一种磁浮交通综合监控系统的制作方法

本发明涉及一新型轨道交通综合监控系统，特别涉及一种适用于磁浮的新型轨道交通综合监控系统。

背景技术：

目前，德国、日本、美国等国家正积极筹划和发展更先进的交通技术。日本开展了超导高速磁浮技术研究，美国开展了magneplane、hyperloop等多种技术方案的研究，我国与德国则主要采用常导电磁铁吸引式磁浮技术。发展磁浮交通利于提升我国轨道交通核心竞争力，打破国际战略制衡，促进产业升级，推动“中国制造2025”高端装配制造业进程。

我国正在研发的中高速磁浮采用长定子直线同步电机牵引，与传统机车、动车、城轨不同，中高速磁浮动力系统布置于地面，其牵引系统、供电系统系统设备广泛分布于地面牵引变电所、轨旁变电所和定子开关站内，设备和子系统众多，集成难度大。我国没有完全自主建造的中高速磁浮线路，有效的线路运行数据是磁浮交通安全运行的关键，亦可作为牵引系统、运控系统研发的关键输入信息，发展中高速磁浮综合监控系统可实现磁浮交通关键运行数据的获取，亦可实现重要的经济价值。

目前关于中高速磁浮监控系统的研究较少，国内的主要研究单位为国防科技大学，其研究内容为高速磁浮列车悬浮导向车载和远程监控系统，与本发明最接近的专利、论文与现有技术如下：

1、《高速磁浮列车悬浮导向车载和远程监控系统研究》，杨巍，国防科学技术大学。

2、《一种新型线网城市轨道交通综合监控系统》，申请号：201711484480.3，申请人：中国铁路设计集团有限公司。

3、上海磁浮交通监测系统。

对于《高速磁浮列车悬浮导向车载和远程监控系统研究》，其研究对象仅限于车载悬浮导向设备及其远程监控系统。

对于《一种新型线网城市轨道交通综合监控系统》，该方案主要适用于传统城轨交通，不是针对于磁浮交通特殊需求，尤其是没有考虑到中高速磁浮交通牵引系统分布于地面的特点。由于中高速磁浮动力系统布置于地面，其牵引系统、供电系统设备广泛分布于地面牵引变电所、轨旁变电所和定子开关站内，传统城轨综合监控系统方案没有这些设备的架构。

对于上海磁浮交通监测系统，其用于监视所有牵引运行和维护，并可执行测试和仿真。其技术方案为通过主干网将磁浮列车牵引控制系统与运行控制系统进行连接，但其存在如下缺点：

(1)该系统自动化水平及数据处理能力低，测量功能需要手动操作才能实现；

(2)无电力综合自动化系统架构，不能实现对磁浮线路主变电站、牵引变电所、轨旁变电所及定子开关站供配电设备相关状态的监控。

因此，亟需要一种磁浮交通综合监控系统，能够把中高速磁浮交通分布于地面牵引变电所、轨旁变电所和定子开关站内的设备和子系统进行集中监控与管理，对磁浮车辆、牵引及供电系统、运控系统的运行数据进行集中管理、实时监控。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了解决上述问题，本发明提供了一种磁浮交通综合监控系统，具体包括：

电力监控系统，用以对轨旁供电设备、牵引供电设备和定子开关站进行电力监控；

列车控制系统，包括控制磁浮列车运行的运行控制单元、控制磁浮列车牵引设备的牵引控制单元和控制磁浮列车车载设备的车载设备控制单元；以及

运维诊断系统，包括现场级运维诊断单元、站段级运维诊断单元和中央级运维诊断单元，用以对上述电力监控系统和上述列车控制系统进行分级诊断与维护。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述现场级运维诊断单元进一步包括：

对上述运行控制单元的现场级分区运行控制单元进行状态监视与故障诊断的现场级运控诊断单元；

对上述牵引控制单元进行状态监视与故障诊断的现场级牵引诊断单元；

对上述车载设备控制单元进行状态监视与故障诊断的现场级车载设备诊断单元；以及

对上述电力监控系统的现场级电力监控单元、上述现场级运控诊断单元、上述现场级牵引诊断单元和上述现场级车载设备诊断单元进行集中维护的现场级运维单元。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述现场级运控诊断单元进一步包括对上述现场级分区运行控制单元控制的车载安全计算机、分区牵引切断计算机、分区安全计算机的运行模式、执行过程数据进行监视与故障诊断。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述现场级牵引诊断单元进一步包括对上述牵引控制单元控制的电机控制单元、变流器控制单元进行监视与故障诊断。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述现场级车载设备诊断单元进一步包括对上述车载设备控制单元控制的悬浮控制器、导向控制器、涡流制动控制器、蓄电池、烟火警报器、乘客信息系统、升压斩波器、车载控制单元、逆变控制器、车载电网控制器、空调、车门控制器进行监视与故障诊断。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述现场级电力监控单元进一步包括：

对上述轨旁供电设备进行电力监控的轨旁现场级电力监控单元；

对上述牵引供电设备进行电力监控的牵引现场级电力监控单元；以及

对上述定子开关站进行电力监控的定子开关站现场级电力监控单元。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述站段级运维诊断单元进一步包括：

对上述运行控制单元的站段级中央运行控制单元进行状态监视与故障诊断的站段级运控诊断单元；以及

对上述电力监控系统的站段级电力监控单元和上述站段级运控诊断单元进行集中维护的站段级运维单元。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述站段级运维单元还用以对上述现场级牵引诊断单元和上述现场级车载设备诊断单元进行集中维护。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述中央级运维诊断单元对各个站段的站段级运维诊断单元进行集中诊断与维护。

在上述综合监控系统的一实施例中，可选的，上述综合监控系统还包括远程维护单元，上述远程维护单元通过以太网对上述运维诊断系统进行远程维护。

根据本发明所提供的磁浮交通综合监控系统，能够把中高速磁浮交通分布于地面牵引变电所、轨旁变电所和定子开关站内的设备和子系统进行集中监控与管理，对磁浮车辆、牵引及供电系统、运控系统的运行数据进行集中管理、实时监控。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明所提供的综合监控系统的构架图。

附图标记

100中央级

110中央控制室

120远程维护单元

200站段级

210pscada系统

220运维诊断单元

230中央运控

300现场级

310轨旁变电所

320牵引变电所

330分区运控

340磁浮列车

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

首先请参考图1，图1示出了本发明所提供的综合监控系统的总体架构示意图，其中黑色粗实线示出了电力综合自动化系统的数据流，灰色粗实线示出了本发明所提供的综合监控系统的其他数据流。

如图1所示出的，本发明所提供的综合监控系统的总体架构分为三级结构，包括现场级300、站段级200与中央级100。本发明所提供的综合监控系统结合监控与运维两个方向，将监控与运维应用在系统总体构架的各个层级，从而实现整个系统的综合监控。

进一步的，当应用在中高速磁浮列车上时，一并结合磁浮交通系统的特点，将三级结构、监控与运维与磁浮交通系统的三大子系统相结合。具体的，磁浮交通的三大子系统主要分为电力系统、牵引及车辆电气系统以及运行系统三大子系统。

本系统所提供的综合监控系统根据上述的三大子系统，结合监控与运维两大纬度，主要能够实现：

(1)电力综合自动化系统，针对牵引变电所、轨旁变电所、定子开关站以及电力调度系统搭建一套适用于中高速磁浮的牵引供电综合自动化系统，采用pscada成熟平台软件进行统一监控。

(2)牵引及车辆电气系统运维平台，针对车辆电气、牵引控制、牵引供电设备进行集中监视与维护，构建监视维护平台以实现对磁浮交通系统的实时监视、故障预警管理、软件版本管理和文件管理等功能。

(3)运控诊断系统，针对运控系统进行集中监视与维护，构建监视维护平台以实现对运控系统设备的实时监视、故障预警管理和文件管理等功能。

也就是说，本发明所提供的综合监控系统包括了电力监控系统，用以对轨旁供电设备、牵引供电设备和定子开关站进行电力监控；列车控制系统，包括控制磁浮列车运行的运行控制单元、控制磁浮列车牵引设备的牵引控制单元和控制磁浮列车车载设备的车载设备控制单元；以及运维诊断系统，包括现场级运维诊断单元、站段级运维诊断单元和中央级运维诊断单元，用以对上述电力监控系统和上述列车控制系统进行分级诊断与维护。

请进一步参考图1来理解本发明所提供的综合监控系统关于现场级300的关联对象。具体的，对于现场级300而言，其关联对象主要包括轨旁变电所310、牵引变电所320、分区运控330以及磁浮列车340。

具体的，对于轨旁变电所310中的轨旁供电设备以及牵引变电所320中的牵引供电设备和定子开关站，可以通过现场级电力监控单元对上述的牵引变电所、轨旁变电所、定子开关站等电力设备进行远程实时监控。pscada也就是powersupervisorycontrolanddataacquisition，电力监控与数据采集系统，简称电力综合自动化系统或电力监控系统。

电力综合自动化系统的各个现场级子系统对应于不同的电力设备，即现场级电力监控单元进一步包括：对轨旁供电设备进行电力监控的轨旁现场级电力监控单元；对牵引供电设备进行电力监控的牵引现场级电力监控单元；以及对定子开关站进行电力监控的定子开关站现场级电力监控单元。

对于电力综合自动化系统的各个现场级子系统，即各个现场级电力监控单元的设备主要包括主监控单元、开关量/模拟量采集装置、通讯管理机、交换机等，例如图1中所示出的pscada监控屏等。

现场级的牵引变电所320包含了牵引控制设备、牵引供电设备、定子开关站等各种与磁浮列车的牵引系统相关的设备，其中牵引控制设备进一步包括电机控制单元、变流器控制单元等。对于现场级的牵引变电所，尤其是牵引控制设备，可以通过现场级牵引诊断单元对上述的牵引控制单元中的电机控制单元、变流器控制单元进行状态监视与故障诊断。

对于磁浮列车的运控系统而言，可以根据线路的设置将运控系统分为对应于各个现场级的分区运行控制单元以及对应于站段级的中央运行控制单元。可以理解的是，各个分区运行控制单元根据实际分区的情况实时调整、控制磁浮列车的运行，中央运行控制单元统筹并控制各个分区运行控制单元。

更进一步的，可以理解的是，整个运行系统需要借助于牵引系统和磁浮列车才能够实现磁浮列车的运行控制，因此，中央运控230、分区运控330的各个分区运控设备与磁浮列车的车载设备以及牵引系统的牵引控制设备进行通信，以保证列车运行可控。各个分区运控330可以包括车载安全计算机、分区牵引切断计算机、分区安全计算机等分区运控设备。

进一步的，对于各个分区运控330，可以通过现场级运控诊断单元对上述的分区运控330中的车载安全计算机、分区牵引切断计算机、分区安全计算机等运控设备进行实时状态监视与故障诊断维护，包括系统运行模式、业务执行过程数据等。进一步的，由于分区运控需要与磁浮列车进行通信以保证列车的可控运行，上述的现场级运控诊断单元还包括用以对分区运控的无线控制单元和车载无线控制单元等车地无线通信系统设备进行实时状态监视与故障诊断维护。从而能够保证运控系统与磁浮列车之间的正常通信。在一实施例中，诊断源信息报文被设定为定时发送，并且被设定为即使没有故障信息，也周期性发送，以更近一步保证通信的可靠性。

现场级的磁浮列车340主要涉及列车上的各种车载电气设备的控制，各种车载电气设备包括但不限于悬浮控制器、导向控制器、涡流制动控制器、蓄电池、烟火警报、乘客信息系统、升压斩波器、车载控制单元、逆变控制器、车载电网控制器、空调、车门控制等车载关键设备。

对于磁浮列车340的各种车载电气设备，可以通过现场级车载设备诊断单元对上述的悬浮控制器、导向控制器、涡流制动控制器、蓄电池、烟火警报、乘客信息系统、升压斩波器、车载控制单元、逆变控制器、车载电网控制器、空调、车门控制等车载关键设备进行状态实时监视、数据记录与故障数采集。在一实施例中，上述数据还可以经车地无线通道上传到地面无线控制单元，以实现磁浮列车车载设备实时监控的可靠性。

更进一步的，为了使得各个关键系统的诊断单元(监控单元)能够被更好地执行相关诊断、监控工作，本发明所提供的综合监控系统在现场级还提供了对电力监控系统的现场级电力监控单元、现场级运控诊断单元、现场级牵引诊断单元和现场级车载设备诊断单元进行集中维护的现场级运维单元，以对车载电气设备与牵引变电所、轨旁变电所、定子开关站、各关键系统诊断单元进行集中运维。

请进一步参考图1来理解本发明所提供的综合监控系统关于站段级200的关联对象。具体的，对于站段级200而言，其关联对象主要包括pscada系统210，运维诊断单元220以及中央运控230。

对于pscada系统210，站段级电力监控单元通过交换机对各个现场级的电力监控单元，包括轨旁现场级电力监控单元、牵引现场级电力监控单元和定子开关站现场级电力监控单元进行状态监控。

对于运维诊断单元220，其主要包括数据服务器、应用服务器及显示器、交换机和安全网关等模块。对于站段级的运维诊断单元而言，其一方面包括对站段级中央运行控制单元进行状态监视与故障诊断的站段级运控诊断单元，另一方面，还可以包含对电力监控系统的站段级电力监控单元和站段级运控诊断单元进行集中维护的站段级运维单元。

可以理解的是，上述站段级中央运行控制单元230对应地包含各种中央运控设备以对各个分区运控设备进行统筹控制。并且，如上所述的，磁浮列车的车载设备与牵引系统的相关信息可以通过运控系统传递。因此，在如图1所示出的综合监控系统中，上述的运维诊断单元220还用以对现场级牵引诊断单元和现场级车载设备诊断单元进行集中维护，并且在一实施例中，现场级牵引诊断单元可以借由分区运控330通过中央运控230的核心网络将牵引控制单元的相关数据传输到站段级运维诊断单元220。

可以理解的是，虽然在如图1所示出的系统构架中，牵引控制系统数据通过运控核心网上传至运维诊断单元，牵引控制系统也可采独立于运控系统的方式单独组网，实现数据上传。

在一实施例中，分区无线控制单元将车载诊断数据转至地面车辆诊断服务器，实现车载诊断数据与地面服务器之间数据交互。运控系统将分区牵引切断计算机、分区安全计算机等监视对象的实时与历史数据(记录与故障)信息转发至数据诊断服务器。电力监控系统工作站统一将历史数据信息转发至数据诊断服务器。牵引诊断系统将电机控制单元、变流器控制单元等监视对象的实时与历史数据(记录与故障)信息转发至数据诊断服务器，从而实现对各个关键系统的集中监视与维护。

请进一步参考图1来理解本发明所提供的综合监控系统关于中央级100的关联对象。具体的，对于中央级100而言，其关联对象主要包括大屏及其显示系统、调度工作站、复视工作站、维护工作站。该中央级运维诊断单元通过对各个站段的站段级运维诊断单元进行集中诊断与维护以实现对与磁浮列车运行相关的系统的统一控制。

在一实施例中，较为优选的，中央级运维诊断单元与站段级运维诊断单元的设备可以选择放置在同一场地，并且可以设计相关设备尽量共用，避免重复建设。

对于中央级100，更进一步的，本发明所提供的综合监控系统中还可优选地在中央级100设置远程维护单元120。上述远程维护单元120能够通过站段级或中央级机房提供的能访问外网的以太网接口，经虚拟私有网络通道将现场数据传回本部大数据中心，以便观测现场设备健康状态，第一时间分析处理现场故障。

对于图1中所示出的安全网关，可以理解的是，本领域技术人员可以根据系统需要保护的数据内容，改变安全网关或防火墙的分布位置。安全网关或防火墙的设置不应不当地限制本发明的保护范围。

据此，已经从监控与运维两个方向描述本发明所提供的综合监控系统中的三个子系统在中央级、站段级和现场级的结构与功能。本发明将成熟的城轨综合监控系统应用于磁浮交通领域，提出了一种适用于中高速磁浮的综合监控系统方案。

本发明结合监控与运维两个方向，从系统集成的角度建立了基于大数据技术的磁综合监控系统组网方案，该系统在电力监控系统平台架构下，主要增加了各机电设备诊断维护系统与基于大数据平台的分布式数据挖掘集成应用运维系统。

传统机车、动车、城轨车辆动力系统在车辆上，而中高速磁浮动力系统布置于地面，其牵引系统、供电系统和运控系统设备广泛分布于地面牵引变电所、轨旁变电所和定子开关站内，设备和子系统众多，集成难度大。本发明可实现对磁浮车辆、牵引及供电系统、运控系统的运行数据的集中管理、实时监控，充分提高各系统的运行效率、降低运营成本、提高综合决策水平。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。