基于微機監測的故障信號研究與應用

石杰

摘? 要：與傳統工作模式相比，現代鐵路故障監測、處理更加智能，微機監測等先進技術的運用，使故障監測與處理效率、質量得到了顯著提升，為國內鐵路線路運輸營造出了更加有利的環境。為達到最佳故障信號監測效果，及時做好故障防范與處理，該文將以某故障信號研究、應用平臺設計為例，對基于微機監測的故障信號研究與應用展開深度分析，期望能夠為我國鐵路事業發展提供一些理論方面支持。

關鍵詞：軟件設計;硬件設計;故障信號;微機監測;平臺設計方案

中圖分類號：U284? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

信號微機系統屬于我國自主研發項目，是專門面向鐵路信號監測的實時監測網絡系統。經過不斷發展與完善，目前該系統已經升級成為信號集中監測系統，應用效果更加理想。在對該系統進行應用時，會對區域內所有鐵路信號設備展開實時監測與管控，監測范圍更廣且信號監測結果更加準確，可實現對數據的遠程傳輸與分析、保存，能夠為維修人員維護工作開展提供可靠數據依據。

1 平臺設計方案

該平臺是以微機監測系統為依據展開設計的，平臺核心功能以為微機監測系統提供信號，特別是故障信號為主。按照平臺設計原理，在實施微機監測時，監測所用所有數據都是運用采集機經過CAN總線傳輸到站機之中的。平臺主要分為硬件以及軟件2個部分，故障信號發生器是其核心。監測故障信號發生系統屬于上位機軟件，會在運用CAN總線向相應端口發送數據信號的同時，對發生器發送信號實施全面管控。在計算機技術以及人機交互等技術的支持下，平臺可將各項數據信息以可視化形式呈現出來，能夠將軌道電路、道岔動作電流等信號真實反映出來。

2 平臺設計

2.1 硬件設計

硬件部分設計主要以放大電路設計以及故障信號發生器設計為主。

2.1.1 故障信號發生器

在此平臺中，故障信號發生器模塊主要由LED顯示模塊、最小系統模塊以及復位電路等部分組成。設計人員會按照相應用戶手冊內容，進行元器件選擇以及發生器電路設計。其中在進行最小系統模塊設計時，需要設置外部時鐘，以及對系統工作速度進行設置，保證處理器工作質量;而在進行復位電路設計時，需設置備份區域復位、系統復位以及上電復位3種復位形式，確保復位引腳處于低電平時，系統便會自動進行復位操作。

2.1.2 電路板制作

實施電路板制作時，需要做好PCB制作。在對故障信號發生器模塊電路進行設計時，需要運用相應軟件展開故障信號發生器PCB圖繪制。整體電路板分為2層，其中頂層為主要層，包括走線以及芯片等內容，而底層多會放置頂層放置不下的走線與元器件。同時需要進行發生器電路板焊接與調試，應按照繪制圖，按照電源模塊、USB串口模塊、最小系統模塊、LCD插座、輸出模塊的順序進行電路板焊接、調試處理。

2.1.3 放大電路設計

因為故障信號發生器所形成信號和真實信號并不相同，還存在一定差異，所以為了能順利開展后續采集工作，可通過放大電路對信號進行放大處理，以便采集機對其展開捕捉與采集。放大電路設計主要分為2個部分：第一，整流濾波電路設計。在電路中輸入220 V工頻交流電壓，并利用變壓器輸出兩路24 V電壓，在電路中主變壓器是電路的主要電源，整流電路主要分為負方向以及正方向兩路，會在經過整流轉換后形成直流電，再由電解電容濾波輸出，獲得相應電壓源;第二，功率放大電路設計。該平臺功率放大電路設計所用芯片為高性能放大芯片，在負載為4 Ω、電壓為±28 V的環境中，其平均功率可以達到68 W左右。在開關機時會產生電流沖擊，由于該芯片過熱、過壓、過流保護功能較為理想，對設備運行形成保護，該芯片的使用為功率放大電路設計與使用提供了支持。

2.2 軟件設計

軟件部分設計是整體平臺設計的關鍵，該部分設計質量，會直接影響平臺的應用。在進行軟件設計時，設計人員不僅要營造嵌入式系統開發環境，做好故障發生器初始化程序設計以及道岔動作電流故障信號模擬設計，同時還要進行CAN通信程序設計、微機監測故障信號發生系統設計以及軌道電路故障信號模擬等一系列設計，由于時間限制，筆者無法一一對其展開詳細介紹，所以在此將重點對幾部分內容設計展開分析。

2.2.1 道岔動作電流故障信號模擬

道岔是鐵路線路的重要組成部分，如果其在使用過程中出現故障，會給列車行車安全帶來嚴重影響，是鐵路故障信號監控主要內容之一。道岔動作電流是轉轍機在進行運轉時所產生的電流，在進行軟件設計時，需要通過設計道岔動作電流故障信號模擬模塊的方式，對該部分動作電流信號進行捕捉與整理，以達到對轉轍機實施實時監控的目標，確保在道岔出現問題或異樣時，可以及時發現并處理。

2.2.2 軌道電路故障信號模擬設計

由于鐵路軌道處于較為開放的狀態，整體應用環境相對較差，很容易會受到外界各項因素的影響，發生事故概率相對較高，是微機監測重點內容之一。該平臺該模塊設計以25 Hz相敏軌道電路設計為主，電路主要分為分路以及調整2種狀態。該軌道電路是由50 Hz工頻交流電經過分頻所產生的，一共分為兩路，其中一路為25 V向軌道進行供電，一路屬于110 V局部電壓，電路相位差為90°。如果接收端軌道電路狀態二元二位繼電器兩端相位差在90°，就會自動吸起，如果沒有達到相應相位差，便會下落。

（3）故障信號發生器初始化程序設計

程序設計主要分為主函數程序初始化以及故障信號模擬等2個部分，整體程序建設包括7項任務。其中信號選擇菜單任務是整體程序任務的核心，主要用于選擇發生器的信號，在用戶完成信號選擇后，程序會自動下發相應指示并由示波器任務進行信息傳輸，進而完成相應操作。而示波器任務主要用于信號樣本數據獲取，且會在LCD上進行波形顯示。

2.3 平臺驗證測試

實時平臺驗證測試時，主要以故障信號發生系統、發生器實際應用情況檢測為主，以便確定平臺是否符合預期設計要求，能否滿足信號監測應用需要。其中，在對故障信號發生器進行測試時，需要運用示波器，對發生器輸出信號波形展開觀察與分析，進而得到相應結論;而在對故障信號發生系統進行測試時，需要做好2個部分測試。第一，對CAN通信進行測試，確定信號發生器是否能夠對CAN數據包進行接收與轉發;第二，對發生器進行測試，確定其是否能滿足系統要求。在進行實際測試時，因為多數電腦都沒有設置CAN通信接口，因此該次測試采用USB-CAN轉換器，為電腦提供了相應的通信接口，確保在電腦端便可使用串口調試手段對CAN總線數據進行檢查。

通過故障信號發生系統、發生器聯調聯試發現，該平臺可以準確接收各項故障信號發出的CAN數據包，與預期設計要求相符，所以可以投入使用。

3 結語

由于鐵路運輸較為特殊，對運輸安全要求極為嚴格，所以鐵路部門需要做好信號監測與管理，要通過對微機監測手段的合理運用，對信號設備運行狀況進行全面監控，確保設備所存在的各項隱患可以得到及時排除，真正做好早發現、早預防，為鐵路列車安全運行提供可靠保障。因為該文所介紹的平臺設計方案未必適合所有工務段，具體平臺設計也存在一定不足，因此各工務段需要根據自身實際情況，合理進行平臺設計與調整，以達到最佳微機監測應用效果。

參考文獻

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