许多复杂的计算，形成真正分散在现场的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。

现场总线主要用于各控制站PLC之间，以及与变频器、软启动器和其他智能测控仪表之间的通信。

（2）工业以太网

以太网是当今信息网络领域应用最为广泛的局域网，正在逐步渗透到数据通信的每一个角落，也包括工业自动化领域。

工业以太网就是技术上与以太网标准（IEEE802.3）兼容，但设计和包装用于工业控制应用的要求和苛刻条件的以太网。

工业自动化系统，包括给排水自动化系统中越来越广泛地采用工业以太网通信技术，即采用工业SWITCH、通过双绞线或光缆组建星型工业以太网或具有自愈功能的环型工业以太网，实现各计算机和设备之间的通信。

当系统规模比较小时，可以采用星型结构；当各控制站位置分散、数量较多，系统规模较大，或可靠性要求较高时，可以采用具有自愈功能的环型以太网结构，还可以采用性能和可靠性都比较好的光纤作为通信介质。

调度中心主站与MIS或办公自动化系统之间的连接则可以采用商用以太网。

(3)无线局域网

通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网络在某些场合特别是工业现场要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的连网需求形成了严重的瓶颈阻塞。无线局域网（WLAN）就是解决有线网络以上问题而出现的。

对于不同局域网的应用环境与需求，无线局域网可采取不同的网络结构来实现互连。

1）网桥连接型

不同的局域网之间互连时，由于物理上的原因，若采取有线方式不方便，则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接，无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接，还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。

目前，点对点无线传输的距离在无障碍的情况下最长可以达到80公里，但是在应用中，实际距离可能会远小于80公里，因此在多山地区或者有障碍物的时候，距离不宜过长，实在需要的话，可以在中间设立中继中转站，绕过障碍。

2）Hub/Switch接入型

利用无线Hub或Switch可以组建星型结构的无线局域网，具有与有线Hub/Switch组网方式相类似的优点。在该结构基础上的无线局域网，可采用类似于交换型以太网的工作方式，要求Hub具有简单的网内交换功能。

3）无中心结构

要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道，MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。

（4）铁路电话网络

根据铁路系统的实际情况，在设计给水自动化通信系统特别远距离通信时要尽可能地基于现有的铁路通信系统。铁路专用电话交换网就是常用的通信方式之一。

在铁路系统中，电话网络是最为普及的通信信道，充分利用铁路现有的公用电话网络不仅可以解决大多数自动化通信问题，而且可以节省大量的信道投资。电话交换网主要用于远距离的系统通信，如路局/分局与水电段/供电段调度中心之间，水电段调度中心与给水所、车站、泵站集控站之间等。

基于电话网络，有三种通信方式：电话专线、点对多点中继专线方式和拨号方式。三种方式可以单独采用，也可以根据实际情况混合使用。

（5）铁路数字通信网络

铁路通信网络由传输网、电话交换网和数字通信网三大部分组成。

由铁道部投资建设的数据通信网是铁路计算机网络的重要组成部分，拓扑结构由基干网和基层网组成，一期工程按照分组交换网（X.25）设计，目前进行的二、三期工程将把骨干网进一步升级为高速SDH综合业务网络，提供数字、语音、视频等业务，为全路各种MIS系统、自动化系统联网奠定了基础。

铁路数据网最初是专为铁路运输管理信息系统（TMIS）而建设，主要连接铁路局、铁路分局电子计算中心、车站、车务、机务车辆等信息源点的计算机系统。

基于宽带数字网传输自动化信息，就成为实现水电自动化监控的一种重要的通信方式。

（6）光纤通信网络

光纤通信带宽高、抗干扰性能好、可靠性高，是一种良好的自动化通信方式。光纤通信的不足之处是施工难度大、投资相对要大一些。光纤适用于数据传输量大、可靠性要求高、传输距离远的场合，如用于调度中心与水厂之间的通信。随着技术的发展，光纤及光端设备的价格还会下降，光纤的应用也会越来越普及。

常用的光缆有普通架空光缆、地埋光缆、架空地线复合光缆（OPGW）以及全介质自承式光缆（ADSS）等。

光纤在配电自动化通信中的应用可以分为两类，一类用于宽带数据通信网络，如组成SDH、ATM光纤网等；另一类是使用简单的光纤数据传输收发设备，构成专线通道，实现两个或多个站点之间的数据交换。这种通信方式适合用作自动化系统的专用通信通道。

工程中常用的通信适配器接口方式是RS-232/485接口，另外以太网接口方式（IEEE802.X）的应用也越来越广泛。

（7）无线电台通信网络

在铁路系统中，有一些监测点没有电话信道，如水源地、给水所等，而且距离较远，比较分散。在这种情况下，无线通信是一种很好的选择。

在自动化系统中常用的无线电台通信系统包括以下几种：

1）甚高频电台（VHF，30-300MHz）通信系统；

2）特高频电台（UHF，300-1000MHz）通信系统；

3）扩频电台（2.4GHz左右）通信系统。

（8）GSM/GPRS

对于系统中距离自动化主站较远的管网监测点，可以采用另外一种无线通信方案：基于移动公网的GSM/GPRS。

GSM/GPRS无线传输技术是基于GSM公网移动平台，使用GPRS模块进行通信。由于GPRS通信网络具有永远在线、覆盖范围广（全国范围内几乎无死角）、适合户外野外通信、安装简单无需架设高大的天线、维护管理专业化（各地移动公司）、运行费用逐年降低、无需向无委会办理申请手续等优点，相信GPRS将成为实现远距离、通信节点比较分散通信的重要方式。

具体可以采用VPN组网方式或短信方式。

采用VPN组网方式维护简单，传输距离远，缺点是数据传输的实时性略差，使用费用较高，每年要向移动交纳一定的频点费。

采用短信传输方式仅适合于传递信息短、无实时性要求的应用，如给水/电力自动抄表、水文监测等。

如图5所示，由于视频数据量比较大，为了分割网络流量，视频监控系统与给水调度自动化主站之间一般采用网桥连接，这样，既可以交换必要的信息，实现一体化调度，又能分割网络流量，减轻网络负载，提高网络性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于铁路行业的给排水自动化系统，其特征在于：所述系统包括MIS级自动化系统、调度管理级自动化系统、中控级自动化系统和现场级自动化系统，MIS级自动化系统包括供水管网调度管理信息系统和抄表计费管理系统；调度管理级自动化系统包括给水调度自动化主站和给水视频监控系统；中控级自动化系统包括多个控制站及与控制站连接的监控站；现场级自动化系统包括用于数据采集的多个传感器和用于输出控制的多个执行机构，调度管理级自动化系统通过办公自动化或MIS网与MIS级自动化系统连接，调度管理级自动化系统还与中控级自动化系统连接，中控级自动化系统通过信号线与现场级自动化系统连接；

所述的给水调度自动化主站的功能包括：

（1）数据采集和分析：

1）数据采集和处理；

2）可编程逻辑控制；

3）报警系统，报警内容包括：（A）遥信状态变位；（B）越限监视的实时值产生越限报警；（C）PLC、RTU及智能设备状态变化；（D）前置机通信故障与恢复；（E）系统中各工作站的投入与退出；（F）遥控操作错误及操作失败；（G）管网跑漏水、水泵电机故障、UPS故障、防盗报警；（H）用户自定义的报警；

4）事故追忆；

5）趋势曲线；

6）操作记录，该功能可以分为以下几类：（A）操作记录；（B）定值变更记录；（C）事故及故障统计记录；（D）参数越限统计记录；（E）主要设备和装置退出运行统计记录；

7）人工置数；

8）安全性管理；

9）在线维护；

10）分布式网络管理；

11）支持TCP/IP通信；

12）数据转发；

（2）水量自动计量和调度：

1）自动计量：能根据泵站运行时间、出水流量、阀门开度自动计算供水量，供水量计算包括日供水量、周供水量、月供水量、季供水量、年供水量或任意时间段的供水量，能够自动生成各种供水量报表或历史曲线，并统计最大值、最小值、平均值；或者由用户指定水价进行各种经济指标核算；

2）水量自动调度：用户任意设定供水量和水泵运行方式，系统自动执行用户下达的任务，在供水量满足要求后，自动停泵；

（3）报表编辑和管理；

（4）地理信息系统：采用多平面、多层次的图形编辑系统，具有漫游、变焦、导游功能，并将地理概念引入图形系统，按地理名称、设备名称进行图形定位，使图形能反映地理、设备信息，直观地通过图形界面查询各种设备信息，自动建立和维护网络拓扑关系；

（5）分布式数据库管理系统；

（6）给水设备管理：主站提供设备信息输入程序，调度员方便的在接线图中查询泵站、电动机、变频器、阀门、传感器、执行机构设备的参数、图片、运行及检修情况，将监控和管理统一到一个平台上来，实现管控一体化；

（7）远程维护：通过公用电话网对应用软件系统进行远方诊断和维护，修改参数、升级程序甚至更换程序，极大地缩短了服务响应时间，提高了系统的可维护性、可用率；

（8）WEB服务：采用三层计算结构和JAVA技术提供WEB服务，路局、分局、水电段和车间的MIS或办公自动化系统用户通过Internet或Intranet，使用IE浏览器随时随地查询实时数据和信息；WEB信息发布主要包括如下内容： 1）给水工程概况及管网地理分布图；2）主要建筑物、仪器、设备图片；3）各级自动化系统配置图；4）给水自动化系统的实时运行状况；5）开关量、模拟量的监测情况；6）生产运行报表和曲线；7）配套电力系统主接线图及实时运行状况；8）各种故障事件记录和操作记录；9）历史数据查询；10）视频监控画面；

所述的给水调度自动化主站与MIS系统通过以下方式连接：

通过SDSL路由器把水电调度自动化系统网络与水电段MIS网络连接起来，从而可以在MIS端实现对水电调度自动化的数据管理；这种方案需要安装两台SDSL路由器和铺设一条专用实回线；所述的控制站以可编程逻辑控制器PLC作为核心单元，辅以变频器、软启动器、传感器、各种仪器仪表和执行机构组成，

给水调度自动化主站具有双以太网结构，包括WEB服务器、数据库服务器A、数据库服务器B、前置机A、前置机B、调度员工作站A、调度员工作站B、维护工作站、和报表服务器；WEB服务器、数据库服务器A、数据库服务器B、前置机A、前置机B、调度员工作站A、调度员工作站B、维护工作站、报表服务器、路由器与双以太网连接；

前置机A和前置机B通过通信系统与给水视频监控系统连接，数据库服务器A和数据库服务器B通过SCSI接口连接，报表服务器与外部打印机连接；前置机A和前置机B通过通信系统与PLC、水厂集中监控系统连接，路由器还可以通过办公自动化或MIS网连接段长工作站、总工工作站、技术室工作站；

所述的控制站包括水源控制站即一级泵站、混凝加药控制站、沉淀池控制站、过滤控制站、加氯消毒控制站、送水控制站即二级泵站和排水控制站；

控制站的处理流程为：

取水泵房从水源处取水，水通过投药装置、混凝沉淀后，一部分排泥，另一部分则经过一级过滤装置进行过滤；

经过一级过滤的水，一部分经过废水回收装置，流回取水泵房，另一部分则经过曝气后，进行二级过滤；

对于二级过滤的水，一部分经过废水回收装置，流回取水泵房，另一部分则经过加药消毒，经清水池流往送水泵房，进而送至配水管网。