1 簡介

　　随著(zhe)國(guó)民(mín)經濟的快速發展，高(gāo)速列車大大提高(gāo)了交通(tōng)運輸效率，同時也增加了對安全性的要求，如何在列車高(gāo)速運行的情況下(xià)保證鐵路(lù)設備的安全問題也變得越發重要。以原有的人工(gōng)維修保障體制保證設備的安全，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且難以适應發展後的鐵路(lù)系統的各種客觀需要。根據以往我們開(kāi)發工(gōng)業(yè)監控系統的經驗，結合鐵路(lù)系統的特點，開(kāi)發了适合鐵路(lù)系統的微機(jī)監測系統，利用其采集大量信号，通(tōng)過這些信号可以了解設備的運行狀況并分析故障産生(shēng)原因，它在保證鐵路(lù)列車安全運行、及時發現故障、分析故障及保證鐵路(lù)維修體制改革實現狀态修方面發揮了不可缺少的作用。利用plc作為(wèi)微機(jī)監測系統的數據采集機(jī)可以保證其高(gāo)可靠性要求。

2 需求分析

　　鐵路(lù)系統關系到(dào)人民(mín)生(shēng)命财産的安全，所以鐵道信号微機(jī)監測系統必須具備以下(xià)特點:

        （1） 高(gāo)可靠性

　　監測系統在壽命期限内能(néng)在惡劣條件(jiàn)下(xià)平穩可靠運行，将故障率降至最低(dī);

　　（2） 抗幹擾性強

　　微機(jī)監測系統是暴露在鐵路(lù)沿線運行的，所處的環境相(xiàng)對惡劣，為(wèi)了提高(gāo)數據采集和數據傳輸的可靠性，避免發生(shēng)錯(cuò)誤報(bào)警，系統必須具有較強的抗幹擾性;

　　（3） 可擴展性與可維護性

　　與鐵路(lù)系統的擴建相(xiàng)對應，監測系統應該易于擴展和維護;

　　（4） 高(gāo)性價比

　　完成狀态檢修的微機(jī)監測系統作為(wèi)列車的輔助設備，不應投入太多(duō)資金，應該在低(dī)成本下(xià)操作。

　　根據系統要求的高(gāo)可靠性和強抗幹擾性，選用plc作為(wèi)系統的采集機(jī)。系統實現要解決的關鍵問題就(jiù)是plc的資源較少，我們必須經過合理分配，有效利用有限的資源。

      以廣深鐵路(lù)線某站為(wèi)例，需要采集1024個(gè)開(kāi)關量，128路(lù)軌道電(diàn)壓，6路(lù)外供電(diàn)壓，40路(lù)轉轍機(jī)電(diàn)流，768路(lù)電(diàn)纜絕緣值，50路(lù)電(diàn)源屏電(diàn)壓。設計鐵道信号微機(jī)監測系統時，必須根據鐵路(lù)系統運行特點和要求，采取一(yī)些特殊的技(jì)術(shù)和方法，建立适用的全面反映鐵路(lù)系統及設備的宏觀運行狀态的系統，更有效的管理整個(gè)鐵路(lù)系統的運行。

3 系統構成

　　3.1 系統總體結構

　　總體上(shàng)看(kàn)，本論文所要介紹的gswj型鐵道信号微機(jī)監測系統結構可分為(wèi)三部分：即采集電(diàn)路(lù)―前置部分;下(xià)位機(jī)―采集機(jī);上(shàng)位機(jī)―監測機(jī)三個(gè)部分。各部分的作用分析如下(xià)：

1） 采集電(diàn)路(lù)

　　・對所有被監測量實現保護、隔離，将隔離後的信号轉換為(wèi)标準電(diàn)壓或電(diàn)流信号;

　　・下(xià)位機(jī)（采集機(jī)）的控制下(xià)，将所有代表被監測參數的标準電(diàn)壓或電(diàn)流信号，分類依次送至plc相(xiàng)應的數據采集口。

（2） 下(xià)位機(jī)（采集機(jī)）

　　依照(zhào)程序或上(shàng)位機(jī)發出的檢測命令，向采集電(diàn)路(lù)發出相(xiàng)應的控制信号，對采集電(diàn)路(lù)送至采集口的信号進行采集，對采集的數據進行相(xiàng)應的綜合，并将所采集的數據整理後存入相(xiàng)應的數據緩沖區，完成與上(shàng)位機(jī)數據通(tōng)訊。根據本站需求，本系統采用omroncs1系列plc作為(wèi)數據采集機(jī);

3） 上(shàng)位機(jī)（監測機(jī)）

　　・通(tōng)訊管理：上(shàng)、下(xià)位機(jī)之間各種類型數據通(tōng)訊的管理;

　　・數據管理：對采集的各類數據建立數據庫，各種參數、圖表、曲線的繪制，以及顯示、查詢和打印各種報(bào)警信息。

本系統中，利用dephi語言編寫上(shàng)位機(jī)程序，實現通(tōng)訊管理和數據管理。

　3.2 系統實現的幾個(gè)關鍵問題

　　從(cóng)系統的需求分析可以看(kàn)出，鐵道信号微機(jī)監測系統需要采集的數據量大，對可靠性和安全性很高(gāo)，而且需要系統在低(dī)成本方式下(xià)運作，如何合理配置，使資源得到(dào)有效利用是設計重點和難點，下(xià)面闡述幾個(gè)關鍵問題的解決方法。

1） 系統采集方式的選擇

　　鐵路(lù)系統中，由于監測的信息點多(duō)，且各種被監測量要求的采集周期不同，如開(kāi)關量要求的采集周期為(wèi)250ms，軌道電(diàn)壓的采集周期為(wèi)2min，如果采用常規的點對點采集，會(huì)大大增加系統成本，所以系統采用分類集中的信号采集方式，将同類信号集中并作相(xiàng)應的保護，經過切換，利用一(yī)個(gè)a/d口輸入。另外，由于本系統是用于廣深鐵路(lù)線上(shàng)，地處南(nán)方多(duō)雷擊地區，而且電(diàn)氣化的高(gāo)速鐵路(lù)本身會(huì)産生(shēng)高(gāo)達幾萬伏的沖擊電(diàn)壓，因此監測系統必須保證有很強的抗幹擾性。系統采用歐姆龍公司的cs1系列plc作為(wèi)采集機(jī)，同時，對所有被采集的信号都作了隔離和保護。

如圖1所示，系統采用并聯式結構，這樣的結構方式将被采集的物(wù)理量按類集中，分為(wèi)開(kāi)關量和模拟量兩大類，采集回路(lù)結構清晰，易于發現故障。

（2）開(kāi)關量采集方法。開(kāi)關量采集回路(lù)如圖2所示。

開(kāi)關量采集原理：4位開(kāi)關量輸出信号經過譯碼得到(dào)16位地址，根據地址将1024個(gè)開(kāi)關量分成16組采集，每次采集64位，利用兩塊32口的開(kāi)關量輸入模塊。

（3） 模拟量采集方法

根據鐵道部有關規程，外供電(diàn)壓、軌道電(diàn)壓、轉轍機(jī)電(diàn)流等模拟量要求不同的采集方式，例如外供電(diàn)壓和軌道電(diàn)壓采用巡測采集方式，即巡回檢測采集;轉轍機(jī)電(diàn)流采用中斷式采集方式，即當轉轍機(jī)發生(shēng)動作時才采集相(xiàng)應的數據;絕緣檢測的采集方式是命令式，這是因為(wèi)絕緣檢測是帶電(diàn)檢測，在保證列車安全運行的情況下(xià)，必須由工(gōng)作人員(yuán)通(tōng)過上(shàng)位機(jī)發出指令采集相(xiàng)應的絕緣值。根據這些不同要求，系統中利用不同的模拟量采集回路(lù)實現。圖3示出128路(lù)軌道電(diàn)壓采集回路(lù)框圖。由前置電(diàn)路(lù)通(tōng)過隔離、濾波、保護等前置電(diàn)路(lù)處理采集的模拟信号，變成1～5v标準電(diàn)壓信号，經過兩級切換，在plc中經a/d轉換後，用0-4000的數字量線性表示。

（4） plc與上(shàng)位機(jī)通(tōng)信流程

上(shàng)位機(jī)與plc的通(tōng)信流程大緻如下(xià)：

　　系統監測的信息點多(duō)，采集方式不同，因此系統實現的另一(yī)個(gè)的難點就(jiù)是對不同數據的通(tōng)訊管理。系統需要采集的數據有1024個(gè)開(kāi)關量，128路(lù)軌道電(diàn)壓信号，64路(lù)外供電(diàn)信号，16路(lù)轉轍機(jī)電(diàn)流等，由于采用串口與上(shàng)位機(jī)通(tōng)訊，通(tōng)訊資源有限［1］，按照(zhào)鐵道部有關規定，将數據的優先級規定為(wèi)：開(kāi)關量信号，外供電(diàn)壓信号，轉轍機(jī)電(diàn)流信号，軌道電(diàn)壓信号，對優先級高(gāo)的數據優先處理，程序流程如圖4所示。

    采用這種通(tōng)訊方式的特點是程序結構簡單清晰，通(tōng)信簡單，可擴展性強，能(néng)保證重要數據的優先傳送。缺點是通(tōng)訊速度較慢(màn)，在調試中發現，128路(lù)軌道電(diàn)壓全部傳到(dào)plc中需要大約3s，但在鐵路(lù)系統中，這樣的通(tōng)訊速度已能(néng)滿足要求。

4 程序流程分析

（1） 程序說明

　　主程序給每一(yī)類被采集數據分配一(yī)個(gè)緩沖區［2］，根據優先級處理數據，将需要通(tōng)訊的數據寫入通(tōng)訊緩沖區中，然後與上(shàng)位機(jī)通(tōng)訊。

系統要求将變化的開(kāi)關量傳送到(dào)上(shàng)位機(jī)進行顯示，plc程序中，給開(kāi)關量分配兩個(gè)存儲單元d1和d2，将第一(yī)次采集的開(kāi)關量存入d1，下(xià)一(yī)次采集到(dào)的數據存入d2，另外為(wèi)開(kāi)關量分配了一(yī)個(gè)環形數據緩沖區h1～h50，緩沖區中每個(gè)存儲單元的存儲容量為(wèi)67個(gè)字，其中1024個(gè)開(kāi)關量占64個(gè)字，一(yī)個(gè)标志(zhì)字表示發生(shēng)變化的開(kāi)關量組，另外2個(gè)字用來表示開(kāi)關量發生(shēng)變化的時間（年(nián)，月(yuè)，日，小(xiǎo)時，分鍾，秒(miǎo)，毫秒(miǎo)）。環形數據緩沖區的結構如圖5所示。緩沖區作用是：将需要存儲的開(kāi)關量按順序存入緩沖區，50個(gè)存儲單元存滿後，第51個(gè)數據再存入第1個(gè)存儲單元，這樣就(jiù)将這個(gè)緩沖區循環利用，有效使用了plc的有限資源。

2） 開(kāi)關量采集程序流程

　　将第一(yī)次采集的開(kāi)關量存入d1，下(xià)一(yī)次采集到(dào)的數據存入d2，比較d1和d2，看(kàn)數據是否相(xiàng)等，如果相(xiàng)等，直接進行下(xià)一(yī)次巡視;如果不等，說明開(kāi)關量發生(shēng)變化，系統要求将變化的開(kāi)關量送入上(shàng)位機(jī)，此時将d2種的數據送入緩沖區hi中，并設立标志(zhì)，增加地址指針，同時用d2覆蓋d1的數據，程序流程如圖6所示：

5 結束語

　　采用omron cs1系列plc作為(wèi)數據采集機(jī)的gswj微機(jī)監測系統已經在該站投入運行，5年(nián)來，系統運行正常，保證了鐵路(lù)列車安全運行，并準确采集各項數據，及時發現故障和分析故障産生(shēng)原因，另外，系統的報(bào)表輸出功能(néng)減輕了值班人員(yuán)人工(gōng)抄表的勞動強度。總之，微機(jī)監測系統部分實現了鐵路(lù)系統自(zì)動控制，從(cóng)整體上(shàng)提高(gāo)了企業(yè)的管理水(shuǐ)平，且各項技(jì)術(shù)指标均達到(dào)設計要求。