鐵路運(yùn)行中鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

張 惠

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 100076）

0 引言

鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是鐵路運(yùn)行中的一種全新監(jiān)測(cè)技術(shù)，其中包括計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)化信息技術(shù)等。通過(guò)計(jì)算機(jī)具備的高速處理特征，可以自動(dòng)判斷、分析設(shè)備故障，并且對(duì)鐵路運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量比較大，采集所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，結(jié)合需求進(jìn)行回放與再現(xiàn)，幫助鐵路工作人員掌握實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，更加全面地了解鐵路故障，杜絕故障，保證鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。下面圍繞鐵路運(yùn)行中的鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開(kāi)討論。

1 鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與功能

1.1 微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，使微機(jī)、存儲(chǔ)、監(jiān)控等設(shè)備能夠集成整合，分析、加工處理鐵路信號(hào)，憑借系統(tǒng)邏輯能力自動(dòng)分析鐵路運(yùn)行數(shù)據(jù)[1]。微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中運(yùn)用到傳感、計(jì)算機(jī)、通信、現(xiàn)場(chǎng)總線與智能技術(shù)等，能夠更加全方位地實(shí)施鐵路運(yùn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)，詳細(xì)記錄鐵路運(yùn)行信號(hào)，分析故障信息，一旦發(fā)現(xiàn)安全故障可以及時(shí)預(yù)警，為鐵路系統(tǒng)電務(wù)運(yùn)行提供條件。

1.2 微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

在鐵路運(yùn)行中，微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠采集開(kāi)關(guān)量、模擬量的數(shù)據(jù)信息，并且將其儲(chǔ)存到系統(tǒng)中繪制成圖，一旦發(fā)現(xiàn)故障信息便會(huì)立刻發(fā)出預(yù)警。采集的鐵路運(yùn)行數(shù)據(jù)也可以被編制為報(bào)表與狀態(tài)表等，為數(shù)據(jù)后期的加工處理提供便利。同時(shí)，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ埽梢詾榫W(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)與監(jiān)控所得數(shù)據(jù)。除此之外，微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話與時(shí)鐘校對(duì)，確保鐵路系統(tǒng)在要求的時(shí)間范圍內(nèi)安全運(yùn)行。該系統(tǒng)的具體功能主要有兩個(gè)。

（1）監(jiān)測(cè)鐵路信號(hào)。利用微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路信號(hào)變化，發(fā)現(xiàn)信號(hào)中潛在的危險(xiǎn)信息。以往采用的信號(hào)監(jiān)測(cè)方法，只是具備數(shù)據(jù)短期儲(chǔ)存功能，時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)無(wú)法在綜合分析中運(yùn)用，更不能發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題[2]。利用鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的問(wèn)題。憑借計(jì)算機(jī)在信息儲(chǔ)存方面的優(yōu)勢(shì)，采集實(shí)時(shí)鐵路運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，展開(kāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。采集到的大量數(shù)據(jù)能被全部?jī)?chǔ)存，作為鐵路運(yùn)行狀態(tài)分析的依據(jù)，按照數(shù)據(jù)變化以及分析結(jié)果便可以了解當(dāng)前設(shè)備是否故障。若發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常，便可以及時(shí)通知檢修人員馬上處理，以免安全事故發(fā)生危及鐵路安全運(yùn)行。

（2）監(jiān)測(cè)信號(hào)狀態(tài)。利用計(jì)算機(jī)檢監(jiān)測(cè)鐵路信號(hào)狀態(tài)，能夠持續(xù)性的掌握鐵路信號(hào)情況，監(jiān)控所得數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，保證鐵路運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整性[3]。同時(shí)，計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)比較客觀，很少會(huì)因?yàn)槿藶椴僮鲗?dǎo)致失誤，加上數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，因此數(shù)據(jù)分析之后便可以了解存在的變化。鐵路運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)對(duì)比，使檢修人員更加深入地了解鐵路運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其中是否存在安全隱患，若有安全隱患便可以及時(shí)將其排除。

2 鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 開(kāi)關(guān)量采集電路

鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部開(kāi)關(guān)量，是監(jiān)測(cè)繼電器、道岔缺口與控制臺(tái)按鈕等相關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵內(nèi)容。對(duì)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)展開(kāi)采樣處理，可以制定科學(xué)可行的故障解決方案[4]。系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存大量開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信息和變化狀態(tài)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)所得異常開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，也可以及時(shí)預(yù)警處理，將采集時(shí)間控制在25 ms內(nèi)。盡可能減少引出線，增設(shè)隔離設(shè)施，以確保鐵路運(yùn)行期間相關(guān)設(shè)備的安全性。為了保證電路故障診斷結(jié)果的有效性，開(kāi)關(guān)量所涉及到的所有子系統(tǒng)同步運(yùn)行，利用計(jì)算機(jī)作為開(kāi)關(guān)量控制和采集的設(shè)備，將間隔時(shí)間設(shè)定為20 ms，可以有效實(shí)施電路故障的判斷與分析。

2.1.2 電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

設(shè)計(jì)鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中包括模擬量，例如電壓、電纜絕緣電阻和電流，具體要設(shè)置于采集機(jī)柜內(nèi)部，可以組成隔離模擬量調(diào)理模板，有效保證運(yùn)行精準(zhǔn)度[5]。該結(jié)構(gòu)處在運(yùn)行狀態(tài)下，電壓模擬量的路數(shù)較多，動(dòng)態(tài)范圍廣，此外還具有安全性和種類豐富等特點(diǎn)，模擬量精度控制在0.5%。利用電阻展開(kāi)檢測(cè)對(duì)象的隔離采樣，有利于混線保護(hù)，高阻值電阻與采樣點(diǎn)連接，保護(hù)采集對(duì)象不會(huì)受到其他元素的干擾，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，則可以提升微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾性。

2.1.3 電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

對(duì)于電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主要是采用道岔電流測(cè)量的方式，操作開(kāi)啟式電流傳感器，將該設(shè)備安裝于道岔電流總回路，傳感器不與電流回路直接發(fā)生接觸便可以完成在線安裝[6]。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在電隔離環(huán)境下實(shí)施多種電流形式測(cè)量，如直流、交流、脈沖電流。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流期間，開(kāi)啟式電流傳感器需要與線性溫度補(bǔ)償技術(shù)、精度精密恒流技術(shù)搭配運(yùn)行，以削弱溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，并且控制輸入測(cè)量范圍在0～1000 A。除此之外，運(yùn)用采集機(jī)對(duì)道岔端口DQJ（啟動(dòng)繼電器）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)DQJ在被動(dòng)狀態(tài)下吸起，每間隔10 ms便會(huì)實(shí)施系統(tǒng)的間隔采集，直至DQJ落下。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）采集機(jī)。微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需要在系統(tǒng)運(yùn)行之后，將CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）、總線與串口等初始化處理，隨后采集相關(guān)數(shù)據(jù)，利用CAN處理傳輸初始化數(shù)據(jù)包，并且對(duì)CAN緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，解析傳輸?shù)拿睿杉袃r(jià)值的信息，利用CAN傳輸數(shù)據(jù)作為信號(hào)狀態(tài)檢測(cè)根據(jù)。采集機(jī)處理過(guò)程中，首先需要運(yùn)行初始化程序，讀取開(kāi)關(guān)量，隨之展開(kāi)絕緣與模入處理，40 ms之后開(kāi)始樣本處理，保證開(kāi)關(guān)量的穩(wěn)定性，并且瞬間斷電，當(dāng)命令處理結(jié)束后便可以開(kāi)始讀數(shù)。

（2）模擬量輸入。模擬量輸入這一環(huán)節(jié)要先展開(kāi)模入處理，利用CPU（Central Processing Unit，中央處理器）板中的總線，選擇合適的A/D（Analog to Digital，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）通信線路，控制CPU內(nèi)部A/D。將模入板輸入模擬信號(hào)及時(shí)轉(zhuǎn)換，并且在模擬量?jī)?chǔ)存區(qū)域內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）瞬間斷電。如果電力外網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，致使電源停電或者電壓發(fā)生異常波動(dòng)，此時(shí)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)馬上形成瞬間斷電預(yù)警，間隔40 ms對(duì)其進(jìn)行瞬間斷電處理。Samplekgl作為瞬間斷電儲(chǔ)存區(qū)域，設(shè)定參數(shù)值為1，瞬間斷電計(jì)數(shù)器的數(shù)值+1，如果數(shù)值大于250，代表此時(shí)依然維持在斷電狀態(tài)。如果Samplekgl儲(chǔ)存區(qū)設(shè)定數(shù)值并非為1，而是在5～200，則代表瞬間斷電恢復(fù)至原來(lái)狀態(tài)。在5～200范圍之外，則證明不存在瞬間斷電現(xiàn)象。當(dāng)瞬間斷電計(jì)數(shù)器顯示0，便會(huì)自動(dòng)回到主程序[7]。

3 鐵路運(yùn)行中鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用

3.1 電壓曲線故障分析

針對(duì)鐵路軌道電路設(shè)備故障的排查，利用鐵路信息微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電壓曲線可以準(zhǔn)確判斷安全隱患的種類，若其中任意區(qū)段的電壓波動(dòng)發(fā)生異常，也可以利用電壓曲線準(zhǔn)確地呈現(xiàn)，了解其中的短路問(wèn)題。導(dǎo)致該問(wèn)題的原因是，周邊環(huán)境對(duì)于鐵路信號(hào)設(shè)備軌道電路外部帶來(lái)干擾，從而引發(fā)短路問(wèn)題。例如，鐵路鋼軌上方存在魚(yú)鱗形狀鐵屑，鐵屑受到碾壓之后會(huì)噴射至鋼軌絕緣位置，導(dǎo)致絕緣破損，引發(fā)軌道電路斷路。除此之外，通過(guò)相關(guān)工具檢修期間，鋼軌絕緣的保護(hù)工作不到位，同樣會(huì)引發(fā)軌道電路短路的現(xiàn)象。若鐵軌鐵路鋼軌連接導(dǎo)線存在接觸不良的問(wèn)題，利用鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電壓曲線可以更加詳細(xì)的了解，鋼軌連接線如果發(fā)生虛接狀況，連接線電阻值會(huì)增加，在電壓曲線圖內(nèi)電壓值與正常電壓值相比較低，一旦虛接情節(jié)嚴(yán)重，電壓曲線內(nèi)部電壓值便會(huì)大幅下降，甚至?xí)纬绍壍兰t光帶。

電壓曲線內(nèi)電壓波動(dòng)發(fā)生異常，必須要及時(shí)總結(jié)異常原因，采用針對(duì)性的解決措施規(guī)避安全隱患。軌道電路內(nèi)部絕緣桿阻值降低，會(huì)直接影響到絕緣性能和電壓曲線，建議以典型電壓波動(dòng)曲線圖為分析的參考，測(cè)定軌距桿阻值。如果發(fā)生阻值降低的現(xiàn)象，可以替換新的軌距桿，以規(guī)避鐵路運(yùn)行中的安全隱患。

3.2 道岔電流故障判斷

采用鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中道岔電流可以更加真實(shí)地反映道岔運(yùn)行現(xiàn)狀，種類不同的道岔，其電流值動(dòng)作時(shí)間也存在差異。工作人員采集道岔電流通過(guò)道岔采集機(jī)，可以對(duì)道岔運(yùn)行電流進(jìn)行檢測(cè)與分析，判斷道岔轉(zhuǎn)換所呈現(xiàn)的機(jī)械特性與電氣特征。例如，ZD6單機(jī)牽引道岔動(dòng)作，引發(fā)后續(xù)一系列電流特性，解鎖區(qū)域電流值較高，道岔解鎖結(jié)束后，空動(dòng)距離啟動(dòng)轉(zhuǎn)轍設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)動(dòng)作，同時(shí)道岔運(yùn)動(dòng)至指定位置進(jìn)行封閉作業(yè)。此時(shí)道岔電流值也相對(duì)較高，道岔電流曲線包括緩放曲線，其中的電流值始終為零。如果道岔啟動(dòng)區(qū)段中電流值高于正常運(yùn)行圖線電流值，代表道岔啟動(dòng)電流可能有短路、半短路等問(wèn)題，解鎖區(qū)域電流存在異常，證明道岔包括機(jī)械阻力，使其在解鎖環(huán)節(jié)形成較大卡阻。如果動(dòng)作區(qū)域電流較高，則證明道岔滑床可能會(huì)有雜物存在，吊板與桿件等機(jī)械位置面臨機(jī)械卡阻。道岔運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)作電流突然大幅增長(zhǎng)，并且達(dá)到摩擦電流值，證明轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)可能存在雜物或者機(jī)械卡阻。

利用鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)道岔電流曲線，全面分析道岔故障，判斷電流開(kāi)始區(qū)段以及道岔卡阻所在位置，如果道岔曲線內(nèi)部電流存在異常波動(dòng)，代表電氣線路接觸點(diǎn)接觸不良。如果是道岔動(dòng)作電流出現(xiàn)突然向下方動(dòng)作的小尖波，代表轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)部匝線斷流或者短接，從而使啟動(dòng)保險(xiǎn)被燒壞。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子斷匝或接觸不良，一旦啟動(dòng)電流曲線就有可能會(huì)發(fā)生瞬時(shí)斷開(kāi)的狀況。

除此之外，道岔電流也可以檢測(cè)密檢器故障。針對(duì)道岔電流曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中存在異常狀況，緩放區(qū)的電流曲線臺(tái)階隨之消失，此時(shí)道岔定位并沒(méi)有出現(xiàn)。將到道岔調(diào)整至反位，此時(shí)道岔電路曲線恢復(fù)至正常狀態(tài)，反位同樣表示恢復(fù)正常狀態(tài)，判斷道岔到位，代表密檢器存在故障。通常導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因有兩種：一是道岔調(diào)位環(huán)節(jié)密檢器節(jié)點(diǎn)沒(méi)有處于正確位置，二是密檢器接點(diǎn)并未有任何動(dòng)作發(fā)生。這時(shí)應(yīng)該由管理人員展開(kāi)檢查，調(diào)整密檢器位置，將故障及時(shí)排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了保證鐵路安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，利用鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)采集運(yùn)行過(guò)程中的信息數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)部分析、判斷，明確各個(gè)環(huán)節(jié)與設(shè)備是否存在故障。通過(guò)電壓曲線和道岔電流曲線，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前鐵路運(yùn)行狀態(tài)下的安全故障，由系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，通知檢修人員解決安全故障隱患，保證鐵路運(yùn)行在安全狀態(tài)之下，發(fā)揮微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，做好鐵路運(yùn)行安全檢修工作。