鐵路運行中鐵路信號微機監(jiān)測系統(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

鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)是鐵路運行中的一種全新監(jiān)測技術(shù)，其中包括計算機、傳感器、自動化信息技術(shù)等。通過計算機具備的高速處理特征，可以自動判斷、分析設(shè)備故障，并且對鐵路運行過程進(jìn)行實時監(jiān)控。計算機存儲數(shù)據(jù)量比較大，采集所有監(jiān)控數(shù)據(jù)可以存儲到計算機系統(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?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。下面圍繞鐵路運行中的鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)展開討論。

1 鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)與功能

1.1 微機監(jiān)測系統(tǒng)

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

1.2 微機監(jiān)測系統(tǒng)功能

在鐵路運行中，微機監(jiān)測系統(tǒng)能夠采集開關(guān)量、模擬量的數(shù)據(jù)信息，并且將其儲存到系統(tǒng)中繪制成圖，一旦發(fā)現(xiàn)故障信息便會立刻發(fā)出預(yù)警。采集的鐵路運行數(shù)據(jù)也可以被編制為報表與狀態(tài)表等，為數(shù)據(jù)后期的加工處理提供便利。同時，利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)墓δ?，可以為網(wǎng)絡(luò)傳輸信號與監(jiān)控所得數(shù)據(jù)。除此之外，微機監(jiān)測系統(tǒng)還能進(jìn)行人機對話與時鐘校對，確保鐵路系統(tǒng)在要求的時間范圍內(nèi)安全運行。該系統(tǒng)的具體功能主要有兩個。

（1）監(jiān)測鐵路信號。利用微機監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測鐵路信號變化，發(fā)現(xiàn)信號中潛在的危險信息。以往采用的信號監(jiān)測方法，只是具備數(shù)據(jù)短期儲存功能，時間較長的數(shù)據(jù)無法在綜合分析中運用，更不能發(fā)現(xiàn)其中存在的問題[2]。利用鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，能夠解決傳統(tǒng)監(jiān)測方法存在的問題。憑借計算機在信息儲存方面的優(yōu)勢，采集實時鐵路運行設(shè)備運行數(shù)據(jù)，展開動態(tài)監(jiān)測。采集到的大量數(shù)據(jù)能被全部儲存，作為鐵路運行狀態(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)生危及鐵路安全運行。

（2）監(jiān)測信號狀態(tài)。利用計算機檢監(jiān)測鐵路信號狀態(tài)，能夠持續(xù)性的掌握鐵路信號情況，監(jiān)控所得數(shù)據(jù)上傳到計算機系統(tǒng)，保證鐵路運行數(shù)據(jù)的完整性[3]。同時，計算機采集數(shù)據(jù)比較客觀，很少會因為人為操作導(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。鐵路運行數(shù)據(jù)經(jīng)過對比，使檢修人員更加深入地了解鐵路運行狀態(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將其排除。

2 鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 開關(guān)量采集電路

鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)量，是監(jiān)測繼電器、道岔缺口與控制臺按鈕等相關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵內(nèi)容。對監(jiān)測所得數(shù)據(jù)展開采樣處理，可以制定科學(xué)可行的故障解決方案[4]。系統(tǒng)內(nèi)部儲存大量開關(guān)量狀態(tài)信息和變化狀態(tài)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測所得異常開關(guān)量數(shù)據(jù)，也可以及時預(yù)警處理，將采集時間控制在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，開關(guān)量所涉及到的所有子系統(tǒng)同步運行，利用計算機作為開關(guān)量控制和采集的設(shè)備，將間隔時間設(shè)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(jiān)測

設(shè)計鐵路信號微機監(jiān)測系統(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)置于采集機柜內(nèi)部，可以組成隔離模擬量調(diào)理模板，有效保證運行精準(zhǔn)度[5]。該結(jié)構(gòu)處在運行狀態(tài)下，電壓模擬量的路數(shù)較多，動態(tài)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(hù)，高阻值電阻與采樣點連接，保護(hù)采集對象不會受到其他元素的干擾，將電壓信號轉(zhuǎn)變成電流信號，則可以提升微機監(jiān)測系統(tǒng)抗干擾性。

2.1.3 電流實時監(jiān)測

對于電流的實時監(jiān)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(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)境下實施多種電流形式測量，如直流、交流、脈沖電流。實時監(jiān)測電流期間，開啟式電流傳感器需要與線性溫度補償技術(shù)、精度精密恒流技術(shù)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(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)DQJ在被動狀態(tài)下吸起，每間隔10 ms便會實施系統(tǒng)的間隔采集，直至DQJ落下。

2.2 軟件設(shè)計

（1）采集機。微機監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計需要在系統(tǒng)運行之后，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CAN緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，解析傳輸?shù)拿?，采集有價值的信息，利用CAN傳輸數(shù)據(jù)作為信號狀態(tài)檢測根據(jù)。采集機處理過程中，首先需要運行初始化程序，讀取開關(guān)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(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及時轉(zhuǎn)換，并且在模擬量儲存區(qū)域內(nèi)進(jìn)行存儲。

（3）瞬間斷電。如果電力外網(wǎng)出現(xiàn)運行故障，致使電源停電或者電壓發(fā)生異常波動，此時微機監(jiān)測系統(tǒng)馬上形成瞬間斷電預(yù)警，間隔40 ms對其進(jìn)行瞬間斷電處理。Samplekgl作為瞬間斷電儲存區(qū)域，設(shè)定參數(shù)值為1，瞬間斷電計數(shù)器的數(shù)值+1，如果數(shù)值大于250，代表此時依然維持在斷電狀態(tài)。如果Samplekgl儲存區(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)瞬間斷電計數(shù)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(jiān)測系統(tǒng)的運用

3.1 電壓曲線故障分析

針對鐵路軌道電路設(shè)備故障的排查，利用鐵路信息微機監(jiān)測系統(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)，了解其中的短路問題。導(dǎo)致該問題的原因是，周邊環(huán)境對于鐵路信號設(shè)備軌道電路外部帶來干擾，從而引發(fā)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(dǎo)致絕緣破損，引發(fā)軌道電路斷路。除此之外，通過相關(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題，利用鐵路信號微機監(jiān)測系統(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)部電壓值便會大幅下降，甚至?xí)纬绍壍兰t光帶。

電壓曲線內(nèi)電壓波動發(fā)生異常，必須要及時總結(jié)異常原因，采用針對性的解決措施規(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(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(jiān)測系統(tǒng)，其中道岔電流可以更加真實地反映道岔運行現(xiàn)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(jìn)行檢測與分析，判斷道岔轉(zhuǎn)換所呈現(xiàn)的機械特性與電氣特征。例如，ZD6單機牽引道岔動作，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，空動距離啟動轉(zhuǎn)轍設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)動作，同時道岔運動至指定位置進(jìn)行封閉作業(yè)。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(qū)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(qū)域電流存在異常，證明道岔包括機械阻力，使其在解鎖環(huán)節(jié)形成較大卡阻。如果動作區(qū)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(tài)下動作電流突然大幅增長，并且達(dá)到摩擦電流值，證明轉(zhuǎn)轍機內(nèi)可能存在雜物或者機械卡阻。

利用鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)道岔電流曲線，全面分析道岔故障，判斷電流開始區(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，代表電氣線路接觸點接觸不良。如果是道岔動作電流出現(xiàn)突然向下方動作的小尖波，代表轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)部匝線斷流或者短接，從而使啟動保險被燒壞。如果電機轉(zhuǎn)子斷匝或接觸不良，一旦啟動電流曲線就有可能會發(fā)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(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中存在異常狀況，緩放區(qū)的電流曲線臺階隨之消失，此時道岔定位并沒有出現(xiàn)。將到道岔調(diào)整至反位，此時道岔電路曲線恢復(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)點沒有處于正確位置，二是密檢器接點并未有任何動作發(fā)生。這時應(yīng)該由管理人員展開檢查，調(diào)整密檢器位置，將故障及時排除。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了保證鐵路安全、穩(wěn)定的運行，利用鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時采集運行過程中的信息數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)部分析、判斷，明確各個環(huán)節(jié)與設(shè)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(fā)現(xiàn)當(dāng)前鐵路運行狀態(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，保證鐵路運行在安全狀態(tài)之下，發(fā)揮微機監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢，做好鐵路運行安全檢修工作。