铁路新老电力远动系统整合方案及其关键技术研究

卢怀国

(中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处，武汉 430063)

铁路生产力布局调整和站段合并后，洛阳供电段管内线路众多，包括陇海线、侯月线、北焦枝线、宁西线、洛阳枢纽等，这些线路都已实现了电力远动系统，涉及厂家众多，日常的使用和维护工作难度大。结合洛阳供电段生产力布局实际要求，将以上各条线路纳入新的远动系统中，实现新老远动系统的整合。

1 数据传输模型在系统整合中的作用

系统整合的关键在于新的远动系统对既有系统中各种设备(包括RTU、FTU、STU、配电所综自系统等)的兼容和集成能力［1］。在洛襄电力远动项目中，需要整合、纳入新系统的线路、设备、厂家数量众多，各种设备研发、生产的时间跨度大，采用的技术差异明显，特别是通信方式和通信协议各不相同，导致设备接入的调试工作量巨大。因此，为了能够快速、平滑地实现对既有系统的整合，新的远动系统必须能够很好地支持与不同通信方式和通信协议的站端设备之间的通讯。实现这一切的关键就是“数据传输模型”。

2 数据传输模型的选择

在远动系统中，前置机负责数据采集、规约转换和数据预处理，其接收到的实时数据需要及时地转发给后台工作站(图1)，因此，为保证数据传输，模型应满足以下要求。

(1)系统有良好的实时性和稳定性。

(2)多个后台工作站、服务器从多台前置机获取数据，二者是多对多的关系。因此，后台工作站和前置机之间必须满足解耦合。

(3)为了保证实时数据传输的可靠性，数据传输模型应该提供QoS策略，对数据传输质量进行控制。

(4)每台工作站、服务器所感兴趣的数据不同，因此数据传输模型应该提供过滤机制。

根据以上要求，数据传输模型的选择应是基于数据分发服务(data distribution service，以下简称DDS)。DDS是OMG专门针对分布式实时系统中数据发布/订阅模型颁布的一个最新规范，它纯粹以数据为中心来进行数据分发，并将资源状况、对资源的期待程度、网络状况等都用QoS参数来描述，大大增强了通信的实时性和灵活性［4］。

图1 电力远动系统的典型配置

3 基于DDS的电力远动系统的实现

基于DDS的电力远动系统采取分布式体系结构，发布者和订阅者通过指定通信的QoS来选择合适的通信方式，通过Topic确立匹配关系，实现了发布方和订阅方之间的异步实时通信［5］。待发布-订阅关系建立以后，开始不断的接收数据，实现数据的高效、可靠传输。该体系结构的示意如图2所示。

图2 基于DDS的电力远动系统示意

总体来说，基于DDS的新一代电力远动系统具备如下特点［5］。

(1)实时性

订阅者和发布者之间的连接是在订阅时确立的，每个数据发布者节点都知道将数据发往何处，订阅者和发布者之间形成一种P2P的通信连接，因此实际的数据传输效率是很高的。

(2)冗余性和可靠性

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真正实现了全分布式结构，单点失效对系统功能无影响。即使是作为数据发布者的前置机退出后，订阅者会自动转向备用的发布者(即备用前置机)，建立新的发布-订阅关系，重新开始接收数据。

(3)可扩展型

可以随时增加一个新的数据主题，为系统增加新的功能;也可以随时增加数据发布者，接入新的监控对象。

(4)动态性

由于订阅者和发布者之间是解耦合的，因此可以方便地根据系统需要随时添加或删除节点，而不影响整个系统的稳定运行。

(5)灵活性

4 新老系统整合的实施方案

在进行系统整合时，首先必须以不影响既有远动系统的正常运行、保证铁路运营安全为前提。在对既有系统接入时，按照“逐一接入、并列运行、逐步淘汰”的原则进行，即逐一接入老系统，先易后难;接入后老系统并不是马上退出，而是新老系统并列运行;待新系统运行稳定、功能和性能全部取代或超越老系统后，再撤出老的系统［7］。整合后的系统如图3所示。

图3 新老系统整合典型案例

该整合方案具有如下特点。

(1)节省硬件投资

通过保留既有系统的前置机，可以将既有系统中前置机以及前置机以下的通信设备统一纳入新系统，成为新系统的一个独立的组成部分。另外，通过更换监控软件，既有调度工作站和服务器同样可以成为新系统中专门负责既有线监控的独立调度平台。所有的既有硬件资源都能得到合理的利用，大大节省了系统的总体投资。

(2)避免既有系统的重新调试，缩短整合时间

在系统整合过程中，最大的工作量在于将既有系统的被控设备纳入新系统以后，为了保证系统的安全性，需要重新调试前置机和站端设备之间的通信，并对被控设备进行遥控实验［8-12］。通过在前置机上创建“发布者”程序的方法，完全保留了既有系统中前置机和站端设备之间的一切硬件、软件和参数，避免了铁路正常运营情况下的设备调试，缩短整合时间。

(3)整合后的系统保持了新系统的架构和优点

通过创建“发布者”程序屏蔽了既有系统原来的通信处理软件，使得这些程序在新系统中只是作为一个“本地数据源”而存在。整合后的系统具备了统一的操作界面，对用户来说就是一个单一的监控平台，方便了用户的操作和使用。同时，整合后的系统保持了新系统的整体架构，依旧是一个结构清晰的基于DDS的分布式监控系统，从而完整地保留了该系统的所有特点。

5 结语

通过系统整合，将多套SCADA系统融合成一套性能稳定、功能完善的电力远动调度平台，不仅能够统一操作界面，简化系统架构，提高系统的可靠性和易维护性，更能方便调度员的使用，降低出错概率，极大的减轻用户的工作难度和工作压力。因此，新一代铁路电力远动系统必须能够更好地适应铁路网快速发展，更快速、可靠地整合既有系统，满足更高要求的铁路建设。洛襄铁路电力远动系统的建设和对既有系统的整合，在这方面做了积极有益的探索，具有重要的借鉴和指导意义。

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