关键词: 综自系统 内网通信 改造 优化
一、引言
随着近年来高铁技术的快速发展和运营维护水平的不断提高，在日常的设备使用和维护中，维护人员发现了某些专业在设备配置和组网上存在着不合理现象，虽然不会直接危及行车安全，但也给日常使用和维护带来不便，也存在资源浪费。本文中所论述的武广铁路客运专线变电所里采用的TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统的传输组网正是存在这样的问题。因此，设备管理单位建议对存在的问题进行优化改造，这不但可以解决武广全线牵引变电所日常运行维护存在的不便，还将为今后新建高速铁路类似站点的内网通信提供改进的实施案例，不断完善高速铁路的设计和施工经验，促使高铁建设技术不断除旧革新，意义重大。
二、项目现状与内网通信组网方式对比分析
武广铁路客运专线变电所里采用的TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统，为牵引变电所提供微机化的本地监控操作维护平台，主要完成牵引变电所牵引变压器、AT变压器、馈线等一次设备的保护，电气参数的测量，相关断路器、隔离开关的控制等功能。
（一）现有二纤单向通道保护环优劣分析
武广TA21综自系统现有内网通讯采用光纤连接，所有装置通过光纤环串起来，形成双环结构（二纤单向通道保护环），该光纤环的优点是具备自愈功能，自愈的原理就是将所有的设备分布在信号流向相反的两个环上，平时只有主环在工作，次环处于备份状态，当环上某处光纤断开或某节点发生故障时，其相邻节点的主环、备环自动倒换。这时，环网仍然是一个闭环，通信链路保持畅通。故障点链路恢复后，备环回到备份状态，这种自愈型环网可以提高光纤通信的可靠性。但是这种组网应用在这种场合并不是最合适的，原因如下：
1、光纤通信最主要的优点是传输距离长、频带宽，可携带信息容量大，而牵引变电所安全监控与综合自动化系统设备都集中在一幢大楼内，内网通信使用光纤环网不能发挥其主要作用，反而增加了工程投入，并且给日后运行维护增加了难度，维护人员在检查和处理故障时需要小心翼翼，有时甚至畏手畏脚，不敢乱动，担心光纤被折断。而且自耦变压器保护测控屏和馈线保护测控屏通信模块没有光口，光纤环网的实现还需要在每个网元处单独配置光纤收发器，增加了设备维护量，发生故障的几率也相应提高了。
2、光纤收发器没有网管，状态指示、观察不直观。在出现一个断点时无法直观判断，只有两个断点同时发生并出现通信设备异常报警，且影响正常通信时调度才能发现问题。即不能提前预警设备和通道故障，维护人员无法在发生故障时及时处理。
3、光纤收发器受环境温度影响较大，在没有空调的情况下，发热情况严重，影响其使用寿命。
4、每个光纤收发器2进2出，需要采用大量的光纤串联连接，光纤比较脆弱，容易折断，活动插头也容易脏污，造成通信故障。
5、光纤收发器使用数量多，总成本价格较高，且稳定性和可靠性较差，发生故障后需要返厂维修，使用成本高。
（二）改进形以太网星形组网优劣分析
1、以太网组网的内网通信的优点是网线插头（RJ-45水晶头）制作简单，元件少，较光纤耐脏，不易损坏。网线价格便宜，施工布线和运行维护方便简单。日常巡视可以通过观察交换机或装置上网卡的指示灯来判断设备通信状态，非常直观。每个站点只需要一台以太网交换机，设备数量远比光纤收发器少，可节约工程投资，并且设备受温度影响较小，性能较为稳定。
2、以太网组网的内网通信的缺点是以太网组网需要分配IP地址，需要占用IP地址资源。而IP地址的管理和使用权限一般在路局电务处或信息处，申请手续较为繁琐。其次是带宽相对较窄且目前没有国际标准，而带宽窄并不影响该类站点的正常通信需求。
鉴于武广TA21综自系统内网光纤环网的缺点多，优点少，供电设备管理单位会同上级业务主管部门、以及设计施工等单位经过现场实地调查、反复论证，确定以网线为主要传输介质的以太网星形组网完全能满足该站点的内网通信需求，建议报经上级部门批准并实施改造优化。
三、武广所亭内网通信改造实施方案
（一）AT分区所、AT所内网改造前后组网图如下：
AT所改造前（光口）
AT所改造后（网口）
（二）主要变动：
1、设备、装置由原来光纤成环通信模式改为点对点（设备、装置--交换机）星形通信模式。
2、增加交换机，AT所为2台12口交换机（利旧），AT分区所为
24口交换机（新增）。
3、光纤全部拆除，所有装置均通过网线直接连到交换机上。
（三）改造施工步骤
1、AT分区所：拆下监控屏中的12口交换机，换成24口百兆以太网交换机（新增），将原交换机上的网线插回新交换机上，为确保网线性能，也可重新制作网线替换掉旧线。
2、AT所：在监控屏中增加一台12口交换机（利旧，由AT分区所拆下），做一根短网线将两台交换机连起来，网线做法见第四步。
3、电源接线：根据具体情况实行，交流电必须从UPS取电，直流电可就近机柜取电。
4、网线布线
从新设交换机处至通用通信装置WTX-892和安监装置WCK-892HK、自耦变压器保护测控屏、馈线保护测控屏等设备（模块）分别新设一根网线（工程中采用超五类网线），将网线沿塑料槽、走线架排好并绑扎，由设备引到监控屏中交换机的位置，并预留一定的长度（首尾端各预留做水晶头的长度，柜底“S”型摆放稍预留一定长度）。网线两端制作RJ-45水晶头，直接插入测控屏相应模块和交换机的以太网口，实现全程端--端的电口连接。
制作RJ-45接头（水晶头）和贴标签
接头采用T568B型，直连互联法接线（两头均采用T568B型）。顺序如图：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。插法见上图右上角。
按顺序将线插入水晶头，查看水晶头顶部线顶到头后，用压线钳压好，两头都做好后，用仪器进行校线，仪器两部分分别插入一根网线的水晶头，同时逐个显示1-8号亮，则网线正常。
在保护装置后面贴上装置的名称“XXX”，并在交换机这一头的网线上贴上标签“XXX至交换机”。
（四）交换机至设备、装置通道的切割
1、提前做好相关的硬件安装和网线布放等工作，经测试合格后向设备管理部门申报通道割接的要点计划，并在批准的点内进行切割。具体实施步骤如下：
（1）打开24口交换机（新设）电源，将外网方向来的两个远动通道的两根网线从既有12口交换机断开，插入24口交换机，连通外网。
（2）通过网线将便携式计算机与交换机连接，进入交换机设置页面，根据批准使用的IP地址，配置交换机相关参数、确认与外网能正常通信，两个通道需分别测试。
（3）将两个远动管理单元WTX-895的网线从既有12口交换机断开，插入24口交换机。
（4）将通用通信装置WTX-892和安监装置WCK-892HK与光纤环网断开，将新布放的网线一端直接插入上述设备的网口，另一端插入24口交换机，并配置相应的IP地址参数。
（5）逐个将自耦变压器保护测控屏、馈线保护测控屏的各个功能模块与光纤环网断开，将新布放的网线一端直接插入各个功能模块的网口，另一端插入24口交换机，并配置相应的IP地址参数。
（6）观察功能模块网口指示灯的工作状态，看是否出现闪烁的绿灯，如果绿灯闪亮，说明设备通信正常。否则，查看参数是否配置有误，重新配置直至设备正常。
每一个设备通道切割施工完成后，需要及时与网管确认设备与外网通信是否正常，是否能正常采集数据和接受指令。在上一个设备没有恢复正常通信前，不允许进行下一个设备的切割，防止出现大面积故障时，可以及时倒回到原有工作状态。
上述操作步骤AT分区所和AT所相同，区别在于AT所减少了2#自耦变压器保护测控屏、和2#馈线保护测控屏的切割。
确认所有设备均已完成切割并且通信正常后，需要向设备管理部门或调度销点。
（五）光纤环网的拆除与设备回收
切割施工完成后，可以将光纤收发器和光纤进行拆除回收。
四、结语
本次AT分区所内网通信组网方式的优化改造，是基于内网设备均在同一幢楼内，与监控屏距离均不超过100米，网线传输质量完全能满足设备传输性能要求的前提下实施的。实施改造后节约了每个网元节点上光纤收发器等光设备的投资，减少了通道中间光电转换的环节，减少了故障点，提高了通道的稳定性和可靠性，并且给后续的维护带来很多便利。该站内网通信方式优化改造的实施，为既有铁路后续改造施工提供了一定的参考价值。
参考文献：
[1] 2011年人民邮电出版社《计算机组网技术》。
[2] 2012年电子工业出版社《光纤通信网络》。
[3] 交大许继TA21综合自动化系统使用说明书。
论文作者:叶少辉
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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