鐵路運行中鐵路信號微機監測系統的應用分析

張 惠

（中鐵十九局集團電務工程有限公司，北京 100076）

0 引言

鐵路信號微機監測系統是鐵路運行中的一種全新監測技術，其中包括計算機、傳感器、自動化信息技術等。通過計算機具備的高速處理特征，可以自動判斷、分析設備故障，并且對鐵路運行過程進行實時監控。計算機存儲數據量比較大，采集所有監控數據可以存儲到計算機系統中，結合需求進行回放與再現，幫助鐵路工作人員掌握實時運行狀況，更加全面地了解鐵路故障，杜絕故障，保證鐵路交通運輸的安全性與穩定性。下面圍繞鐵路運行中的鐵路信號微機監測系統展開討論。

1 鐵路信號微機監測系統與功能

1.1 微機監測系統

微機監測系統運用互聯網技術、計算機設備進行數據處理與存儲，使微機、存儲、監控等設備能夠集成整合，分析、加工處理鐵路信號，憑借系統邏輯能力自動分析鐵路運行數據[1]。微機監測系統中運用到傳感、計算機、通信、現場總線與智能技術等，能夠更加全方位地實施鐵路運行過程監測，詳細記錄鐵路運行信號，分析故障信息，一旦發現安全故障可以及時預警，為鐵路系統電務運行提供條件。

1.2 微機監測系統功能

在鐵路運行中，微機監測系統能夠采集開關量、模擬量的數據信息，并且將其儲存到系統中繪制成圖，一旦發現故障信息便會立刻發出預警。采集的鐵路運行數據也可以被編制為報表與狀態表等，為數據后期的加工處理提供便利。同時，利用系統數據實時傳輸的功能，可以為網絡傳輸信號與監控所得數據。除此之外，微機監測系統還能進行人機對話與時鐘校對，確保鐵路系統在要求的時間范圍內安全運行。該系統的具體功能主要有兩個。

（1）監測鐵路信號。利用微機監測系統可以實時監測鐵路信號變化，發現信號中潛在的危險信息。以往采用的信號監測方法，只是具備數據短期儲存功能，時間較長的數據無法在綜合分析中運用，更不能發現其中存在的問題[2]。利用鐵路信號微機監測系統，能夠解決傳統監測方法存在的問題。憑借計算機在信息儲存方面的優勢，采集實時鐵路運行設備運行數據，展開動態監測。采集到的大量數據能被全部儲存，作為鐵路運行狀態分析的依據，按照數據變化以及分析結果便可以了解當前設備是否故障。若發現設備存在異常，便可以及時通知檢修人員馬上處理，以免安全事故發生危及鐵路安全運行。

（2）監測信號狀態。利用計算機檢監測鐵路信號狀態，能夠持續性的掌握鐵路信號情況，監控所得數據上傳到計算機系統，保證鐵路運行數據的完整性[3]。同時，計算機采集數據比較客觀，很少會因為人為操作導致失誤，加上數據具有連續性，因此數據分析之后便可以了解存在的變化。鐵路運行數據經過對比，使檢修人員更加深入地了解鐵路運行狀態，發現其中是否存在安全隱患，若有安全隱患便可以及時將其排除。

2 鐵路信號微機監測系統設計

2.1 硬件設計

2.1.1 開關量采集電路

鐵路信號微機監測系統內部開關量，是監測繼電器、道岔缺口與控制臺按鈕等相關設備的關鍵內容。對監測所得數據展開采樣處理，可以制定科學可行的故障解決方案[4]。系統內部儲存大量開關量狀態信息和變化狀態，對這些數據進行分析，監測所得異常開關量數據，也可以及時預警處理，將采集時間控制在25 ms內。盡可能減少引出線，增設隔離設施，以確保鐵路運行期間相關設備的安全性。為了保證電路故障診斷結果的有效性，開關量所涉及到的所有子系統同步運行，利用計算機作為開關量控制和采集的設備，將間隔時間設定為20 ms，可以有效實施電路故障的判斷與分析。

2.1.2 電壓實時監測

設計鐵路信號微機監測系統，其中包括模擬量，例如電壓、電纜絕緣電阻和電流，具體要設置于采集機柜內部，可以組成隔離模擬量調理模板，有效保證運行精準度[5]。該結構處在運行狀態下，電壓模擬量的路數較多，動態范圍廣，此外還具有安全性和種類豐富等特點，模擬量精度控制在0.5%。利用電阻展開檢測對象的隔離采樣，有利于混線保護，高阻值電阻與采樣點連接，保護采集對象不會受到其他元素的干擾，將電壓信號轉變成電流信號，則可以提升微機監測系統抗干擾性。

2.1.3 電流實時監測

對于電流的實時監測主要是采用道岔電流測量的方式，操作開啟式電流傳感器，將該設備安裝于道岔電流總回路，傳感器不與電流回路直接發生接觸便可以完成在線安裝[6]。根據電磁感應原理，在電隔離環境下實施多種電流形式測量，如直流、交流、脈沖電流。實時監測電流期間，開啟式電流傳感器需要與線性溫度補償技術、精度精密恒流技術搭配運行，以削弱溫度對測量精度的影響，并且控制輸入測量范圍在0～1000 A。除此之外，運用采集機對道岔端口DQJ（啟動繼電器）進行監測，如果發現DQJ在被動狀態下吸起，每間隔10 ms便會實施系統的間隔采集，直至DQJ落下。

2.2 軟件設計

（1）采集機。微機監測系統軟件設計需要在系統運行之后，將CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）、總線與串口等初始化處理，隨后采集相關數據，利用CAN處理傳輸初始化數據包，并且對CAN緩沖區內的數據進行檢測，解析傳輸的命令，采集有價值的信息，利用CAN傳輸數據作為信號狀態檢測根據。采集機處理過程中，首先需要運行初始化程序，讀取開關量，隨之展開絕緣與模入處理，40 ms之后開始樣本處理，保證開關量的穩定性，并且瞬間斷電，當命令處理結束后便可以開始讀數。

（2）模擬量輸入。模擬量輸入這一環節要先展開模入處理，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，模擬數字轉換）通信線路，控制CPU內部A/D。將模入板輸入模擬信號及時轉換，并且在模擬量儲存區域內進行存儲。

（3）瞬間斷電。如果電力外網出現運行故障，致使電源停電或者電壓發生異常波動，此時微機監測系統馬上形成瞬間斷電預警，間隔40 ms對其進行瞬間斷電處理。Samplekgl作為瞬間斷電儲存區域，設定參數值為1，瞬間斷電計數器的數值+1，如果數值大于250，代表此時依然維持在斷電狀態。如果Samplekgl儲存區設定數值并非為1，而是在5～200，則代表瞬間斷電恢復至原來狀態。在5～200范圍之外，則證明不存在瞬間斷電現象。當瞬間斷電計數器顯示0，便會自動回到主程序[7]。

3 鐵路運行中鐵路信號微機監測系統的運用

3.1 電壓曲線故障分析

針對鐵路軌道電路設備故障的排查，利用鐵路信息微機監測系統電壓曲線可以準確判斷安全隱患的種類，若其中任意區段的電壓波動發生異常，也可以利用電壓曲線準確地呈現，了解其中的短路問題。導致該問題的原因是，周邊環境對于鐵路信號設備軌道電路外部帶來干擾，從而引發短路問題。例如，鐵路鋼軌上方存在魚鱗形狀鐵屑，鐵屑受到碾壓之后會噴射至鋼軌絕緣位置，導致絕緣破損，引發軌道電路斷路。除此之外，通過相關工具檢修期間，鋼軌絕緣的保護工作不到位，同樣會引發軌道電路短路的現象。若鐵軌鐵路鋼軌連接導線存在接觸不良的問題，利用鐵路信號微機監測系統電壓曲線可以更加詳細的了解，鋼軌連接線如果發生虛接狀況，連接線電阻值會增加，在電壓曲線圖內電壓值與正常電壓值相比較低，一旦虛接情節嚴重，電壓曲線內部電壓值便會大幅下降，甚至會形成軌道紅光帶。

電壓曲線內電壓波動發生異常，必須要及時總結異常原因，采用針對性的解決措施規避安全隱患。軌道電路內部絕緣桿阻值降低，會直接影響到絕緣性能和電壓曲線，建議以典型電壓波動曲線圖為分析的參考，測定軌距桿阻值。如果發生阻值降低的現象，可以替換新的軌距桿，以規避鐵路運行中的安全隱患。

3.2 道岔電流故障判斷

采用鐵路信號微機監測系統，其中道岔電流可以更加真實地反映道岔運行現狀，種類不同的道岔，其電流值動作時間也存在差異。工作人員采集道岔電流通過道岔采集機，可以對道岔運行電流進行檢測與分析，判斷道岔轉換所呈現的機械特性與電氣特征。例如，ZD6單機牽引道岔動作，引發后續一系列電流特性，解鎖區域電流值較高，道岔解鎖結束后，空動距離啟動轉轍設備，繼續進行后續相關動作，同時道岔運動至指定位置進行封閉作業。此時道岔電流值也相對較高，道岔電流曲線包括緩放曲線，其中的電流值始終為零。如果道岔啟動區段中電流值高于正常運行圖線電流值，代表道岔啟動電流可能有短路、半短路等問題，解鎖區域電流存在異常，證明道岔包括機械阻力，使其在解鎖環節形成較大卡阻。如果動作區域電流較高，則證明道岔滑床可能會有雜物存在，吊板與桿件等機械位置面臨機械卡阻。道岔運行狀態下動作電流突然大幅增長，并且達到摩擦電流值，證明轉轍機內可能存在雜物或者機械卡阻。

利用鐵路信號微機監測系統道岔電流曲線，全面分析道岔故障，判斷電流開始區段以及道岔卡阻所在位置，如果道岔曲線內部電流存在異常波動，代表電氣線路接觸點接觸不良。如果是道岔動作電流出現突然向下方動作的小尖波，代表轉子線圈內部匝線斷流或者短接，從而使啟動保險被燒壞。如果電機轉子斷匝或接觸不良，一旦啟動電流曲線就有可能會發生瞬時斷開的狀況。

除此之外，道岔電流也可以檢測密檢器故障。針對道岔電流曲線進行分析，發現其中存在異常狀況，緩放區的電流曲線臺階隨之消失，此時道岔定位并沒有出現。將到道岔調整至反位，此時道岔電路曲線恢復至正常狀態，反位同樣表示恢復正常狀態，判斷道岔到位，代表密檢器存在故障。通常導致該現象的原因有兩種：一是道岔調位環節密檢器節點沒有處于正確位置，二是密檢器接點并未有任何動作發生。這時應該由管理人員展開檢查，調整密檢器位置，將故障及時排除。

4 結束語

綜上所述，為了保證鐵路安全、穩定的運行，利用鐵路信號微機監測系統，可以及時采集運行過程中的信息數據，在系統內部分析、判斷，明確各個環節與設備是否存在故障。通過電壓曲線和道岔電流曲線，還能及時發現當前鐵路運行狀態下的安全故障，由系統發出預警，通知檢修人員解決安全故障隱患，保證鐵路運行在安全狀態之下，發揮微機監測系統的優勢，做好鐵路運行安全檢修工作。