計(jì)軸遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林保羅，付斌

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511436）

計(jì)軸是用于檢測(cè)地鐵線路區(qū)間空閑與占用狀態(tài)的一種設(shè)備，在廣州地鐵線路中有著十分廣泛的應(yīng)用。由于計(jì)軸室外設(shè)備處于惡劣的自然環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生計(jì)軸磁頭受干擾故障，給行車安全帶來(lái)隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致大面積列車晚點(diǎn)，影響行車效率。為了預(yù)防計(jì)軸受干擾故障發(fā)生，提高計(jì)軸故障處理效率，研制了一套計(jì)軸遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)室外計(jì)軸參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握室外計(jì)軸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對(duì)狀態(tài)不良的計(jì)軸進(jìn)行維護(hù)維修，通過(guò)分析計(jì)軸室外信號(hào)波形，準(zhǔn)確定位計(jì)軸受干擾的故障原因，及時(shí)制定有效的預(yù)防措施，提高故障處理效率，保證行車安全。

1 系統(tǒng)原理及組成

計(jì)軸遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分室內(nèi)、室外兩大部分，其中室外部分主要通過(guò)對(duì)室外計(jì)軸設(shè)備信號(hào)進(jìn)行采集處理，然后通過(guò)光纖將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)，室內(nèi)采集部分主要對(duì)室內(nèi)計(jì)軸設(shè)備信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)室內(nèi)外計(jì)軸設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)計(jì)軸信號(hào)幅值低于閾值時(shí)，發(fā)出預(yù)警信息，提醒檢修人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)檢查處理；當(dāng)發(fā)生計(jì)軸磁頭受干擾故障時(shí)，通過(guò)分析發(fā)生故障時(shí)的室外計(jì)軸信號(hào)波形，可快速定位故障點(diǎn)，制定故障處理措施。另外，通過(guò)分析室外計(jì)軸信號(hào)頻譜，可分析出干擾頻率及干擾強(qiáng)度，及時(shí)定位干擾源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 室外監(jiān)測(cè)部分

由電源模塊、信號(hào)處理模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、MCU模塊、光電轉(zhuǎn)換器組成，如圖2所示。

圖2 室外部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中電源模塊用于將計(jì)軸的60V供電電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V電壓；信號(hào)處理模塊用于接收和處理計(jì)軸磁頭發(fā)射信號(hào)Fs、計(jì)軸磁頭接受信號(hào)UE1和UE2、頻率信號(hào)F1和F2、傳輸信號(hào)UL以及調(diào)整電壓UR1和UR2；溫濕度檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室外計(jì)軸箱盒內(nèi)的溫濕度，以便了解計(jì)軸室外設(shè)備的工作環(huán)境，研究環(huán)境溫濕度對(duì)計(jì)軸設(shè)備的影響；網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送至室內(nèi)主機(jī)，為了得到計(jì)軸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)接口模塊采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，高速實(shí)時(shí)的傳輸速率可為捕獲瞬間的計(jì)軸干擾信號(hào)提供了技術(shù)保證；MCU模塊是室外采集單元的核心，采用32位的STM32單片機(jī)作為主控單元，保證了數(shù)據(jù)的處理效率；光電轉(zhuǎn)換器用于將室外電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后通過(guò)光纖連接到室內(nèi)交換機(jī)上。

1.2 室內(nèi)采集單元

各功能模塊與室外一致,主要用于對(duì)室內(nèi)頻率信號(hào)F1和F2、標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)U1和U2進(jìn)行采集。

1.3 交換機(jī)

由于工控機(jī)只有一個(gè)網(wǎng)口，而室外計(jì)軸設(shè)備有多個(gè)，為了方便管理，在工控機(jī)與室外設(shè)備之前設(shè)置交換機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外信號(hào)的交換，組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單靈活。

1.4 工控機(jī)

用于接收室外計(jì)軸信號(hào)，為上位機(jī)軟件提供運(yùn)行平臺(tái)。

1.5 上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟體主要用于處理計(jì)軸信號(hào)，完成計(jì)軸信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、計(jì)軸信號(hào)波形顯示、室外計(jì)軸技參數(shù)顯示、波形分析、頻譜分析等，如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件處理流程

2 系統(tǒng)安裝與測(cè)試

在廣州地鐵四號(hào)線試車線對(duì)計(jì)軸遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了安裝與測(cè)試。室外采集單元安裝于室外計(jì)軸組匣的測(cè)試插槽上，如圖4所示。

圖4 室外采集單元安裝位置

經(jīng)測(cè)試，在室內(nèi)可完成室外計(jì)軸信號(hào)F1、F2、UE1、UE2、UR1、UR2的信號(hào)波形測(cè)量、頻譜分析、溫濕度監(jiān)測(cè)等工作。圖5為在無(wú)干擾情況下F1的測(cè)試波形，F(xiàn)1信號(hào)波形并非規(guī)則的正弦信號(hào)，通過(guò)其信號(hào)頻譜分析得知F1信號(hào)疊加了部分F2信號(hào)。

圖5 無(wú)干擾時(shí)F1的測(cè)試波形

3 測(cè)量誤差分析

分別利用萬(wàn)用表、西門子計(jì)軸測(cè)試箱，本系統(tǒng)對(duì)同一室外計(jì)軸設(shè)備的信號(hào)進(jìn)行了5次測(cè)試，并以萬(wàn)用表的測(cè)量平均值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如表1所示。（表1中的測(cè)量值均為5次測(cè)量結(jié)果的平均值）。

表1 三種不同測(cè)試方法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通過(guò)表1的對(duì)比分析可知，本系統(tǒng)的所有參數(shù)測(cè)量誤差不超過(guò)1%，系統(tǒng)采取嚴(yán)格的隔離措施，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不會(huì)對(duì)計(jì)軸系統(tǒng)的工作造成影響，滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套計(jì)軸遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)軸室外技術(shù)參數(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程測(cè)量，參數(shù)測(cè)量誤差不超過(guò)1%，測(cè)量精度高，可靠性好，組網(wǎng)簡(jiǎn)單。

[1] 周桂強(qiáng).站間計(jì)軸設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào),2012,48(10):63-64.

[2] 馮圣華.計(jì)軸系統(tǒng)在廣州地鐵中的應(yīng)用[J].都市快軌交通,2006,(06):80-81.

[3] 馮啟建,林震.實(shí)時(shí)計(jì)軸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,(16):108-110.

[4] 鐘小偉.西門子AzS(M)350M型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備系統(tǒng)[J].都市快軌交通,2004,(S1):116-118.

[5] 楊再興.AzLM型計(jì)軸遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào),2013,49(10):23-24.