基于组态软件与光纤光栅传感技术的监测系统在铁路上的应用

　　组态软件（Configuration）为模块化任意组合，软件包括系统组态软件平台和应用软件平台两部分。操作系统可任意选用Window NT、Linux、Unix等。网络传输统一采用TCP/IP协议。在系统软件的基础上建立应用软件的支撑平台，即分布式实时运行环境。包括分布式系统管理与监视、基于内存的实时数据库、实时数据库组态工具、基于OPENGL的三维图形组态工具、多层次多协议网络通信结构等。在组态平台之上二次开发应用软件平台全面建立在开放的国际工业标准基础上，需要具有良好的开放性。考虑系统的开发性，采用商业数据库，并且应用系统的开放性设计需具备多层次特征，为多方位、多层次持续拓展系统功能提供坚实的基础。

　　组态软件平台的层次结构分为操作系统(可选Windows、Linux、Unix等)、实时运行环境（包含实时数据库、实时数据库组态工具、关系数据库、多层次/多协议网络接口三部分）、图形组态以及数据库维护和SCADA应用功能四部分。

2 系统方案

　　2.1 系统逻辑功能

　　铁路在线监测系统[6]包括数据测量系统和数据管理与分析两大子系统。其中，数据测量系统由传感器子系统和数据采集与传输子系统有机地组成；数据管理与分析系统包括监测数据管理子系统和数据分析处理子系统。系统逻辑功能如图2所示。

　　传感器子系统由分布在现场的传感器组成，主要包括光纤温度、应变、压力、位移、振动传感器，光纤传感分析仪根据现场监测点的多少可以配置不同通道的仪器。传感器主要分布在牵引变电站的电力开关柜、电缆接头、变压器、互感器等输变电设备上，用来在线测温及自动报警，还有分布在桥梁、铁路轨道、铁路隧道等土木工程结构里，用来应力变形结构的安全监测。

　　数据采集子系统由光纤光栅分析仪完成，将光纤光栅分析仪接入现场的传感器，仪器分析光纤光栅中折射率分布的周期性结构，导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。反射光的波长对温度、应力和应变敏感，当环境温度、应力或应变发生变化时，光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量就可以实现对温度、应力和应变的感测。感测的数据通过数据传输系统传输给数据处理和控制系统。

　　数据传输系统是光纤光栅分析仪与监控系统的通信通道，在具备有线传输的场所可以考虑光纤(例如在牵引变或分区所)，通道稳定可靠；在不具备条件的场所(例如隧道、桥梁等)，可以采用无线方式，虽然通道的质量会差一些，但对在线监测系统还是可以满足需求。

　　数据处理与控制系统，为了保证系统的实时性、稳定性采用组态软件，系统具备实时数据采集、数据越限处理、历史数据采用、事故采样、事故追忆等功能，在实时系统之上配有决策支持系统，帮助调度人员对现场情况迅速、准确地做出判断。

　　2.2 系统结构

　　整体系统结构如图3所示。