铁路信号微机监测.docx

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铁路信号微机监测

第一章概述--------------------------------------------1

第二章基本技术条件----------------------------3

一模拟量在线监测------------------------------3

二开关量在线监测------------------------------6

三其他监测内容--------------------------------6

四故障报警------------------------------------6

五技术要求-------------------------------------7

第三章监测电路-------------------------------------------------9

一开关量采集电路-------------------------------9

二轨道电路的监测-------------------------------11

三道岔的监测-----------------------------------12

四灯丝断丝的监测-------------------------------15

五区间信号点的监测----------------------------16

六电源屏的监测---------------------------------17

七电缆绝缘的监测-------------------------------17

八电源对地漏流的监测---------------------------18

九熔丝断丝的监测-------------------------------18

第四章TJWX-2000型信号微机监测系统功能--------20

一测试部分-------------------------------------20

二监视部分--------------------------------------20

第五章TJWX-2000型信号微机监测系统网络--------23

一计算机网络简介--------------------------------23

二系统组网及网络管理----------------------------23

三系统网络结构----------------------------------24

前言

铁路微机监测系统是铁路运输的重要行车安全设备。

该系统的研制成功并在全路大面积的推广使用，对于进一步提高信号设备的安全可靠性，强化结合部管理，改善和优化现场维修具有划时代的重要意义。

信号微机监测是电务安全的“黑匣子”，是信号维修技术的重要突破，是信号维修体制改革的重要技术支撑，是信号设备实现“状态修”的必要手段，也是信号技术向高安全、高可靠和网络化、数字化合智能化发展的重要标志之一。

传统信号设备一方面不具备实时自诊断设备电器特性是否合乎标准的能力，另一方面不具备对行车信息的长时间记忆、存储和历史回放的能力。

长期以来，信号工作者一直都希望借助计算机技术来弥补传统信号设备的缺陷。

铁路微机监测克服了这一重大缺点。

第一章概述

利用微机高速信息处理能力，进行实时监测、故障诊断、自动分析；利用微机大规模信息存储能力，进行数据处理、记忆存储、回放再现。

利用微机联网能力，加强调度指挥、故障处理、集中管理。

信号微机监测系统具有自诊断功能。

能在信号设备运行的全部时间内监测运行状态和质量特性，全天候实时或定时对主体设备进行参数测试、存储、打印、查询、再现；能监测信号设备主要电气性能，当电气特性偏离预定界限时及时报警；能发现信号故障和故障预兆，为防止事故、实现信号设备预防维修提供可靠信息。

进行实时监测、数据处理、故障诊断，从而大幅度提高了信号系统的安全性。

信号微机监测系统具有自记忆功能。

记忆、存储信号设备的运行过程，并通过逻辑智能判断，有利于捕捉瞬间故障和间歇故障，克服“疑难杂症”，提高信号系统的可靠性；通过历史回放，为进行事故分析提供重要的手段和依据。

信号微机监测系统设备具有网络诊断管理和维护功能，可以实现电务段、路局和铁道部的全路联网。

加强生产指挥，便于指导维修，实现科学管理。

TJWX-2000型微机监测系统是全路电务职工在维修技术上多年探索和实践的集体智慧的结晶，是部组织新一轮联合攻关的结果，是通过部鉴定的先进成熟的科技成果，也是部确定的全路统一制式。

几年来，铁道部每年都把微机监测系统列为部定行车安全措施项目之首，高度重视并给予政策支持。

它把现代最技术，如传感器、现场总线、计算机网络通信、数据库及软件工程等技术融为一体，监测并记录信号设备的主要运行状态，为电务部门掌握设备的运用质量的故障分析提供科学依据。

同时系统还具有数据逻辑判断功能，当信号设备的工作情况偏离预定界限或出现异常时及时报警，避免因设备故障或违章操作影响列车的安全、正点运行。

信号微机监测系统是由铁道部、铁路局、和电务段、车间、车站几次监测设备组成的，检测本单位管辖内各车站信号设备运行状态的网络系统。

信号微机监测系统应用计算机和信息采集机实时监测各种信号设备。

监测的对象大体可分为模拟量和开关量。

模拟量包括：

电源屏电压、轨道电路电压、道岔动作电流曲线、电缆绝缘电阻和电源对地漏泄电流、移频接受发送电压、电码化发送电压电流、信号机主灯丝断丝等。

开关量包括：

关键继电器状态、控制台按钮与标识灯状态、熔丝状态、灯丝状态和道岔表示缺口状态、两路电源切换时间监视等。

第二章基本技术条件

TJWX-2000型信号微机监测系统严格遵循以下功能及要求：

一、模拟量在线监测

1、电源屏监测：

电源屏类型：

适合与各种类型的电源屏。

电源屏监测内容与要求：

（1）监测内容：

电网输入状态、电源屏输出电压。

（2）监测点：

电源屏输入、输出端。

（3）监测量程：

（V）

电压

量程

电压

量程

电压

量程

电压

量程

电压

量程

AC380

0-450

AC220

0-300

AC110

0-200

AC24

0-50

AC12

0-30

DC220

0-300

DC24

0-40

DC48

0-80

DC12

0-30

DC6

0-10

（4）测量精度：

+/-2%。

（5）测试方式：

周期巡测，巡测周期小于等于1S；动态监测，缺相记录并报警、错相记录并报警、断电记录并报警。

（6）电网输入监测：

电网输入电压大于额定值的+15%、-20%时记录并报警。

2、电源对地漏泄电流监测内容与要求

（1）监测内容：

输出电源对地漏泄电流

（2）监测点：

电源屏输出端。

（3）监测量程：

AC0-300MA，DC0-10MA

（4）测量精度：

+/-10%.

（5）测试方法：

在天窗点内人工启动，通过1KΩ电阻测试电源对地漏泄电流值。

3、转辙机监测：

转辙机类型：

直流电动转辙机、三相交流电动转辙机。

监测内容及要求;

（1）监测内容：

道岔转换全过程中电动转辙机动作、故障电流、动作时间。

（2）监测点：

动作回线。

（3）监测量程：

动作电流：

0-10A，动作时间：

0-20S

（4）测量精度：

+/—3%，时间小于等于0.1S

（5）测试方式：

随机测试。

（6）采样速度：

不大于40MS。

4、轨道电路监测：

内容与要求:

（以交流连续式轨道电路为例）

（1）监测内容：

轨道接受端交流电压

（2）监测点：

轨道继电器端

（3）监测量程：

0-40V

（4）监测精度：

+/—2%

（5）测试方式：

周期巡测，巡测周期小于等于2分钟；动态监测，轨道继电器励磁时测调整电压，失磁时测分路电压；命令监测vr，根据需要随时以命令方式监测残压。

5、电缆绝缘监测内容与要求：

（1）监测内容：

电缆芯线全程对地绝缘。

（2）监测点：

分线盘或电缆测试盘处。

（3）测试电压：

DC500V

（4）监测量程：

0-20MΩ，超出量程值时显示“＞20MΩ”

（5）测量精度：

人工启动、自动测量

6、区间ZPW-2000无绝缘移频自动闭塞监测内容与要求：

（1）监测内容：

闭塞分区轨道电路发送接受端电压

（2）监测点;

7、站内电码化监测内容与要求：

（1）监测内容：

电码化轨道电路发送端电流、电压。

（2）监测点：

分线盘和监测盒处。

（3）监测量程;0-5A,0-100V

（4）测量精度：

+/-2%

（5）监测方法：

周期巡测，巡测周期小于等于2分钟；动态监测，分路状态时测发送端电流。

二、开关量在线监测

（1）监测内容;开关量实时状态变化

（2）监测点：

按钮状态原则上从按钮表示灯电路采集，对于无表示灯电路的按狃，采按狃空接点；控制台所有表示灯电路采集；其他继电器状态，根据系统软件实现监测功能的需要，具体选定继电器进行采集。

（3）采样周期：

不大于250ms。

三、其他监测内容

1、监测列车信号主灯丝断丝，可按信号机架或架群报警。

2、对组合架零层、组合侧面以及控制台的主副熔丝转换装置进行监测。

3、记录集中式的区间信号机点灯、区间轨道骄傲电路占用状态。

4、站内电码化发码、传输继电器状态监测并记录。

5、道岔表示缺口监测：

对道岔表示缺口超限记录并报警。

6、对道岔实际位置与室内表示不一致动态监测，记录并报警。

7、对道岔电路SJ第八组接点封连进行动态监测，记录并报警。

四、故障报警：

1、一级报警

（1）报警内容：

涉及到行车安全的信息。

（2）报警方式：

声光报警；人工确认后停止报警，并传送到站机、车间机及段机。

2、二级报警：

（1）报警内容：

影响行车和设备正常工作的信息。

（2）报警方式：

声光报警；报警后，延时适当时间自动停止报，并传送到站机及车间机。

3、三级报警

（1）报警内容：

电气特性超标

（2）报警方式:

红色显示报警；电气特性恢复正常后自动停报。

五、技术要求：

1、采集机

（1）采集机应具有良好的可靠性和实时性，并具有抗干扰及自检功能。

（2）采集机与被测设备之间必须具有良好的电气隔离措施。

（3）采集机必须采用高可靠的开关量和模拟量采集器件.

（4）采集机应留有与调度管理信息系统（DMIS）等有关的开关量采集端子和数据通信接口。

（5）采集机应具有功能划分，采集容量须满足不同监测规模的要求，并适应分散和集中两种设置方式。

（6）采集机的电路板、插件等应进行可靠性和可维修性设计。

（7）采集机的电路板、面板、组合、机柜尺寸符合GB/T3047.2或TB1476的相关规定。

2、站机、车间机与段机

（1）站机必须采用可靠的工业级控制微机。

（2）站机、车间机与段机的应用程序应在具有图形用户界面，并支持多任务和网络功能的高可靠操作系统上运行。

（3）站机应具有与既有计算机联锁设备联机通信功能，从计算机联锁获取相关信息。

3、通道通信

（1）监测信息传输应采用光纤数字通道，也可采用实回线或载波话路。

（2）站机以上各信息传输通道的传输速率不低于14.4kbit/s.

4.监测系统室内工作环境

（1）环境温度：

0-40℃

（2）相对湿度：

不大于90%

5、监测系统的地线利用既有设备的地线。

6、监测系统供电电源

（1）监测系统采用工频单相交流供电，站机电源应从电源屏两路转换稳压后经UPS引入。

（2）监测系统供电电源应与被监测对象电源可靠隔离。

（3）监测系统应采用在线式UPS供电，UPS容量应保证交流断电后维持监测系统可靠供电10分钟以上。

第三章监测电路

一、开关量采集电路

大量用于行车作业实时记录的开关量信息，一般从控制台表示灯取样，经整流、滤波及光电隔离后送入开关量输入板。

固态光隔模块采用了高阻加光电隔离的工作方式。

原理图如3-3所示。

它输出的开关量信息经选通送入CPU。

图3-3开关量监测原理图

对按钮的监测，优先采样按钮继电器的空接点，若无空接点，则从表示灯两端采样。

人工解锁按钮则直接采按钮空接点。

对继电器开关量的采样，有空接点的优先采样空接点。

继电器半组空接点的采样使用开关量采集器。

开关量采集器依据电磁感应原理，通过线圈间的磁耦合实现开关量状态的传感，

图3-4继电器接点的采集

开关量的监测由开关量采集机完成。

开关量采集机由电源板（DY）、CPU板和开关量输入板（KR）组成。

开关量采集机组匣示意图如图3-5所示。

图3-5开关量采集机组匣示意图

电源板（DY）给采集机提供各种工作电源。

CPU板是采集机的核心，对模拟量进行A/D转换，转换成数字量，并通过CAN总线与站机通信。

开关量输入板将控制台各种信息转换成CPU接受的开关量（或1或0）。

每一台开关量采集机占用一个组匣，可插入8块开关量输入板。

每块开关量输入板输入48路开关量信息，共可输入384路开关量信息。

当某车站开关量信息大于384路时，应另增设一台开关量采集机。

开关量采集机结构图如图3-6所示。

CPU板将采集的状态数据暂存在缓冲单元（CPU板上的存储器）内，通过CAN总线完成与站机的数据交换。

开关量输入板共2块，每块可容纳48个开关量。

传感器板共6块，每块可容纳监测16个轨道电路区段的传感器模块。

这样每台轨道采集机硬件的最大容量即为96个区段。

具体某个车站，可根据轨道电路区段数目的多少配置相应数量的传感器板。

当超过96个区段时则须增加一台轨道采集机。

图3-6开关量采集机结构图

二、轨道电路的监测

1.监测点

常用的轨道电路25Hz相敏轨道电路，监测点应该是接受端轨道继电器线包两端的交流电压

2.信息采集

为了不影响轨道电路的正常工作，从轨道继电器端子（或轨道测试盘）将轨道电压引入轨道采集机，经过衰耗电阻接入轨道传感器[现场称为“互感器（HGQ）”]模块，完成信息采集。

轨道传感器模块如图3-8所示，选用交流电压传感器。

交流电压传感器应用电磁隔离原理制成，隔离性能好，精度高，直流0—5V电压输出，输入阻抗高，对轨道电路的工作没有影响。

图中，+12V、-12V是传感器辅助工作电源，0是辅助电源和输出信号的公共地，V是输出电压信号。

根据轨道继电器的状态，可以实时监测轨道电路的调整电压和分路电压。

图3-8轨道传感器模块

3.设备构成

轨道采集机是由电源板（DY）、CPU板、传感器板经总线板连接构成的。

各种电路板插接在总线构成机笼，其安装示意图如图3-11所示。

CPU板是采集机的核心，依据预先设定的软件程序管理各轨道传感器板，对模拟量进行A/D转换，暂存转换数据，并通过CAN总线与站机通信。

开关量输入板采集轨道继电器开关量，确定轨道调整或分路状态。

图3-11轨道采集机设备构成图

传感器板将被监测轨道电压电阻衰耗、隔离、线性量化，经多路转换开关选通送给CPU进行A/D转换。

三、道岔的监测

1、道岔动作电流的监测

（1）、监测点

直流电动转辙机在分线盘或组合选取动作电流回线，三相交流电动转辙机在组合后面选取A、B、C三相动作线。

采用开口式道岔动作电流采样模块，利用霍尔原理获得采样电流。

（2）、道岔动作电流采样模块

对道岔动作电流的测试，采用穿心感应式电流传感器，可监测10A以内的交、直流电流。

这种传感器采用了线性双补偿霍尔原理，隔离彻底、响应快、耐冲击，0～20mA电流源通过采样电阻输出0～5V标准电压。

运用中常有几组道岔同时动作，为区分每个转辙机的工作状态和动作电流，保证实时监测，采集系统要求在每组道岔的动作回路中均串入该传感器。

传感器采用固态模块，采样信号整理放大电路集成在模块里。

①直流采样模块

直流采样模块主要用于ZD—6型电动转辙机动作电流隔离采样。

模块为开口模块，中间为穿线孔，外型俯视图如图3-12所示。

穿线有方向性，穿3圈。

直流采样模块可用环氧树脂全封闭封装后，分散直接安装在道岔组合后面；亦可以集中放置在道岔传感器箱内，每箱容纳16组道岔传感器模块。

传感器箱安装在分线盘附近的墙上。

②三相交流采样模块

（3）道岔动作电流监测原理

通过对道岔动作电流的实时监测，可分析判断道岔转辙机的电气特性、时间特性和机械特性。

三相交流采样模块

2、1DQJ接点的监测

道岔转换时才会有动作电流，要监测道岔电流就必须监测道岔转换的起止时间。

道岔采集机是通过采集1DQJ的落下接点状态来监测道岔转换起止时间的。

1DQJ的接点是开关量，并且1DQJ没有空闲接点，因此只能用开关量采集器在半组空接点（半组落下空接点）上采集开关量。

开关量采集器隔离性能好，和信号设备只有一点接触，不并接也不串接在设备中，因此不取设备的任何电流和电压，对设备无任何影响。

开关量采集器就近安装在道岔组合1DQJ继电器后边，使配线尽可能短，以减少混线的可能。

原理图如图3-15所示。

3、道岔定位/反位表示信息的采集

信号设备中是以控制台道岔定位/反位表示灯来表示室外道岔位置的。

TJWX—2000型微机监测系统就是通过监测道岔定位/反位表示灯电路的继电器接通条件，记录道岔位置、描绘站场状态的。

由于是在表示灯电路里采集条件，是开关量，所以必须经过电阻衰耗隔离和光电隔离。

4、2DQJ位置状态的监测

2DQJ继电器是极性保持继电器，有两个极性位置，只有在操纵时才会变位。

通过监测2DQJ继电器位置状态在定位位置（或在反位位置）来反映操作人员往定位扳动道岔（或往反位扳动道岔）的操作。

对继电器状态的采样，一般仍采继电器空余接点。

但是2DQJ是极性保持继电器，无空余接点。

只有利用光电原理监测继电器的衔铁位置，这样既不影响继电电路的正常工作，又达到采集2DQJ继电器位置状态的目的。

2DQJ位置状态采样使用采集器。

它套在继电器外罩上，通过光电感应探测衔铁位置来判断继电器状态，采用双输出方式。

2DQJ采集器具有如下特点：

A.采用高频调制技术。

既解决了外界光线对信号采集的影响，同时对2DQJ继电器的透明程度没有特殊要求。

B.采用故障一安全技术，确保采集的准确性。

采用双输出方式，分别代表2DQJ继电器的两个不同位置，保证了2DQJ继电器位置采集的正确性。

（1）当采集器故障或采集器安装位置不正确时，输出“11”信号，即绿、黄线均有输出。

（2）当道岔在定位时，输出“10”信号，即只有绿线有输出。

（3）当道岔在反位时，输出“01”信号，即只有黄线有输出。

（4）当采集器供电电源故障或没电时，输出“00”信号，即绿、黄线均没有输出。

C.采用设计新颖、实用的外形结构。

根据2DQJ继电器的特点，设计考虑到安装方便、调试简单的需要。

它采用了特殊的固定方式，为准确采集2DQJ继电器的位置提供了保证。

D.采用双指示灯显示，为安装、调试、维修提供正确显示，安装、调试时不需要任何调试仪器。

E.采用12～15V直流供电电源，不会造成继电器使用电源KZ（KF）24V的混电问题。

F.采用接插方式连接，为现场施工和更换2DQJ继电器带来方便。

四、灯丝断丝的监测

对全站列车信号的主灯丝状态进行实时监督、报警并汇录，亦是信号微机监测的一项功能，由综合采集机完成。

五、区间信号点的监测

区间信号的监测包括区间信号机点灯继电器状态、区间轨道电路送端功率输出电压和受端电压、区间灯丝断丝监督、站内电码化发送电压、站内电码化发送电流。

部分地区要求监测发送器送端的上边频、下边频、中心频率和调制频率值。

1、区间信号机点灯状态的监测

接口配置

每台采集机配置3块开关量输入板，每块开关量输入板采集容量24路，故最大采集容量为72路。

2、区间移频轨道电路受端电压的监测

区间移频受端电压的监测，采集点以移频接收盒的限入电压为宜。

受端电压信号在移频自动闭塞机车运行中起着极其重要的作用，是区间信号正确复现的保证，但是移频信号经长距离（数公里）通过各种无源网络的隔离传送，到达接受端的信号不仅强度弱（在调整状态时，检测电压约为250～800mV，在分路状态时的残压只有5～50mV），而且信噪比低，被测端阻抗大，给监测造成很大难度。

因此为了满足监测的需要，宜选用特制的光电隔离电压传感器。

这种传感器隔离可靠，频响宽，响应快，具有很高的输入阻抗，非常适合于受端电压及高内阻信号的隔离测量。

为抑制采样隔离后噪声的影响，对传感器的输出信号，采用了差动输入测量电路。

3、站内电码化监测

为了列车在正线接车和通过时使机车信号不间断地工作，将站内正线和股道电码化，即迎着列车运行方向，给站内正线各个轨道电路区段和股道发送前方信号机显示的信息，从而使机车信号不间断地显示列车运行前方相应的信号。

五、电源屏的监测

1、输入、输出电源电压的监测

对电源屏各路输入、输出电源均须进行监测，其中包括输入电源断电、断相和错序的监测。

所有输入、输出电压监测配线都从电源屏引出。

因电源电压较高，故均经过熔断器和高阻降压后再接入电压传感器模块。

电压传感器模块输出的0—5V直流标准电压送入模拟量输入板，经选通后送至CPU进行A/D转换。

接口电路的方框图如图3-26所示。

电路原理图与图3-10基本相同，只是隔离电阻20KΩ改为250KΩ。

对交、直流电源的监测采用交流电压传感器和直流电压传感器。

交流电压传感器在前面已经介绍过。

直流电压传感器应用了光电调制隔离技术，具有抗干扰能力强、精度高、0—20mA电流源变送输出的特点。

直流电压传感器电路原理框图如图3-27所示。

压/频转换器是将输入模拟电压转换成一连串脉冲输出的变换器，其输出串行脉冲的频率

六、电缆绝缘的监测

信号电缆是信号电路中的传输线，直接关系到信号联锁。

通过电缆绝缘电阻的测量，可及时了解电缆绝缘的情况，了解信号电路的状态，保证设备的正常工作。

这里电缆绝缘测试是指电缆芯线全程对地绝缘电阻的测试，并支持随机人工启动全测或单测。

1、测试原理

综合采集机通过开关量输出板驱动安全型继电器，由继电器接点组成多级选路网络和互切电路，将所测电缆芯线通过选路网络逐条接入综合采集机电缆绝缘监测电路板，采用500V直流高压在线测试方法，将电缆全程对地绝缘电阻转教成相应的0～5V标准直流电压，送入CPU进行A/D转换和数据处理。

500V直流高压加至电缆芯线上，需要充电时间较长（约需7—8s），所以每测—根电缆约需10s。

七、电源对地漏流的监测

1、电源对地漏流测试原理

通过电源对地漏流的测试，可以了解各电源线是否破损或接地，及时发现线路故障。

特别值得注意的是，电源屏各种输出电源对地漏流的测试是关系到安全生产的，为以防万一，规定：

只在天窗时间内人工启动、自动测量。

八、熔丝断丝的监测

1、监测原理

使用电气集中的车站机械室，绝大部分都安装了多功能熔丝单元，而且大多配套加装了报警设备，所以微机监测系统没有必要对每个熔丝的状态进行监测，可根据具体情况采取下列三种方式：

（1）只监督控制台总熔丝报警状态，实时记录总熔丝报警和恢复时间，并通过主机屏幕显示和报警，通知值班人员处理。

（2）采集机械室排架熔丝报警条件，实时判别记录故障熔丝的排架位置，并通知值班人员处理。

（3）对没有安装多功能熔丝单元的控制台，对电源屏中的熔丝采用固态光隔模块逐个采样监视，实时判别记录到位，熔丝断丝后通知值班人员及时处理。

三种方式的熔丝断丝监测信息均接入综合采集机开关量输入板，由综合采集机进行巡检处理。

通常采用第二种方式，从机械室既有熔丝报警电路排架灯处，取出表示灯条件，实时判别记录熔丝断丝的排架位置，并通知值班人员处理。

各站熔丝报警电路根据设计结构不同，可分为5种：

电路电源为直流12V；电路电源为直流24V；电路电源为直流50v；公共电源线为正；公共电源线为负。

我们必须根据报警电路不同的结构，选