CN104424785A - 分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法，监控系统包括：远程监控调度服务器和布置在不同监控区域的一个以上监控分站；每一个监控分站包括：本地监控站和若干个测控单元；测控单元与被监控的隔离开关一对一配置；每一个测控单元包括：接触网开关监控终端、视频前端采集装置、视频编解码器和第一无线网关。本地监控站和测控单元之间采用无线方式通信，简化了系统布线；另外，同时采用视频监控和接触网开关状态监控两种监控方式，具有监控全面的优点。

Description

分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法。

背景技术

接触网隔离开关是电气化铁路牵引供电的重要装置之一，一般设置在区间和站场接触网交接的联接处，或者设置在大型客站和编组场分束处，其作用为：保证接触网停电检修和实现接触网故障隔离。随着近年来电气化铁路承运量的日益增加，相关运营部门对牵引供电系统的供电可靠性要求也越来越高。

由于接触网隔离开关安装位置大多远离车站，因此，目前已出现接触网隔离开关的远程控制系统，通过监控装置下发指令，对分布在枢纽站场内或区间的接触网隔离开关进行集中监控，与人工就地操作方式相比，该方法提高倒闸作业速度，提高接触网隔离开关操作的安全系数，也加快了接触网故障排除速度，减少了停送电时间，有效的降低了值班人员劳动强度。但是，已有的远程控制接触网隔离开关的系统为集中式控制方式，即：在控制系统中采用集中式被控终端RTU，被控终端RTU安装于车站某处，而将控制及信号电缆分别引至每台隔离开关处，通过一台集中式RTU对N台接触网隔离开关进行控制。该种方式存在的主要问题为：由于隔离开关距离被控终端RTU较远，导致控制及信号电缆较长，而随着电缆长度增加，其芯线之间，芯线与大地之间的分布电容也随之增加，会使隔离开关的控制很容易受到干扰导致误动。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法，将背景技术中涉及的集中式RTU拆分为本地监控站和测控单元，本地监控站位于变电所机柜中，主要负责数据转发；而测控单元直接安装于隔离开关附近，负责对隔离开关状态的采集和输出，两者通过无线发射接收方式传输数据，不仅布线简单，而且，还具有传输距离远、衰减小抗干扰性能好的优点，从而提高了对隔离开关控制的精度。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种分布式无线视讯接触网开关监控系统，包括：远程监控调度服务器和布置在不同监控区域的一个以上监控分站；所述远程监控调度服务器分别与各个监控分站交互通信；

每一个所述监控分站包括：本地监控站和若干个测控单元；所述测控单元与被监控的隔离开关一对一同址配置；每一个所述测控单元包括：接触网开关监控终端、视频前端采集装置、视频编解码器和第一无线网关；其中，所述接触网开关监控终端的测控端与接触网开关操作机构连接；所述接触网开关监控终端的通信口与所述第一无线网关连接，在下行方向，所述接触网开关监控终端用于接收所述本地监控站的控制命令，输出至所述接触网开关操作机构，进而驱动接触网开关的动作；在上行方向，所述接触网开关监控终端用于采集被控的接触网开关的运行状态，并返回给所述本地监控站或所述远程监控调度服务器，在所述本地监控站的监控后台上或所述远程监控调度服务器上显示各个接触网开关的实时状态；

所述视频前端采集装置布置在距被监控的接触网开关设定距离内，所述视频前端采集装置通过所述视频编解码器与所述第一无线网关连接，所述视频前端采集装置用于采集被控的接触网开关的图像信息，并经过所述视频编解码器编码后，返回给所述本地监控站；

所述本地监控站包括第二无线网关、屏控终端监控装置RTU、屏控面板、通信处理器和监控后台；所述RTU分别与所述第二无线网关和所述屏控面板连接；所述RTU还通过所述通信处理器与所述监控后台连接；所述本地监控站用于接收所述测控单元上传的监控信号和视频信号，该视频信号直接接入所述通信处理器，然后与所述监控后台或所述远程监控调度服务器通信；所述监控信号首先接入所述RTU，然后再接入所述通信处理器，所述通信处理器将所述监控信号转发给监控后台或所述远程监控调度服务器；同时，所述RTU控制所述屏控面板上各个指示灯的状态，使各个指示灯的状态与被控的接触网开关的当前状态同步；

并且，所述第一无线网关与所述第二无线网关无线通信连接。

优选的，所述测控单元还包括光伏及供电系统；所述光伏及供电系统用于向所述接触网开关监控终端、所述视频前端采集装置和所述视频编解码器供电。

优选的，所述RTU包括{第1RTU单元、第2RTU单元....第nRTU单元}；所述第1RTU单元包括通过第1母板连接的第1电源板、主用主控板、备用主控板、m个遥信板和q个遥控板；所述第2RTU单元包括通过第2母板连接的第2电源板、m个遥信板和q个遥控板；所述第3RTU单元包括通过第3母板连接的第3电源板、m个遥信板和q个遥控板；依此类推，直到所述第n RTU单元包括通过第n母板连接的第n电源板、m个遥信板和q个遥控板；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有与外部电源连接的电源接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有现场总线通信接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板通过各自的现场总线通信接口级联连接；

所述主用主控板设置有串口和第一以太网口；所述串口用于连接第二无线网关，进而通过第二无线网关与各个测控单元的第一无线网关连接，所述第一以太网口用于将所述主用主控板连接到通信处理器；所述备用主控板设置有第二以太网口和第二串口；所述备用主控板与所述主用主控板形成冗余关系，当主用主控板出现故障时，启用备用主控板；或者，同时启用主用主控板和备用主控板。

本发明还提供一种应用上述分布式无线视讯接触网开关监控系统的方法，包括以下步骤：

S1，所述主用主控板监听与所述远程监控调度服务器之间通信链路的链路状态，当监听到所述远程监控调度服务器发送的请求链路状态帧时，所述主用主控板向所述远程监控调度服务器发送链路状态响应帧；

S2，所述远程监控调度服务器接收到所述链路状态响应帧后，向所述主用主控板发送链路复位帧；

S3，所述主用主控板接收到所述链路复位帧后，向所述远程监控调度服务器发送链路复位响应帧；

S4，所述远程监控调度服务器接收到所述链路复位响应帧后，向所述主用主控板发送请求消息；其中，该请求消息包括以下三种类型：遥控请求、遥信数据请求和总召唤激活请求；

S4.11，当所述请求消息为遥控请求时，该遥控请求中携带有需要被遥控的接触网开关所对应的接触网开关监控终端ID；

S4.12，所述主用主控板查找配置文件，获得与所述接触网开关监控终端ID对应的RTU单元ID、遥信板ID和遥控板ID；其中，所述RTU单元ID代表与所述主用主控板级联的特定RTU单元的标识；所述遥信板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥信板的标识；所述遥控板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥控板的标识；

所述主用主控板执行以下操作：

所述主用主控板通过无线方式向特定接触网开关监控终端发送该遥控请求；

所述特定接触网开关监控终端接收到该遥控请求时，对所述特定接触网开关的开关状态进行控制；

所述特定接触网开关的分合闸的变位信息通过无线网关传入主用主控板，主用主控板通过ID点表发送相应遥控命令给遥控板，遥控板控制屏控指示灯的继电器，进而控制屏控指示灯的亮，灭；同时继电器的当前状态作为遥信信号接入遥信板，用于确认屏控指示灯的亮灭是否操作成功；

S4.21，当所述请求消息为遥信数据请求时，该遥信数据请求中携带有需要获取遥信状态的接触网开关监控终端ID；

S4.22，所述主用主控板查找配置文件，然后通过无线方式向所述特定接触网开关监控终端发送遥信请求；所述特定接触网开关监控终端获取所述特定接触网开关的当前遥信状态，然后将所述当前遥信状态发送给所述特定RTU单元；所述特定RTU单元通过CAN总线将所述当前遥信状态发送给所述主用主控板；所述主用主控板再将所述当前遥信状态发送给所述通信处理器的下行端口；所述通信处理器的上行端口再将该当前遥信状态分别发送给远程监控调度服务器和监控后台；

S4.31，当所述请求消息为总召唤激活请求时，所述主用主控板获取其所在监控分站的全部接触网开关的遥信信息，然后将该遥信信息发送给所述远程监控调度服务器；

另外，各个所述视频前端采集装置对与其唯一对应的接触网开关进行实时录像，并将录像与录像时间实时存储到视频编解码器中；当远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台发出对某一时间段录像的获取请求时，视频编解码器读取与该时间段对应的录像，然后将读取到的录像通过无线链路发送到通信处理器的下行端口；所述通信处理器再通过上行端口将读取到的录像发送给远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台。

优选的，还包括：所述主用主控板创建三个服务进程，第一服务进程为CAN服务任务进程，第二服务进程为串口服务进程，第三服务进程为网络服务进程；

所述CAN服务任务进程用于检查数据的标志头，从而判断该数据的流向，如果是所述RTU接收到的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控命令、设置站所命令和遥信查询命令；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；如果是所述RTU向外发送的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控成功消息、遥控失败消息和链路故障通知消息；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；

所述串口服务进程用于实现和无线网关的通信，按照modubus-RTU通信协议的规则解析通信数据，并通过心跳检测保持和接触网监控终端的实时连接，定时循环向接触网监控终端发送遥信数据的查询命令，并将接收到的数据信息转发给网络服务进程，通过网络服务进程再转发到远程监控调度服务器，同时响应网络服务进程转发过来的遥控执行命令和参数设置命令，执行完成后将结果返回给网络服务进程；

所述网络服务进程创建网络服务器，如果检测到来自上行主站端的数据请求服务后，响应连接请求建立网络连接，并按照IEC60870-5-104通信协议的规则，向远程监控调度服务器返回数据，如果数据类型为参数设置命令，则在执行相关的参数设置后，向所述远程监控调度服务器返回参数设置成功的响应；如果数据类型为遥信召取命令，则在读取相关的遥信信息后，返回给所述远程监控调度服务器；如果数据类型为遥控命令，则在执行遥控命令后，向所述远程监控调度服务器返回遥控成功或遥控失败的响应消息。

本发明的有益效果如下：

(1)本地监控站与各个测控单元通过无线发射接收方式传输数据，不仅布线简单，而且，还具有传输距离远、衰减小抗干扰性能好的优点，从而提高了对隔离开关控制的精度；

(2)测控单元中各组件通过光伏系统供电，具有维护成本低、节能环保和安装施工简单的优点；

(3)同时获取接触网开关的监控信息和视频信息，具有监控全面准确的优点。

附图说明

图1为本发明提供的分布式无线视讯接触网开关监控系统的结构示意图；

图2为本发明提供的分布式无线视讯接触网开关监控系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-2所示，本发明提供一种分布式无线视讯接触网开关监控系统，包括：远程监控调度服务器和布置在不同监控区域的一个以上监控分站；所述远程监控调度服务器分别与各个监控分站交互通信。

每一个监控分站包括：本地监控站和若干个测控单元，本地监控站和各个测控单元无线通信。本地监控站与站内测控单元之间采用无线发射接收方式传输数据，具有以下优点：综合成本低，性能稳定，省去了布线及线缆维护费用；可动态实时传输广播级图像，图像传输清晰度高，而且完全实时；组网灵活，可扩展性好，即插即用。

分布式无线视讯接触网开关监控系统根据其监控范围分三层：

第一层，测控单元，即：接触网开关当地，也就是一个测控单元的接触网开关操作机构安装所在处，就近安装接触网开关监控终端及视频前端采集装置，接触网开关监控终端用于采集接触网开关的开关状态信息并可下达接触网开关的分合指令，视频编解码器用于采集视频前端采集装置采集到的视频图像信息，并可将历史录像存储在本地，视频编解码器将视频图像信息通过无线网关发送给本地监控站；而接触网开关监控终端与本地监控站也通过无线方式通信。

第二层，本地监控站，由若干个接触网开关监控终端组成的一个区段，用于监控一个区段内的接触网开关装置，例如图1所示No.1测控单元到No.n测控单元组成一个区段，与本地监控站通信。本地监控站由监控后台、通信处理器、屏控面板、RTU集中组屏，可实现对一个监控区段若干个接触网开关的信号及视频监控。

第三层，远程监控调度服务器，可监控若干个本地监控站，各个本地监控站的监控信息及视频信息可通过铁路专用通道与设于局或段级的远方调度主站进行通信，远方调度员可实时监控接触网开关状态，并通过视频信号，判断故障。

下面介绍本地监控站和测控单元的具体结构：

(1)测控单元

测控单元中各组件在接触网开关操作机构就近安装，为上杆设备，防护等级IP65，自立式、单开门结构，具有足够的机械强度和抗振动能力，保证安装后无晃动、无变形。箱体材料为不锈钢，外形美观，抗腐蚀能力强，箱体具有抗电磁干扰措施，能适应电气化铁道的运行环境。箱内端子排的设计方便运行、检修、调试。

测控单元与被监控的隔离开关一对一配置；每一个测控单元包括：接触网开关监控终端、视频前端采集装置、视频编解码器和第一无线网关；其中，接触网开关监控终端、视频前端采集装置、视频编解码器和第一无线网关通过光伏及供电系统供电。接触网开关监控终端的一端通过控制电缆与接触网开关操作机构连接，负责采集接触网开关的位置信号、控制回路及电机回路状态、设备运行状态，也可根据需要采集温湿度信息，在上行方向上，可将采集到的信息通过无线网关以无线电方式上传至本地监控站；在下行方向上，可通过无线网关接收来自远程监控调度服务器或本地监控站的控制操作。

2.1无线网关

馈线采用50Ohms低损耗射频的编织型外导体同轴电缆，天线采用长度为3.5米增益8.5dB的全向玻钢天线，接头形式SL16或L16，具有较强的防腐能力和数据转发能力。

无线网关可同时处理多种协议，多种应用，可以作为串口网关将现有的串口网络过渡到IP网络上，完全满足UL标准一级二类恶劣使用环境及扩展的温度范围，能够长距离传输，传输距离40公里以上，512Kbps高速率，多级安全保护、保证无法被窃听和被非法接入，无需申请频点可以立刻安装开通，即插即用，几乎不需设置。具有RJ-45以太网、串口RS-232/V.24,DB-9F,DCERS-232/V.24,DB-9M,DCE/DTE。

2.2光伏及供电系统

测控单元还包括光伏及供电系统；所述光伏及供电系统用于向所述接触网开关监控终端、所述视频前端采集装置和所述视频编解码器供电。

选用离网型光伏发电系统，一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。

2.2.1光伏系统的选型方法

以肃宁为例：

其负载假设为：

直流负载——开关当地监控装置(子站)DC24V  15W  24H/D

交流负载——网开关电动机构  AC220V  400W  1/6H/D

蓄电池按照连续阴雨天3天计算。

肃宁平均日照小时数为4.7H/D。

2.2.2太阳电池组件设计

太阳电池组件容量计算，参考公式：P0=(P×t×Q)/(η1×T)，式中：

P0——太阳电池组件的峰值功率，单位Wp；

P——负载的功率，单位W；

t——负载每天的用电小时数，单位H；

η1——为系统的效率(一般为0.85左右)；

T——当地的日平均峰值日照时数，单位H；

Q——连续阴雨期富余系数(一般为1.2～2)。

根据公式计算：

P0=P×t×Q/(η1×T)＝(15×24×2+400×2/6)/(0.85×4.7)≈214(W)

太阳电池组件数量：214/120≈2(块)

太阳电池组件串联数量：2块

太阳电池组串数量：1串

因此，选用2块120Wp太阳电池组件，按照2块组件串联设计，共1个太阳电池串列。

2.2.3光伏控制器

系统选用DC24V光伏控制器额定电流计算，参考公式：I=P0/V，式中：

I——光伏控制器的控制电流，单位A；

P0——太阳电池组件的峰值功率，单位Wp；

V——蓄电池组的额定电压，单位V；

根据公式计算：I=240/24=10(A)，故可选用1台额定电流为DC24V10A的光伏控制器。

2.2.4蓄电池组

蓄电池组的容量计算，参考公式：C=P×t×T/(V×K×η2)，式中：

C——蓄电池组的容量，单位Ah；

P——负载的功率，单位W；

t——负载每天的用电小时数，单位H；

V——蓄电池组的额定电压，单位V；

K——蓄电池的放电系数，考虑蓄电池效率、放电深度、环境温度、影响因素而定，一般取值为0.4～0.85。该值的大小也应该根据系统成本和用户的具体情况综合考虑；

η2——逆变器的效率；

T——连续阴雨天数(一般为2～3天)。

根据公式计算：

C=P×t×T/(V×K×η2)

=853.3/(24×0.8×0.9)

≈50(Ah)

得出，系统需配置的蓄电池组容量为50Ah，同时要满足直流电压24V的要求，可采用2只12V/50Ah的蓄电池进行串联。

2.2.5逆变器

逆变器额定容量计算，参考公式：Pn=(P*Q)/Cosθ，式中：

Pn——逆变器的容量，单位VA；

P——负载的功率，单位W，感性负载需考虑3倍到8倍左右的裕量；

Cosθ——逆变器的功率因数(一般为0.8)；

Q——逆变器所需的裕量系数(一般选1.2～5)。

Pn=(P*Q)/Cosθ=1200*1.3/0.8≈2(kVA)

2.3屏控终端监控装置RTU

其主要功能为控制、监视、维护、通讯、时间同步等功能，可接收本地监控站的控制命令，输出至接触网开关操作机构控制回路，驱动开关动作。采集被控对象以及电动操作机构的运行状态，传送至调度端，并在本地监控站的监控后台上进行显示。支持便携式维护PC机通过测试电缆对接触网开关监控终端的软、硬件的诊断和维护。系统支持以太网、RS-232、音频、光纤等方式接入远端通道，支持IEC870-101、104通信规约，完全能够实现接入客运专线综合SCADA系统调度端或变电所综合自动化系统，实现远端数据的发送和接收功能。可通过通信的方式从综合自动化系统获取客运专线综合SCADA系统调度端的统一对时命令，并据此实现本地时钟的同步。

2.4视频前端采集装置

视频前端采集装置采用超低照度一体化彩色摄像机、带雨刷的室外防护罩等组成。一体化彩色摄像机最低照度0.00032Lux，1/3″High Sensitivity CCD，具有彩转黑功能(双滤光片切换)，3D降噪(3D-DNR)，水平分辨率为580TV Lines，大于60dB(低/中/高)的超级宽动态范围，OSD菜单，自动白平衡，6.13x数码放大，自动增益，背光补偿，动态监测，隐私遮蔽，强光抑制。室外防护罩雨刷可远程遥控。如表1所示，为一体化摄像机的性能参数表。

                                      表1

扫描系统	PAL
		扫描频率(水平)	2：1隔行扫描
扫描频率(垂直)	15.625KHz
		摄像元件	50Hz
同步系统	内同步
		所有像素	795(H)x596(V)470K
有效像素	752(H)x582(V)440K
		水平分辨率	580TV线(黑白650TV线)
视频输出	1.0Vp-p(75Ω，黑白模式)
		信噪比(S/N)	大于52dB(自动增益，黑白模式)
镜头	CS接口
		最低照度	0.05Lux(彩色)/0.0002Lux(帧积累，黑白)
超级宽动态范围	大于60dB(低/中/高)
		电子降噪	0～63级别可调
自动增益	关/低/中/高
		背光补偿	低/中/高
帧积累	关/2x～128x Field
		电子快门速度	1/50～1/90,000sec.
OSD菜单	英文/韩文/俄语/中文/西班牙语/法语
		锐度控制	1～100
隐私屏蔽	开/关(8个隐私遮蔽区域)
		亮度控制	开/关(16个区域可选)
白平衡	ATW/ANTI-ROL/PUSH/Manual
		动态检测	开/关(4个动态检测区域)
供应电压	12VDC(+10％，-20％)
		功率消耗	最大2.1W/170mA

2.5视频编解码器

装置采用海思单芯片SOC Hi3515，其内置(ARM9+DSP)和高速视频协处理器，稳定可靠，功耗极低；优化H.264Main Profile视频编码技术，高压缩比，高图像质量，支持三码流根据不同的应用选择主码流、子码流和手机码流使图像传输更加清晰流畅；内置SD卡接口，方便用户实现前端图像存储和数据备份；内置Web Server,方便用户通过IE浏览器实现远程监控；24小时的全天候使用设计，保证了系统的高集成度、高可靠性和高稳定性，真正实现工业级MTBF(平均故障间隔时间)，提供了非常高效和高级别的安防监控；也可使用中心管理软件实现对多台视频服务器的集中监控和管理，方便组建大型视频监控系统。

该装置同时具有以下特点：

支持D1高清晰编码，逐行扫描实时输出，兼容Half-D1、CIF、QCIF格式；

支持G.726、G.711、ADPCM多种音频压缩算法，语音更清晰；

支持语音广播和双向语音对讲；

最先进的网络转发服务器技术，轻松实现多用户访问，多级用户密码权限管理；

支持DDNS(动态域名解析)、PPPoE拨号和通用即插即用(UPnP)，支持局域网、广域网传输；

网络自适应技术，根据网络带宽自动调整视频帧率；

视频丢失、移动侦测、探头等报警功能(可设区域和灵敏度)；

支持移动检测/图像屏蔽/图像抓拍；

异常自动恢复功能，网络中断自动重连功能；

防静电、防雷设计。

2.6视频前端采集装置

视频前端采集装置可以为固定镜头，镜头朝向被监控的接触网开关，并且，镜头通常布置在接触网开关周围，当然也可安装可调节监控角度的云台，镜头采集的视频信息通过BNC接口传入视频编解码器，可实现视频信号的模数转换、压缩编码、视频记录的本地存储，还可以接收来自远程监控调度服务器或本地监控站的命令，进行相应操作。

视频部分利用H.264视频压缩技术和嵌入式系统特点搭建的数传系统，镜头拍摄现场画面，经过H.264压缩编码后，按照RTP通信协议，经无线网关，由RTU接收后转发至远程监控调度服务器，也可以在监控总站进行监控，视频服务器可通过无线网络向用户发送监控视频和图片，视频服务器首先处理在数据传输过程中出现的数据包错序、效验出错、丢包、重包等现象，即在通讯协议中增加请求丢包重发机制和超时机制，其次，服务器还要监控无线数据传输数据质量，并进行反馈，由此来控制不同信号质量下发送数据的速度，最后，服务器还为用户提供监控系统的Web浏览，视频数据的硬盘存储、下载等功能，系统采用双C/S架构，具有非常好的扩容性。

(2)本地监控站

设置于变电站内的本地监控站利用匹配的无线网关，接收测控单元上传的监控信号以及视频信号，视频信号直接接入通信处理器，与上层远程监控调度服务器或监控后台进行通信；监控信号先接入RTU，然后再接入通信处理器，监控信号通过通信处理器转发后上传到远程监控调度服务器，也就是说通信处理器的下行通道有综合自动化系统信号、无线网关上传的视频信号以及RTU上传的监控信号，通信处理机的上行通道有监控后台以及远程监控调度服务器，通信处理机可完成协议转换，信息分类，数据转发，历史数据存储等功能；RTU可实现对屏控面板上的灯控，转换开关的选择，监控区段内的接触网开关的集中连锁控制，历史数据存储等功能。监控后台一般由成套工控机上运行专用软件，以实现区段内接触网开关的可视化监控。转换开关一般有三个开关位，分别为“本地”、“后台”和“远方”，其操作互斥，当“本地”位有效时，接触网开关只接受本地的开关控制命令，但可将开关位置全网同步，屏控面板、后台机界面、远程监控调度服务器均可实时查看开关命令，但不可控，同理，“后台”位有效时，接触网开关只接受监控后台开关控制命令，“远方”位有效时，接触网开关只接受远程监控调度服务器控制命令。

具体的，本地监控站包括第二无线网关、屏控终端监控装置RTU、屏控面板、通信处理器和监控后台；所述RTU分别与所述第二无线网关和所述屏控面板连接；所述RTU还通过所述通信处理器与所述监控后台连接。

2.1监控后台

监控后台由工业控制计算机、显示器、键盘、鼠标、监控软件构成。监控后台界面上有相关的线路开关或枢纽接触网供电示意图，可作为二级监控站使用，通过人机操作界面，直接对所管辖开关进行远程操作，同时将开关状态、机构以及无线受控单元信息在人机界面上显示，对接触网开关的运行进行实时监控。

可以采用研华工业控制计算机，满足低功耗、不发热的要求，计算机配置为主频2G的PIVCPU、内存为2GB、硬盘容量为320G，同时配置DVD光驱，具有串口、并口、USB等接口。显示器为17英寸液晶显示器，显卡内存为256MB；可显示操作界面模拟图、被控对象工作状态以及其他运行信息。CPU平均负荷率≤30％

2.2通信处理器

硬件上以PowerPC(MPC8270)为设计核心，其主频高达450MHz，具有极高的运算速度和通讯速度，极强的数据处理能力，支持四路以太网，其中两路可以选择光纤通讯；支持两路标准CAN-BUS现场总线网络；支持十路标准串行通讯口，其中四路为标准的RS232模式、六路可选为RS232或RS485模式。

在软件上，采用了实时多任务的嵌入式操作系统VxWorks，支持模块化程序设计，支持WEB，极大地方便了工程配置和维护。

2.3无线网关

馈线采用50Ohms低损耗射频的编织型外导体同轴电缆，天线采用长度为3.5米增益8.5dB的全向玻钢天线，接头形式SL16或L16，具有较强的防腐能力和数据转发能力。

可同时处理多种协议，满足多种应用，可以作为串口网关将现有的串口网络过渡到IP网络上，完全满足UL标准一级二类恶劣使用环境及扩展的温度范围，能够长距离传输，传输距离40公里以上，512Kbps高速率，多级安全保护，保证无法被窃听和被非法接入，无需申请频点，可以立刻安装开通，即插即用，几乎不需设置。具有RJ-45以太网、串口RS-232/V.24、DB-9F、DCE RS-232/V.24、DB-9M、DCE/DTE。

2.4电源单元

进线设置浪涌保护模块，配置专用UPS电源，大大提高供电的可靠性、稳定性。

2.5时间同步系统

通过通信的方式从综合自动化系统获取实时同步时间。

2.6RTU

主要具有控制功能、监视、权限、维护等功能，可接收调度端控制命令，并无线发送至受控单元；将开关状态和其他信息通过有线通道传送到调度端；通过当地监控后台，在当地完成对控制对象的操作。将控制对象状态和其他信息通过有线通道传送到调度端，同时当地监控后台上显示。通过设置不同权限完成对操作人员操作权限的区分，明确了操作人员的不同权限。支持便携式维护PC机通过测试电缆对接触网开关无线远程控制主站软、硬件的诊断和维护。其中，调度端指远程监控调度服务器，受控单元指各个测控单元。

RTU包括{第1RTU单元、第2RTU单元....第nRTU单元}；所述第1RTU单元包括通过第1母板连接的第1电源板、主用主控板、备用主控板、m个遥信板和q个遥控板；所述第2RTU单元包括通过第2母板连接的第2电源板、m个遥信板和q个遥控板；所述第3RTU单元包括通过第3母板连接的第3电源板、m个遥信板和q个遥控板；依此类推，直到所述第n RTU单元包括通过第n母板连接的第n电源板、m个遥信板和q个遥控板。本发明中，同一RTU单元上安装的遥控板与遥信板的数量可以相同，也可以不相同。另外，实际应用中，每个遥信板可采集16路遥信，每个遥控板可控制10路遥控。RTU单元数目、遥信和遥控的配置数目可根据工程需要灵活配置。

所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有与外部电源连接的电源接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有现场总线通信接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板通过各自的现场总线通信接口级联连接；

主用主控板设置有串口和第一以太网口；所述串口用于与各个测控单元的无线网关连接，所述第一以太网口用于将所述主用主控板连接到通信处理器；所述备用主控板设置有第二以太网口和第二串口；所述备用主控板与所述主用主控板形成冗余关系，当主用主控板出现故障时，启用备用主控板；或者，同时启用主用主控板和备用主控板。

2.7盘体

本地监控站可设置在变电所或分区亭内，采用自立式盘体结构单独组盘，具有足够的机械强度和抗振动能力，保证设备安装后无晃动、盘体无变形。盘体内具有抗电磁干扰措施，能适应电气化铁道的运行环境，盘内端子排的设计使运行、检修、调试非常方便。采取了预防虫鼠害的措施，防护等级达到IP41，盘体外形尺寸：(宽)800mm×(深)600mm(高)×2260mm。屏体在喷漆前各部件、零件都进行防锈处理，并使用耐久性的油漆进行喷漆，采用无眩光漆，喷漆颜色与综合自动化屏保持一致，喷漆颜色通过设计联络进行确定。

在每一群无线遥控系统满足通信时间要求的情况下，1个接触网开关控制盘管辖无线受控单元不少于40个。

另外，远程监控调度服务器还连接有视频服务器，如表2所示，为视频服务器的性能参数表。

                            表2

本发明还提供一种应用分布式无线视讯接触网开关监控系统的方法，包括以下步骤：

S1，所述主用主控板监听与所述远程监控调度服务器之间通信链路的链路状态，当监听到所述远程监控调度服务器发送的请求链路状态帧时，所述主用主控板向所述远程监控调度服务器发送链路状态响应帧；

S2，所述远程监控调度服务器接收到所述链路状态响应帧后，向所述主用主控板发送链路复位帧；

S3，所述主用主控板接收到所述链路复位帧后，向所述远程监控调度服务器发送链路复位响应帧；

S4，所述远程监控调度服务器接收到所述链路复位响应帧后，向所述主用主控板发送请求消息；其中，该请求消息包括以下三种类型：遥控请求、遥信数据请求和总召唤激活请求；

S4.11，当所述请求消息为遥控请求时，该遥控请求中携带有需要被遥控的接触网开关所对应的接触网开关监控终端ID；

S4.12，所述主用主控板查找配置文件，获得与所述接触网开关监控终端ID对应的RTU单元ID、遥信板ID和遥控板ID；其中，所述RTU单元ID代表与所述主用主控板级联的特定RTU单元的标识；所述遥信板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥信板的标识；所述遥控板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥控板的标识；

所述主用主控板执行以下操作：

所述主用主控板通过无线方式向特定接触网开关监控终端发送该遥控请求；

所述特定接触网开关监控终端接收到该遥控请求时，对所述特定接触网开关的开关状态进行控制；

所述特定接触网开关的分合闸的变位信息通过无线网关传入主用主控板，主用主控板通过ID点表发送相应遥控命令给遥控板，遥控板控制屏控指示灯的继电器，进而控制屏控指示灯的亮，灭；同时继电器的当前状态作为遥信信号接入遥信板，用于确认屏控指示灯的亮灭是否操作成功；

S4.21，当所述请求消息为遥信数据请求时，该遥信数据请求中携带有需要获取遥信状态的接触网开关监控终端ID；

S4.22，所述主用主控板查找配置文件，然后通过无线方式向所述特定接触网开关监控终端发送遥信请求；所述特定接触网开关监控终端获取所述特定接触网开关的当前遥信状态，然后将所述当前遥信状态发送给所述特定RTU单元；所述特定RTU单元通过CAN总线将所述当前遥信状态发送给所述主用主控板；所述主用主控板再将所述当前遥信状态发送给所述通信处理器的下行端口；所述通信处理器的上行端口再将该当前遥信状态分别发送给远程监控调度服务器和监控后台；

S4.31，当所述请求消息为总召唤激活请求时，所述主用主控板获取其所在监控分站的全部接触网开关的遥信信息，然后将该遥信信息发送给所述远程监控调度服务器；

另外，各个所述视频前端采集装置对与其唯一对应的接触网开关进行实时录像，并将录像与录像时间实时存储到视频编解码器中；当远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台发出对某一时间段录像的获取请求时，视频编解码器读取与该时间段对应的录像，然后将读取到的录像通过无线链路发送到通信处理器的下行端口；所述通信处理器再通过上行端口将读取到的录像发送给远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台。

主用主控板创建三个服务进程，第一服务进程为CAN服务任务进程，第二服务进程为串口服务进程，第三服务进程为网络服务进程；

所述CAN服务任务进程用于检查数据的标志头，从而判断该数据的流向，如果是所述RTU接收到的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控命令、设置站所命令和遥信查询命令；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；如果是所述RTU向外发送的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控成功消息、遥控失败消息和链路故障通知消息；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；

所述串口服务进程用于实现和无线网关的通信，按照modubus-RTU通信协议的规则解析通信数据，并通过心跳检测保持和接触网监控终端的实时连接，定时循环向接触网监控终端发送遥信数据的查询命令，并将接收到的数据信息转发给网络服务进程，通过网络服务进程再转发到远程监控调度服务器，同时响应网络服务进程转发过来的遥控执行命令和参数设置命令，执行完成后将结果返回给网络服务进程；

所述网络服务进程创建网络服务器，如果检测到来自上行主站端的数据请求服务后，响应连接请求建立网络连接，并按照IEC60870-5-104通信协议的规则，向远程监控调度服务器返回数据，如果数据类型为参数设置命令，则在执行相关的参数设置后，向所述远程监控调度服务器返回参数设置成功的响应；如果数据类型为遥信召取命令，则在读取相关的遥信信息后，返回给所述远程监控调度服务器；如果数据类型为遥控命令，则在执行遥控命令后，向所述远程监控调度服务器返回遥控成功或遥控失败的响应消息。

综上所述，本发明提供的分布式无线视讯接触网开关监控系统及监控方法，具有以下优点：

(1)本地监控站与各个测控单元通过无线发射接收方式传输数据，不仅布线简单，而且，还具有传输距离远、衰减小抗干扰性能好的优点，从而提高了对隔离开关控制的精度。

(2)测控单元中各组件通过光伏系统供电，具有维护成本低的优点；

(3)同时获取接触网开关的监控信息和视频信息，具有监控全面的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种分布式无线视讯接触网开关监控系统，其特征在于，包括：远程监控调度服务器和布置在不同监控区域的一个以上监控分站；所述远程监控调度服务器分别与各个监控分站交互通信；

每一个所述监控分站包括：本地监控站和若干个测控单元；所述测控单元与被监控的隔离开关一对一同址配置；每一个所述测控单元包括：接触网开关监控终端、视频前端采集装置、视频编解码器和第一无线网关；其中，所述接触网开关监控终端的测控端与接触网开关操作机构连接；所述接触网开关监控终端的通信口与所述第一无线网关连接，在下行方向，所述接触网开关监控终端用于接收所述本地监控站的控制命令，输出至所述接触网开关操作机构，进而驱动接触网开关的动作；在上行方向，所述接触网开关监控终端用于采集被控的接触网开关的运行状态，并返回给所述本地监控站或所述远程监控调度服务器，在所述本地监控站的监控后台上或所述远程监控调度服务器上显示各个接触网开关的实时状态；

所述视频前端采集装置布置在距被监控的接触网开关设定距离内，所述视频前端采集装置通过所述视频编解码器与所述第一无线网关连接，所述视频前端采集装置用于采集被控的接触网开关的图像信息，并经过所述视频编解码器编码后，返回给所述本地监控站；

所述本地监控站包括第二无线网关、屏控终端监控装置RTU、屏控面板、通信处理器和监控后台；所述RTU分别与所述第二无线网关和所述屏控面板连接；所述RTU还通过所述通信处理器与所述监控后台连接；所述本地监控站用于接收所述测控单元上传的监控信号和视频信号，该视频信号直接接入所述通信处理器，然后与所述监控后台或所述远程监控调度服务器通信；所述监控信号首先接入所述RTU，然后再接入所述通信处理器，所述通信处理器将所述监控信号转发给监控后台或所述远程监控调度服务器；同时，所述RTU控制所述屏控面板上各个指示灯的状态，使各个指示灯的状态与被控的接触网开关的当前状态同步；

并且，所述第一无线网关与所述第二无线网关无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的分布式无线视讯接触网开关监控系统，其特征在于，所述测控单元还包括光伏及供电系统；所述光伏及供电系统用于向所述接触网开关监控终端、所述视频前端采集装置和所述视频编解码器供电。

3.根据权利要求1所述的分布式无线视讯接触网开关监控系统，其特征在于，所述RTU包括{第1RTU单元、第2RTU单元....第nRTU单元}；所述第1RTU单元包括通过第1母板连接的第1电源板、主用主控板、备用主控板、m个遥信板和q个遥控板；所述第2RTU单元包括通过第2母板连接的第2电源板、m个遥信板和q个遥控板；所述第3RTU单元包括通过第3母板连接的第3电源板、m个遥信板和q个遥控板；依此类推，直到所述第n RTU单元包括通过第n母板连接的第n电源板、m个遥信板和q个遥控板；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有与外部电源连接的电源接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板分别设置有现场总线通信接口；所述第1电源板、所述第2电源板...所述第n电源板通过各自的现场总线通信接口级联连接；

所述主用主控板设置有串口和第一以太网口；所述串口用于连接第二无线网关，进而通过第二无线网关与各个测控单元的第一无线网关连接，所述第一以太网口用于将所述主用主控板连接到通信处理器；所述备用主控板设置有第二以太网口和第二串口；所述备用主控板与所述主用主控板形成冗余关系，当主用主控板出现故障时，启用备用主控板；或者，同时启用主用主控板和备用主控板。

4.一种应用权利要求3所述分布式无线视讯接触网开关监控系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，所述主用主控板监听与所述远程监控调度服务器之间通信链路的链路状态，当监听到所述远程监控调度服务器发送的请求链路状态帧时，所述主用主控板向所述远程监控调度服务器发送链路状态响应帧；

S2，所述远程监控调度服务器接收到所述链路状态响应帧后，向所述主用主控板发送链路复位帧；

S3，所述主用主控板接收到所述链路复位帧后，向所述远程监控调度服务器发送链路复位响应帧；

S4，所述远程监控调度服务器接收到所述链路复位响应帧后，向所述主用主控板发送请求消息；其中，该请求消息包括以下三种类型：遥控请求、遥信数据请求和总召唤激活请求；

S4.11，当所述请求消息为遥控请求时，该遥控请求中携带有需要被遥控的接触网开关所对应的接触网开关监控终端ID；

S4.12，所述主用主控板查找配置文件，获得与所述接触网开关监控终端ID对应的RTU单元ID、遥信板ID和遥控板ID；其中，所述RTU单元ID代表与所述主用主控板级联的特定RTU单元的标识；所述遥信板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥信板的标识；所述遥控板ID代表所述特定RTU单元上的特定遥控板的标识；

所述主用主控板执行以下操作：

所述主用主控板通过无线方式向特定接触网开关监控终端发送该遥控请求；

所述特定接触网开关监控终端接收到该遥控请求时，对所述特定接触网开关的开关状态进行控制；

所述特定接触网开关的分合闸的变位信息通过无线网关传入主用主控板，主用主控板通过ID点表发送相应遥控命令给遥控板，遥控板控制屏控指示灯的继电器，进而控制屏控指示灯的亮，灭；同时继电器的当前状态作为遥信信号接入遥信板，用于确认屏控指示灯的亮灭是否操作成功；

S4.21，当所述请求消息为遥信数据请求时，该遥信数据请求中携带有需要获取遥信状态的接触网开关监控终端ID；

S4.22，所述主用主控板查找配置文件，然后通过无线方式向所述特定接触网开关监控终端发送遥信请求；所述特定接触网开关监控终端获取所述特定接触网开关的当前遥信状态，然后将所述当前遥信状态发送给所述特定RTU单元；所述特定RTU单元通过CAN总线将所述当前遥信状态发送给所述主用主控板；所述主用主控板再将所述当前遥信状态发送给所述通信处理器的下行端口；所述通信处理器的上行端口再将该当前遥信状态分别发送给远程监控调度服务器和监控后台；

S4.31，当所述请求消息为总召唤激活请求时，所述主用主控板获取其所在监控分站的全部接触网开关的遥信信息，然后将该遥信信息发送给所述远程监控调度服务器；

另外，各个所述视频前端采集装置对与其唯一对应的接触网开关进行实时录像，并将录像与录像时间实时存储到视频编解码器中；当远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台发出对某一时间段录像的获取请求时，视频编解码器读取与该时间段对应的录像，然后将读取到的录像通过无线链路发送到通信处理器的下行端口；所述通信处理器再通过上行端口将读取到的录像发送给远程监控调度服务器或位于本地监控站的监控后台。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：所述主用主控板创建三个服务进程，第一服务进程为CAN服务任务进程，第二服务进程为串口服务进程，第三服务进程为网络服务进程；

所述CAN服务任务进程用于检查数据的标志头，从而判断该数据的流向，如果是所述RTU接收到的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控命令、设置站所命令和遥信查询命令；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；如果是所述RTU向外发送的数据，则进一步判断该数据的功能码类型，所述功能码类型包括：遥控成功消息、遥控失败消息和链路故障通知消息；然后根据功能码类型通过CAN总线进行数据发送；

所述串口服务进程用于实现和无线网关的通信，按照modubus-RTU通信协议的规则解析通信数据，并通过心跳检测保持和接触网监控终端的实时连接，定时循环向接触网监控终端发送遥信数据的查询命令，并将接收到的数据信息转发给网络服务进程，通过网络服务进程再转发到远程监控调度服务器，同时响应网络服务进程转发过来的遥控执行命令和参数设置命令，执行完成后将结果返回给网络服务进程；

所述网络服务进程创建网络服务器，如果检测到来自上行主站端的数据请求服务后，响应连接请求建立网络连接，并按照IEC60870-5-104通信协议的规则，向远程监控调度服务器返回数据，如果数据类型为参数设置命令，则在执行相关的参数设置后，向所述远程监控调度服务器返回参数设置成功的响应；如果数据类型为遥信召取命令，则在读取相关的遥信信息后，返回给所述远程监控调度服务器；如果数据类型为遥控命令，则在执行遥控命令后，向所述远程监控调度服务器返回遥控成功或遥控失败的响应消息。