一种基于TCP／IP远程通信协议的新型远程智能电源监控切换系统

摘要：为了更好地保障铁路运输的安全和效率，确保采用双路供电的铁路系统的不间断工作，提出了一种基于TCP／IP远程通信协议的智能电源切换系统。系统由电源屏双路输入远程切换单元、控制中心的TCP／IP通信链路、用户软件控制系统组成。电源屏双路输入远程切换单元由电源信号监控、切换单元组成。TCP／IP通信链路采用嵌入式操作平台，功能包括TCP／IP链路控制；用户软件控制系统采用C++编写完成，包括界面操作，授权控制等功能，能满足站点现场电源切换要求的功能。
关键词：TCP／IP；电源切换系统；电源信号采集；报警

0 引言
在铁路现场控制系统中，信号设备是保障铁路运输的安全和效率的基础设施，而信号设备的供电系统则是保证信号设备正常工作的关键设备。故所有铁路系统电源屏均采用双路供电来保证电源系统的不问断工作，保证信号设备的安全稳定工作，保证列车的安全运行。
提供双路供电的I路电和Ⅱ路电来源于不同的电力网络，而且，一般来说，I路电的电源品质要好于Ⅱ路电，当然，电源品质的好坏对信号设备的稳定可靠工作有重要影响，所以一般情况下希望电源在I路电供电下工作。在I路电由于某种原因断电后，电源自动切换到Ⅱ路电供电，若I路电恢复后，就需要人工到现场手动进行切换操作，以将Ⅱ路电切换到I路电，保证信号设备工作在稳定可靠状态。同时，在供电过程中，为保证系统运行可靠，提高异常状态的分析能力，站场需要实时对供电系统(I路和Ⅱ路)进行电源监控。
在我国铁路车站信号设备供电系统中，由于历史和其他各方面的原因，有很大一部分还没有升级为智能电源屏，采用的是简单的双路电源切换，当I路电源发生故障时，自动切换到Ⅱ路电源供电，但是当I路电源恢复正常时，却不会自动从Ⅱ路电切换到电源质量更高的I路电，只有通过人工按压现场切换按钮的办法切换回I路去。由于车站之间相距较远，短则十几千米，远则几十千米，这种方法增加了现场工作人员的工作时间和劳动强度，虽然进行的是简单的操作，却要在来回路途上花费大量时间。
目前已有的技术，如施耐德电气、华通机电、上海工控集团等的解决方案，基本采用机电联锁的方式实现切换，且价格昂贵，维护不便。在现场信号没备和其他设备的工作状态基本实现远程监测的情况下，作为关键设备的电源屏处于这种落后的技术条件下，不符合铁路设备实现远程监控的发展趋势。本文旨在研究设计一种能够自动完成切换工作的设备，该设备可以减少工人干预，提高铁路供电系统的自动化程度、整体供电系统的工作效率。

1 系统整体方案
针对现场对电源屏双路电源远程切换的需求和现有机电切换系统功能的不足，本系统提出了基于TCP／IP远程通信协议和嵌入式系统的电源智能远程切换系统方案，可有效解决铁路现场对电源屏远程操控需求的问题。本系统利用铁路车站现有的通信网络，在微机监测系统上安装一套控制软件，在车站现场安装一套切换控制系统，在微机监测的微机上通过操作控制软件来实现对工区各车站现场电源屏的远程切换功能，在不需要增加任何通信线路和微机设备的情况下，完成上述的记切换功能，实现了成本和施工工作量的最低化。总体上系统提供的功能如下：电源屏双路输入远程切换功能；各车站电源屏远程切换系统与控制中心(工区微机监测机)的通信链路检测；控制软件实现用户权限和操作录管理功能。

双路电源切换系统的总体结构如图1所示，其中带有LED指示灯的模块为切换系统车站控制部分，模块中的所有器件都安装到一个壁挂的控制盒中，面板上带有电源状态和通信状态显示，系统在车站端不需要任何人工干预。各车站的电源切换统一由一个上位机程序控制。通信接口选用TCP／IP通信协议，达到10 Mb／s的通信速率，完全满足现场通信速率的要求。系统的通信采用透明的协议，可以通过网关和路由器，达到远程切换电源的设计要求。

2 系统硬件关键技术
2．1 系统架构
电源远程切换系统采用嵌入式系统设计，其内部结构图如图2所示。远程切换系统采用ARM7平台设计，其核心是一块工业级的MiniArm工控模块，用来完成继电器驱动、继电器切换状态的检测、远程切换命令的接收和通信状态字的发送等功能。系统的供电由切换系统的输出220 VAC经过高可靠性开关电源输出24 VDC提供。控制盒的面板上设计有系统用电源的指示灯、系统工作状态指示灯以及TCP／IP连接、通信状态指示灯。控制盒的下方设置了接线端子和RJ 45以太网通信接口，接线端子的作用有：控制JPXC-1000偏极继电器的吸起、检测JPXC-1000吸起状态。

在硬件设计时，要求如果两路电源都发生断电故障，则系统也断电，通信状态中断。本系统并不采集两路电源供电状态，因为现有的微机监测系统已经完成了这部分工作。而且如果两路电源都发生断电故障，任何控制都是无效的。
2．2 双路电源切换原理
为了满足远程双路电源切换的要求，而又不影响原手动切换的功能，本系统设计的切换电路是在原继电系统电路上增加了两个安全型继电器JPXC-1000，通过对安全型继电器JPXC-1000的远程控制达到动作交流接触器，并由接触器完成双路电源切换的功能，其物理功能上类似于人工手动摁压切换开关。切换电路原理如图3所示。