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1、,城市轨道交通综合监控系统,教师：龚安顺 电话:,CONTENT,单元1 综合监控系统概述,01,单元2 综合监控系统功能,02,单元3综合监控系统技术基础,03,单元4 综合监控系统设备组成,04,CONTENT,单元5环境与设备监控 子系统,05,06,07,单元8 供电监控子系统,08,单元6 火灾集中报警监控子系统,单元7 列车自动监控子系统,CONTENT,单元9 公共广播子系统,09,10,11,12,单元10 闭路电视监控子系统,单元11 自动售检票(AFC)监控子系统,单元12 乘客信息(PIS)监控子系统,CONTENT,13,14,单元14 综合监控运行维护和故障处理,单元
2、13安全门监控子系统,单元3 综合监控系统技术基础,学习情境某地铁运营公司的岗前培训班上，今天学员们学习技术设备有关内容，关于ISCS，培训师说到“本公司管理的10号线ISCS系统集成了电力监控（PSCADA）系统、环境与设备监控（BAS）系统、屏蔽门（PSD）系统、门禁（IAS）系统，实现对以上设备系统运行的监视与控制。ISCS系统互联了轨道交通指挥中心（TCC）、列车监控（ATS）系统、广播（PA）系统、闭路电视（CCTV）系统、时钟（CLK）系统、自动售检票（AFC）系统、乘客信息（PIS）系统、通信设备集中告警系统，获取及显示各系统相应信息。”这么多系统的功能，需要什么样的基础技术和设
3、备才能实现呢？,工作内容,()学习综合监控系统的基本技术基础,()理解传感器类型原理,()学习先进的通信和网络技术,()了解监督控制技术系统。,单元3.1 传感器技术,单元3.2 通信与网络技术,单元3.3 可编程逻辑控制器技术,单元3.4分散型控制系统,单元3.5SCADA系统,一、传感器概念,二、传感器分类,三、传感器的特性,四、地铁综合监控系统中的传感器,单元3.1 传感器技术,一、传感器概念,传感器有时也称为换能器、变换器或探测器，传感器能够感知和检测某一形态的信息 ，并将之转换为另一形态的信息。GB7665-87中规定：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器
4、件或装置，通常由敏感元件和转换元件构成。换句话说，它能将各种被测量检出并转换成便于运输、处理、记录、显示和控制的可用信号，一般通常是电信号。传感器技术在综合监控系统中的作用相当于人的五官，是综合监控系统中的重要部件。地位示意如图所示。,图3-1传感器在监控系统中的地位,二、传感器分类,传感器的应用很广，种类很多，原理多样，检测的对象涉及多种参数。一般传感器的分类常常按照工作原理、输入信息和应用目的来分类。1、按照工作原理分类由于工作原理的不同，传感器主要包括物理型传感器、化学型传感器和生物型传感器三种 。其中物理型传感器又可以分为两种：物性型传感器和结构型传感器。物性型传感器是利用某系材料本身
5、所具有的内在特性以及效应将被测量直接转换为电量信号的传感器，比如热电偶制成的温度传感器。结构型传感器是以结构变化为基础的传感器，比如石油天然气地震勘探中的磁电式传感器。化学传感器是利用敏感材料与物质间的电化学反应原理，把无机和有机化学成分、浓度等转换成电信号的传感器，如离子传感器、气体传感器、湿度传感器等。生物传感器是利用材料的生物效应构成的传感器，比如血压计等。2、按照输入信息分类按照输入信息对传感器命名通常能够方便传感器的使用。测量什么量就称作什么传感器，按照输入信息分类的传感器有很多，比如常见的有：位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器、磁传感器等。3、按照应用目的分类按照应用的
6、目的常有有计测用传感器、监视用传感器、检查用传感器、诊断用传感器、控制用传感器和分析用传感器等。还有的传感器以应用主体分类，比如：汽车用传感器、飞机用传感器、列车用传感器等。,三、传感器的特性,不同的传感器具有不同的内部参数，其特性表现出不同的特点，对测量结果的影响也各不相同。通常人们关注传感器表现出如下几个方面的特性：线性度、灵敏度、分辨率和分辨力、迟滞、重复性、精度、动态特性等。其中最常见的有传感器灵敏度和精度：1.传感器灵敏度传感器灵敏度指传感器在稳态下的输出变化与输入变化的比值。一般希望传感器的灵敏度高。2.精度传感器的精度是指测量结果的可靠程度，它以给定的准确度表示重复某个读数的能力
7、，误差越小，则传感器的精度越高。,四、地铁综合监控系统中的传感器,地铁综合监控系统中应用的传感器种类越来越多，这里仅列出常用简单介绍。1.测量温度的感温探测器物质在燃烧过程中，环境温度会升高，感温探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转变为电信号而报警。2.测量湿度的湿敏电阻式传感器湿敏电阻式传感器中的湿敏电阻是一种电阻值随着环境相对湿度变化而变化的敏感元件，它主要由绝缘基板、湿敏层和电极等组成。湿敏层吸收了环境中的水分子后引起电阻值的变化，再经过测量电路转换成电压的形式输出。3.离子感烟传感器离子感烟传感器是应用放射性同位素的射线放射源组成的火灾报警专用传感器。它具有极高的灵敏度，只
8、要空气中漂浮着因起火产生的烟雾粉尘，报警器就能立即报警。离子传感器由两个电离室组成，外电离室有孔与外界相通，内电离室是封闭的，只要烟雾进入外电离室，内外电离室的离子电流产生差异了，传感器就输出与烟雾量成正比的传感信号。 4光电感烟探测器光电感烟探测器抛弃了放射源，全部由电子元件和光电元件组成，光电感烟探测器里按照有红外发射管和接受管，发射管发出一束红外线，正常情况无烟雾时，红外线不能射到接受管上，当有烟雾时，红外线遇到烟雾粒子发生散射现象，散射的红外光线被接受管接收到，转化为电信号 ，将电信号通过处理后输出报警信号。,单元3.2 通信与网络技术,一、通信传送方式,二、通信接口,三、计算机网络概
9、念以及分类,四、网络硬件,五、网络软件,六、网络标准,通信：计算机与外界的信息交换。通信的基本方式： 并行通信和串行通信。并行通信：构成一组数据的各位同时进行传送。其特点是传送速度快，但若传送距离远、位数又较多时会导致通讯线路复杂且成本较高。串行通信：数据一位接一位地传送。其特点：通信线路简单，只要一对传输线就可实现通信（如电话线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，缺点是传送速度慢。串行通信分类： 异步传送和同步传送。,一、通信传送方式,在通信中，数据通常在两个站（比如终端或者计算机）之间进行传送，按照数据流的方向进行划分，通信传输方式有三种：单工、半双工和全双工。,1.单工通信,2
10、.半双工通信,3.全双工通信,二、通信接口,计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送，可以采用串行通信、并行通信、计算机网络等接口方式。应用于现场的既能在现场设备之间、现场设备和控制设备之间实现双向、串行、多点的通信称作现场总线。,1.串行通信接口,串行通信中，只有通信双方采用相同的接口标准，才能进行正常的通信。由于不同设备串行接口的信号线定义、电器规格等特性都不尽相同，因此要使这些设备能够相互连接，需要一个统一的串行通信接口标准。串行接口标准是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。目前得到广泛应用的是主要有RS232、RS422、RS485等串行接口标准。,所谓“串行通信”是指外设和
11、计算机间使用一根数据信号线（另外也需要地线，可能还需要控制线），数据和控制信息在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。一般用于长距离传输，且计算机上一般至少有两个串行接口。,RS232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准，是工业通信中最常用的一种串行接口。RS232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯收、发端的数据信号是相对于信号地。RS-232适合于数据传输速率在020000bit/s范围内的通信。由于单片机系统使用的是TTL电平，单片机中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中使用的RS-232C通信协议，二者的电平并不相同，在和单片机进行通
12、信时，还需要有一定的外围电路的配合，使得单片机的通信电平和标准的串行通信协议相匹配。,（1）RS232标准,RS232串口通信原理,1)“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线（另外需要地线,可能还需要控制线），数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但是传输速度比并行传输慢。 2)串行口的本质就是实现CPU与外围数据设备的数据格式转换（或者称为串并转换器），即当数据从外围设备输入计算机时，数据格式由位(bit)转化为字节数据；反之，当计算机发送下行数据到外围设备时，串口又将字节数据转化为
13、位数据。 3)串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。,信号的调制与解调,DTE：数据终端设备DCE：数据通信设备,调制解调器调制解调,串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配，才能实现通信。因此串口通信采用串行格式。,标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。,RS232接口,RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。目前较为
14、常用的 RS-232 串口有9针串口(DB-9) 或是25针串口(DB-25)。,RS-232C的特性：,1）机械特性,DB-25（阳头）连接器,DB-9（阳头）连接器,阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧,2）电气特性,RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3-25V）为逻辑“1”，（+3+25V）为逻辑“0”。-3V+3V是未定义的过渡区。试比较：,电平转换电路（如MAX232）。,如果通信距离小于 12m，可以用电缆线直接连接标准RS232端口，若距离较远，需附加调制解调器（MODEM。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，因此，只要把控制端设备的发送（TXD
15、）引脚与受控设备的接收（RXD）引脚相连，就能和受控设备通讯，如果需要接收受控设备的返回信息，那就需要找出受控设备串行接口的发送（TXD）脚与控制端设备串口的接收（RxD）脚相连。,RS232标准接口引脚定义,RS485是RS422改进型， RS-485许多电气规定与RS-422相似，都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接匹配电阻等。RS-485可以采用二线制方式可实现真正的多点双向通信，四线方式只能实现点对多的通信，但是其连接负载的能力得到很大改进，可多接到32个设备。RS485传输距离和最大传输速率与RS422一样，但是RS485需要2个终接电阻。,（2）RS485标准,RS422标准全称
16、是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，其接收器采用高输入阻抗和发送驱动器，因此驱动能力比RS232更强，同时允许在相同传输线上连接多个接收节点，支持点对多的双向通信。RS422接口采用单独的发送和接收通道，不必控制数据方向，各装置之间可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）进行信号交换。RS422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。在正常使用RS422时，需要接电阻进行电路匹配，阻值约等于传输电缆的特性阻抗，但是在传输距离300m以下，不需终接电阻。,（3）RS422标准,电平转
17、换设计,RS232与TTL之间的电平转换目前多采用MAX232、MAX220、HIN232等芯片，它们同时集成了RS-232电平与TTL电平之间的互换。,1）MAX232引脚介绍 MAX232是一种把电脑的串行口RS232信号电平（-10 ，+10v）转换为单片机所用到的TTL信号点平（0 ，+5）M的芯片。MAX232由五部分组成： 外接电容：作用是进行电压匹配和电源去耦。 TTL的输入：电路TTL电平的输入引脚（11和10），连接单片机的TXD引脚。其中MAX232的11引脚与单片机的P3.1引脚相连。 TTL的输出：电路TTL电平的输出引脚（12和9），连接单片机的RXD引脚。其中MAX
18、232的12引脚与单片机的P3.0引脚相连。 MAX232的输入：电路MAX232电平的输入引脚（13和8），连接RS232的TXD的输出端口。引脚MAX232的13引脚与RS232的2引脚相连。 MAX232的输出：两路MAX232232电平的输出引脚（14和7），连接RS232的RXD的输出端口。引脚MAX232的14引脚与RS232的3引脚相连。,2）MAX232通信接口电路,MAX232引脚C1+与C1-、C2+与C2-、V+与VCC、V-与GND之间的4个0.1uF的电容不可缺少，一般选用陶瓷介质的电容。MAX232可以用作单片机和单片机之间、单片机和PC机串口之间的符合RS232串
19、行接口电路。只要将待进行串行传输的设备的发送和接收端相应的接上，编程即可。,所谓的并行通信，就是一组数据的各数据位在多条线上同时被传输。并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。,2.并行通信接口,并行通信的特点：（1）各数据位同时传输，传输速度快、效率高，多用在实时、快速的场合。（2）并行传递的信息不要求固定的格式。（3）由于是并行传输，有多少数据位就需要多少根数据线，传输的成本较高。（4）并行通信抗干扰能力差。（5）适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。（6）并行数据传输只
20、适用于近距离的通信，通常传输距离短。,3.现场总线,现场总线是一种应用在生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实现双向、串行、多节点的通信技术。它是用于过程自动化或制造自动化中的实现智能化现场设备与高层设备之间互联、全数字、串行、双向的通信系统。通过它可以实现跨网络的分布式控制。 至今无统一标准。,三、计算机网络概念以及分类,计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外围设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统 、网络管理软件以及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。简单地说，计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通信将两台以上的计算机互连起
21、来的集合。组成计算机网络可以带来很多好处，例如提高工作效率、节省资源、减少数据冗余等。网络最重要的三个功能是：数据通信、资源共享和分布处理。 一、按照地理范围可以把网络划分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）和互联网（Internet）四种。局域网（LAN）。是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的范围较小。局域网一般在计算机数量配置上少则两台多则几百台。网络所涉及的地理距离在几米到十公里内。局域网一般设置在一个建筑物或者一个单位内，不存在寻址问题，不包括网络层的应用。特点是连接范围窄、用户数量少、配置容易、连接速率高。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN：以太网、令
22、牌环网、光纤分布式接口网络、异步传输模式网、无线局域网等。,四、网络硬件,网络服务器的作用包括：运行网络操作系统、存储、管理网络中的共享资源、为各工作站的应用程序服务、对各工作站的活动进行监视及控制等。网络服务器的性能要求：大容量、高速度、高可靠性。,1.网络服务器,（1）网络服务器作用及要求,按硬件结构分：单处理器、多处理器。 多处理器：至少2个以上功能相同的CPU构成的对称型多处理器、针对I/O设计的多处理器结构。,（2）网络服务器的分类,按设计思想分：专用、通用。 通用：又分为并发、非并发。并发服务器是指通用微机在作为网络服务器的同时又作为网络服务站。,按应用分：文件服务器、应用程序服务
23、器、通信服务器。,2.网络适配器,网络适配器又称网络接口卡，简称网卡。它是实现网络服务的关键设备，是单机与网络间架设的桥梁。因为它们只传输信号而不分析高层数据，属于OSI模型的物理层。,（1）网卡的作用,实现主机与网络通信介质之间的连接。将网络上传送过来的信息帧按照在网络上的信号编码要求和帧的格式接收进来，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，然后送给主机进行处理。将主机需要向外发送的数据按照网络传送的要求组装（打包）成帧格式，然后采用网络编码信号向网络处发送出去。,（2）网卡的类型,按总线类型分：ISA、EISA、MCA、PCI、其它总线。,按传输介质分：RJ-45、BNC、AUI
24、、IPC、TPO。,网卡的通信接口类型的选择与所确定的网络结构方案及所采用的通信电缆有关。,（3）网络工作站,网络上由服务器进行管理和提供服务的计算机。,（4）传输介质,按传输介质可以分：有线传输介质、无线传输介质。有线传输介质按介质种类分同轴缆、双绞缆、光纤三种。同轴缆又分细缆、粗缆。双绞线可分为非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）。光纤又分单模和多模，分别以激光和发光二极管作为光源。无线传输介质有：无线电波、红外线、微波、卫星和激光，通常用于广域网的链路连接。在局网中通常用无线电波和红外线。,（5）网间连接设备,网间连接设备用于扩展网络的规模将几个网络（LAN-LAN、WAN-WAN、LAN-
25、WAN）连接起来。常见的有中继器、路由器、交换机等。,五、网络软件,计算机网络软件包括网络操作系统、网络协议和应用软件三部分。网络操作系统是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统，它在计算机系统下工作，为计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力。网络协议是网络设备之间进行互相通信的语言和规范。应用服务软件用于应用和获取网络上的共享资源。,六、网络标准,1.网络标准化组织在国际标准领域最有影响的组织有IEEE（美国电气与电子工程师学会）和ISO（国际标准化组织）。（1）IEEE（2）ISO,2.网络模型,ISO参考模型,TCP/IP参考模型与ISO模型比较,三次握手 所谓三次握手（Three-Wa
26、y Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：,单元3.3 可编程逻辑控制器技术基本功能,一、基本概念及其组成,二、可编程逻辑控制器分类,三、可编程逻辑控制器,一、基本概念及其组成,可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, 简称PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、
27、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC是一种存储程序控制器，支配控制系统工作的程序存放在存储器中，利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。 PLC一般由三部分组成：1. 输入部分：可以接受来自操作台的操作命令，或者来自被控对象的各种状态信息，如按钮、开关、传感器等发出的命令或状态信息。2.输出部分：用来接受程序执行结果的状态，以操作各种被控对象。,二、可编程逻辑控制器分类,1969年，美国出现第一台PLC，至今PLC发展到很多。 PLC可以按照结构形式、控制规模和实现的功能进行大致分类。1.按照结构形式分类整体式PLC。整体式PLC的CPU、存储器、输入输出模块安装在同一机箱
28、内。这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低，输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。组合式PLC。组合式PLC是总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽上可安装 一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线板的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块可根据PLC的控制规模和实现的功能选取，安装在总线板的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行组态，使得PLC对安装在各总线槽上的模块进行识别。组合式PLC安装完成后，需进行组态，使得PLC对安装在各总线槽上的模块
29、进行识别。组合式PLC的总线板又称为基板。组合式PLC的特点是：系统构成灵活性较高，可构成具有不同控制规模和功能，价格高。,三、可编程逻辑控制器基本功能,1逻辑控制功能2定时控制功能3计数控制功能4步进控制功能5数据处理功能6回路控制功能7通信联网功能8监控功能9停电记忆功能10故障诊断功能,课堂讨论,()交流与讨论一：综合监控系统发展的基础是什么？() 交流与讨论二：传感器的应用都在哪些行业？地铁里用什么样的传感器？() 交流与讨论三：通信网络技术的发展与综合监控系统发展的关系？() 交流与讨论四：目前综合监控系统发展成熟了吗？,实训3-1 传感器的使用,请同学们分组5-7人一组，制作和构建
30、一个简单的传感器，并使用它验证传感器的作用。讨论传感器在各行各业中的应用。,单元3.4 分散型控制系统,分散型控制系统（简称DCS）是一种具有分散控制、信息集中管理特点的分布式控制系统。是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的新型控制技术。 分散型控制系统按照系统垂直结构分为：分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级。 分散过程控制级直接面向生产过程，完成生产过程的数据采集、调节控制和顺序控制等功能。一般由单片机、PLC等组成。 集中操作监控级进行集中操作、显示、报警和优化控制，这一级面向操作员和控制系统工程师。主要设备包括计算机系统和各类外部装置。 综合信息管理级
31、进行生产管理和经营管理，由管理计算机、办公自动化系统等服务系统组成。 分散型控制系统各级之间需要靠通信网络系统来支持。,单元3.5 SCADA系统,SCADA即数据采集与监视控制系统通常是指以计算机为基础的DCS，常用作电力自动化监控系统。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。有着四遥功能即：实现数据采集、设备控制测量、参数调节和各类信号报警等功能。,思考题,一、填空1、在通信中，数据通常在两个站（比如终端或者计算机）之间进行传送，按照数据流的方向进行划分，通信传输方式有三种：单工、半双工和全双工。2、在国际标准领域最有影响的组织有IEEE（美国电气与电子工程师学会）和ISO（国际标准化组织）。3、PLC是一种存储程序控制器，支配控制系统工作的程序存放在存储器中，利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。4、PLC一般由三部分组成： 输入部分、输出部分、控制部分。5、PLC控制规模的多少多用输入输出的总路数，又称I/O点数。根据I/O点数的多少大致有三类。6、PLC也可以按照所实现的功能大致归为低档机、中档机和高档机三类。,二、简答题1.串行接口是什么样的？你生活中见过吗？请举例说明。2. OSI参考模型是什么样的？TCP/IP模型是什么样的？3. PLC有哪几种分类？4可编程逻辑控制器基本功能有哪些？,单元3完！,P38:一、二题1、2。,本章作业,再见,
