基于TCP/IP協議的微機監測系統研究

孫會儒 高 玉

（1.西安鐵路職業技術學院，陜西 西安710014；2.西安鐵路職業技術學院，陜西 西安710014）

鐵路交通的快速發展對鐵路信號設備的可靠性、安全性提出了更高要求，任何一個故障如不能被及早發現及時處理都可能影響行車安全［1］。新技術條件下的信號微機監測系統在監測范圍、測試精度上都有了大幅度的提高。運用信號微機監測系統對電務設備的運行狀態進行全面、實時、科學的檢測監控，做到預防性檢測、針對性維修，及時發現、預防、分析故障和指導現場維修［2］，使得在故障發生之前將故障和隱患消滅在萌芽狀態［3］。

利用成熟的視頻監控技術，對車站的站場、機房、關鍵設備進行實時監控，當設備發生故障的時候，能夠自動控制攝像頭指向故障設備，利用互聯網將有關故障信息和報警信息上傳至控制中心，大大減輕日常人員巡視的工作量，便于及時發現危險隱患、遠程指揮處理故障，保障列車運行安全，提高運輸效率。

1 信號微機監測系統發展簡史

信號微機監測系統的發展可以追溯到1985年。當時，計算機和通信技術都有了長足的發展，計算機在現場的應用也比較廣泛。在計算機技術的支持下，有些鐵路局將微機監測系統開發提到議事日程上來，并很快付諸了實踐。短短的一年之后，已有20多家單位開始研制，一些車站認識到了微機監測系統的先進性，也先后配備了該系統。截止1996年底，有200多個車站擁有自己的微機監測系統。

相比較，最初的微機監測系統，由各鐵路局自行研制，缺乏統一標準，技術差異較大，另外，受技術、經濟等方面的限制,系統精度不高，可靠性差，運行狀況不佳，各站之間處于獨立狀態，幾乎沒有集中聯網。

經過一年的發展，信號微機監測技術發展很快，鐵路上級部門也高度重視其發展。1997年，原鐵道部兩次對信號微機監測系統進行了大規模調研，并制定了技術原則，組織專家和技術人員聯合攻關，研制開發了第一代TJWX-97型信號微機監測系統，這一系統最初推廣應用的范圍是五大干線，為監督、衡量電務設備運行狀況和維護鐵路運輸安全做出了貢獻。

第一代信號微機監測系統在五大干線推廣應用后，原鐵道部和各鐵路局對信號微機監測系統的重要性有了新的認識。因此，原鐵道部在2000年初明確提出：信號微機監測系統是保證鐵路運輸安全的首要措施，并將其按行車安全設備對待。因此，微機監測系統也有電務系統的“黑匣子”之稱。

原鐵道部2006年3月新公布的《信號微機監測系統技術條件》，對微機監測系統有了更高要求。對微機監測系統的測試精度、穩定性都重新做了規定。2006年TJWX-2006型信號微機監測系統問世。該系統采用DSP數字信號處理技術，提高了測試精度和穩定性，增加并完善了監測內容，增強了可靠性。

隨著鐵路運營規模的不斷擴大和互聯網技術的迅速發展，信號微機監測系統向智能化、網絡化、專家系統方向不斷完善和發展，并同調度集中系統、列車運行控制系統和運輸信息管理系統匯接合成，更好地為鐵路運輸服務。

2 微機監測系統的結構

2.1 總體結構

微機監測系統結構采用基于TCP/IP協議的廣域網模式，層次化和結構化的系統配置和數據通信是微機監測系統的結構特點。微機監測系統是鐵路總公司、鐵路局、電務段；鐵路總公司電務監測中心、鐵路局電務監測中心、電務段監測中心、車站監測網的“三級四層”的結構。這是完全按照電務部門監測、維修、維護、管理的實際需要劃分的，其結構如圖1所示。

圖1 機監測系統“三級四層”結構

2.2 電務處調看中心

電務處調看中心配置遠程調看終端，用于查看車站信息。電務處調看中心終端可以調看全局的聯網車站，實時查看車站信號設備的工作狀態及視頻信息，回放站場存儲信息、視頻信息和報表信息，顯示車站設備故障信息，遠程進行故障診斷分析查看。

2.3 電務段中心

電務段監測中心是整個網絡系統的中樞部分，是電務段管內各站的數據和網絡通信的管理中心。整個系統以電務段中心為集中管理、監控的中心，包括應用服務器和網絡設備。

2.4 車間終端和段終端

車間終端、段終端可以調看權限范圍內的聯網車站，實時查看車站信號設備的工作狀態及視頻信息，回放站場存儲信息、視頻信息和報表信息，顯示車站設備故障信息，遠程進行故障診斷分析查看。

2.5 車站系統

車站系統是微機監測系統的基礎部分，可實現采集數據、分析數據、處理數據和存儲數據的功能。車站、區間信號設備的狀態監測、故障數據和曲線顯示、查看、分析、人機對話也都依靠車站系統。車站系統包括站機、采集機、視頻服務器、視頻監控終端、網絡視頻編碼器、無線網橋、攝像機、網絡設備等。

采集機和站機是整個微機檢測系統的基礎，所有信號設備的原始數據均來自于采集機、站機，所以對它們的要求是相當高的。最低要求是，系統主機能夠穩定、可靠的工作；采集機必須精確地從各信號設備處采集信息。視頻服務器接收室外固定攝像機、室內固定攝像機和移動攝像機的視頻信息，對信息進行處理和存儲，向遠程終端提供視頻信息。并通過與站機共享設備故障信息，進行報警聯動，實現攝像頭的自動控制。

3 通信網絡技術要求

3.1 局域網

在統一、安全、可靠、方便管理的原則下設計局域網。標準采用以太網技術標準，并采用TCP/IP協議、RJ45接口標準，有線傳輸介質為5類或超5類非屏蔽雙絞線。受地理條件等外界因素影響的地方，可采用標準為802.11/b/g/n無線局域網標準，通過無線或有線與無線相結合的局域網方式進行連接。

3.2 廣域網

廣域網利用鐵路基礎通信平臺，采用TCP/IP協議，為防止地址沖突，IP地址分配時全路統一編碼，以便微機監測全路聯網。廣域網傳輸通道的傳輸速率不低于2Mbps，誤碼率≤10-7。

4 系統功能

4.1 常規監測數據采集

系統具有常規的監測功能，集中處理從各種采集機采集的實時信息，并進行顯示和存儲，同時又為操作人員提供人機界面。根據對信號設備監測的結果，人機界面實現車站作業狀態及設備運行狀態的實時顯示和各種數據的查詢功能。

常規監測通過接口與其他系統互通信息，可以通過接口采集其他智能設備信息，也可以通過接口向其他系統提供微機監測的信息。

4.2 實時、可靠、高精度信息采集

實時可靠的數據是微機監測系統能夠發揮作用的基礎，如果沒有實時可靠的數據，再先進的系統都無法做出正確地分析和診斷。因此微機監測系統在采集數據時保證監測數據的實時、可靠和高精度。通過對開關量信息的高速、動態采樣保證開關量數據的實時和可靠，通過提高傳感器和采集電路的精度，使用DSP技術對采集數據進行高速處理，保證采集信息的實時和高精度。

4.2.1 開關量采集

開關量采集中采取了高速動態信號采樣的方法，每3毫秒對采集信號作一次采樣，連續10次采樣作為一個周期，如果在一次周期內所采的信號既有高電平也有低電平，說明這個信號是處于動態變化中，這時才認為這個信號是有效地。每個采集板包括兩套獨立的采樣電路，即每一路信號通過兩套采樣電路分別采集，CPU通過對兩套采樣電路采集信息的比較來確定采樣信息的有效性。

4.2.2 常規模擬量采集

監測系統對模擬量采集精度的要求越來越高，為滿足這一要求采取了以下幾個主要措施：

①選用高精度低漂移的傳感器；

②提高調整電路中的元件精度，如選用高精度（+0.5%）低溫漂（50ppm）電阻器；

③對于傳輸距離較遠的信號采用4～20mA電流環傳輸；

④對容易受到干擾的小信號采用屏蔽雙絞線傳輸信號。

⑤采取以上措施，保證模擬量采集過程中獲得預期的模擬量精度。

4.3 顯示及存儲

顯示和存儲的主要信息包括：可實時顯示與回放站場運用狀態圖；可以查看開關量的實時和歷史狀態；轉轍機動作電流、功率、轉換力曲線；道岔表示電壓變化曲線；電源屏電壓、電流、功率等實時值和曲線；控制臺按鈕操作記錄；關鍵設備動作次數及時間表；測試電纜絕緣和電源對地漏泄電流；軌道電路分路殘壓測試報表記錄等。

模擬量數據可以通過實時測試值表格、歷史值表格、日報表、實時曲線、日曲線、月曲線、年趨勢線等表現形式。

所有數據存儲以滾動方式進行，存儲時間要求為大站不少于3天，小站不小于10天。

4.4 數據處理及控制

微機監測系統的數據通過優盤、移動硬盤等移動存儲工具進行導出和存儲。系統本身提供的回放工具可以多歷史數據進行回放。通過回放功能用戶可以很方便的調閱歷史數據進行分析。同時，用戶對存儲的再現文件可以進行管理。微機監測系統對數據以曲線和報表2種方式進行輸出。無論曲線還是報表都可以進行打印。除此之外，曲線可以bmp、jpg的格式導出為圖形文件。報表可以excel的文件形式導出方便用戶資料的采集及調閱以及上級部門的管理。另外，通過系統功能可以對用戶權限、密碼進行管理，授權用戶可以對電氣特性參數和報警上下限進行調整，還可以根據個人偏好和使用習慣對菜單欄和工具欄進行設置。

4.5 智能診斷

系統具有智能診斷功能，能夠利用實時采集的控制臺狀態數據、開關量和模擬量測試數據進行綜合分析，加強對信號設備的運行質量分析、設備故障分析定位功能，充分發揮計算機強大的數據運算分析能力。大幅度提高了信號設備管理的針對性、準確性、時效性和管理效率［4］。

［1］夏國生.TJWX-2000型微機監測系統故障分析［J］.電子科技，2012（7）：35-36，42.

［2］陳關喜.信號微機監測信息系統平臺的應用［J］.鐵道通信信號，2008（2）：29-31.

［3］俞鵬.網絡話務控制［J］.中國新通信，2007（1）：41-43.

［4］王民湘.鐵路信號微機監測智能分析與設備運用質量管理系統［J］.鐵道通信信號，2011（5）：22-24.