TAX2监测使用说明（2000正式）

TAX2监测使用说明（2000正式）

一、概述

近年来，一些与机车运行有关的辅助安全信息的检测及数据传输设备已相继问世，并开始试验或局部运用，如轨道动态检测设备、弓网检测设备、无线列调语音录音设备、TMIS及DMIS列车运行信息传输设备等。但这些设备分别由不同的研制单位生产或试制，自成一体，在机车上分散安装，系统性不强，资源浪费大；而且由于没有与列车运行的时间、公里标和速度等信息相结合，又没有一套较好的地面管理系统支持，致使记录的信息可用性差，不便于分析和统一管理。为此，很有必要将这些设备集中化、系统化，并建立统一的工作平台。在铁道部组织下，98年11月，由株洲所牵头开始进行机车安全信息综合监测装置（以下简称监测装置）的研制。该装置将各检测设备以标准模块单元置于工作平台中，由该工作平台中的通讯记录单元一方面获取监控装置的时间、公里标、速度和车次等信息，另一方面综合各功能模块单元检测到的信息进行记录，记录的格式与LKJ-93A监控装置的数据记录格式相同，可以用监控装置转储器进行记录数据的转储，并利用其地面处理软件进行地面分析处理和数据管理。另外，通过装置中的信息传输单元（如DMIS单元、TMIS单元等），可以将列车运行的信息实时传送给有关地面设备，以便实现对机车的动态跟踪管理，提高对机车的周转率和利用率。该装置既解决了所有检测信息以统一时间、公里标作为基准座标记录的问题，又解决了数据的转储、分析管理和车地信息传输问题，同时也节约了资源和便于对设备的统一维护。

二、主要功能及特点

(一)、装置基本配置的主要功能

TAX2型机车安全信息综合监测装置以电源单元和通讯记录单元作为基本配置，该基本配置主要有以下功能：

①串行通信功能

装置内通讯记录单元能通过RS-485串行通信方式从监控装置获取年月日、时分秒、公里标、

运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司机号、列车编组等信息，并能将这些信息通过另一个RS-485接口周期地传送到装置内各功能单元。各功能单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元进行记录。

②记录功能

装置内通讯记录单元能以统一时间、公里标作为座标基准，实时记录各检测单元反馈的信息，数据记录格式与LKJ-93A型监控装置的数据记录格式相同。

③数据转储功能

通讯记录单元记录的信息可以利用监控装置转储器通过RS-232串行通信方式进行数据转储。且预留有与可能应用的大容量IC卡设备通信的RS-485接口。

④数据分析处理功能

装置记录的信息通过转储器输送到地面微机后，可以利用LKJ-93监控装置地面分析处理软件（增加对各功能单元的事件记录项目，但与原软件兼容）进行地面分析和数据管理。

（二）、主要特点

1)装置采用4U标准机箱及插件单元式结构，既符合开放式工作平台结构的要求，也便于装置的标准化、模块化，有利于装置的检测、维护、功能扩充和规范管理。

2)装置电源单元采用与LKJ-93A监控装置电源一致的方式，技术成熟、性能稳定、通用性强、互换性好。

3)通讯记录单元采用较先进的Flash存储器技术，不用电池，记录数据可长久保存（10年以上），提高了数据存储的可靠性。记录容量高达1M字节。

4)数据记录格式与LKJ-93A完全兼容，能用原有监控装置的转储器和地面分析处理系统对装置记录数据进行转储、分析和管理，不需另外增加地面设备及地面软件的投入和开发，充分利用

既有监控装置地面系统软、硬件资源。

5)装置各功能单元充分采用电源隔离、通信接口隔离及对外输入/出信号隔离技术，提高了装置的可靠性、安全性和抗干扰性。

6)装置各功能单元采用以专用引脚并通过后背板独立插座对外引线的方式，方便用户维护和管理。

7)装置为开放式平台结构，各功能单元采用统一的硬件规范和软件通信协议，易于对功能单元的合作开发和功能扩充。

三、装置的组成及结构

（一）、装置的组成 装置采用符合GB3047.2和GB3047.4机械尺寸要求的4U标准机箱及插件单元式结构，机箱面板宽60R。它以电源单元、通讯记录单元作为基本单元配置，其它已开发的功能单元有：TMIS单元、轨道检测单元、弓网检测单元、DMIS单元、无线列调语音录音单元；另外，预留4个单元位置用于备用功能单元的扩展。机箱各单元配置见装置前面板布置示意图（图1）。

图1 TAX2型监测装置前面板布置示意图

（二）装置内部布线

装置中轨道检测单元、弓网检测单元、TMIS单元、DMIS单元、语音录音单元和预留的4个备用单元48芯插头中的DBZ8～DBZ14共12个引脚作为专用引脚用于对外引线，各引脚定义因单元不同而不同；其余引脚采用标准定义，各单元完全一致，具体定义参见表1中的有关说明。TAX2母板电路图参见附录六之图一。

表１ 各检测单元电源及通讯线４８芯插头引脚标准定义表

引 脚 号 DBZ2 DBZ4 DBZ6 DBZ16 D18 B18 Z18 D20 Z20 DBZ22 DBZ24 DBZ26 DBZ28 DBZ30 DBZ32 定 义 标 志 +110V地 +110V 暂不用 暂不用 COMA COMB COM地 +24V 24V地 15V地 +5V +15V -12V +12V GND 含 义 110V电源“地” 110V电源“+” 通讯线Ａ 通讯线Ｂ 通讯线地（通讯第三导体） 24V电源“+” 24V电源“地” 15V电源“地” 5V电源“+” 15V电源“+” -12V电源“+” +12V电源“+” 5V、±12V电源公用地 四、装置的基本原理

装置系统结构框图如图2所示。装置内部采取由电源单元集中供电的方式，由电源单元提供+5V、±12V 、+15V、+24V、+110V电源给各单元的电路及其相关外部设备（如：传感器、机车标签等）供电。各单元选用任何一种电源均必须采取DC-DC变换器等方式与系统电源隔离，以

提高系统电源工作可靠性。通讯记录单元为装置的核心，通过它获取监控装置的运行信息，完成对各功能单元反馈信息的记录及对外数据转储功能。装置中除电源单元外，其余各单元均带有单片微机和通信接口。因此，本装置是一个带有多级串行通信的多计算机系统。下面重点介绍装置的基本配置单元（即电源单元和通讯记录单元）的基本原理，其它功能单元在此只作简单介绍，

具体参见各功能单元使用维护说明书。

图2 TAX2型监测装置系统结构框图

(一)、电源单元

1、概述

电源单元采用RCC式开关电源技术，其原理框图如图3所示。从图可看出，电源输出分成两大组，其中：+5V，1A；±12V，0.5A；+24V,0.2A为一组，输出功率21.8W；另一组+15V，1A；+15V，0.2A；+15V，0.3A，输出功率22.5W，在此三路15V输出电源中，装置只用到了其中一路（15V，1A），另外两路暂时不对外输出。电源单元原理图参见附录六之图二、三、四。

图3 电源原理框图

电源单元具有如下保护功能：

①+5V输出回路过压保护：6V±0.2V 不可自恢复

②原边输入欠压保护： 75V±0.2V 可自恢复

③原边输入过压保护： 140V±0.2V 可自恢复

2、电源变换部分原理说明

1）110V电源输入级

V301、F301、L101、C101、C102构成110V电源的输入级电路。V301为顺向二极管，主要用于110V输入电压极性接反时保护电源不被烧毁。L101、C101、C102组成L型低通滤波器，滤除机车110V电源上的纹波和高频干扰。

2）开关电源的振荡电路

R104、V106、R109、C103、V101、R102、V104和T101的初级线圈组成+5V电源的振荡电路。+5V、±12V、+24V能否正常输出，本电路起非常重要的作用。

振荡原理为：

110V直流电压经二极管V301，保险F301送至L101、C101、C102滤波器，通过LC滤波获得一个比较平稳的直流电压。此电压通过R104作用于开关管V106的基极，使V106导通，此时变压器次边感应电压使整流二极管V108，V110，V112，V106反向偏置，无电流输出，一旦V106导通，变压器初级线圈6-3就加上输入电压，辅助绕组1-2也产生感应电压，感应电压eB通过V101、C103和R102向V106基极注入电流IB，形成正反馈，使V106进一步导通，达到饱和。随着V106的发射极电流Ic的加大，限流电阻R109上压降加大，当它与由电压反馈电阻R105送入的反馈电压信号之和大于0.7V时，三极管V104导通，这时V106基极电流IR减小，从而V106集电极电流Ic减小，辅助绕组电压反向，这样V106基极电流IB迅速减小，于是V106迅速截止。在截止时间里，在V106开通期间存储到变压器T101里的磁能向输出侧释放，次边整流二极管V108，V110，V112，V106均导通，向负载输出能量。截止时间结束后，110V电压通过R104又重新作用于V106的基极，使开关管开通，开始下一个振荡周期。 3）V106的限流电路

R107、R108、R109、C105、V104组成三级管V106的限流环节。当V106导通时，R109上的分压通过R108、C105、R107送到V104的基极，造成V106基极电流的分流，从而控制V106的导通时间和影响振荡频率。 4）辅助限流电路

V105、R106作为辅助线圈1-2线包输出高压时的辅助限流电路，它可以保证V102正级的交流信号的正电压少于6.3V，从而经V102整流，C104滤波后得到较稳定的±5V左右的直流电压。保证了光耦VP101在同样导通度的情况下提供给V104的电流，所以V105-R106异常，也有可能造成振荡电路工作不稳，甚至停振。

注：V102、C104组成整流滤波电路，对T101-1送来的交流信号进行整流滤波后在C104两

端产生+5V直流电压，供给光耦VP101的输出端。

5）稳压管V120和二极管V122构成开关三极管V106的保护电路。

6）主控+5V稳压电路

V102、V104、V115、R115~R119、C104、C118、VP101组成主控+5V稳压电路，其稳压原理为：+5V电压↑→R与L109相接端电压↑→V115-2端（Vref端）电压↑→V115-1端（阴极）电压↓→VP101-1、2流过的电流↑→VP101-4、5间电压↓→V104-b极流过的电流↑→V106-b极电流↓→V106导通时间↓→L109与R115相接端电压↓→+5V电压↓。达到了稳压的目的。

V115（TL431）是内部温度补偿的高精度并联稳压器。它有3个极：Vref极（内部运放的同相输入端，运放的反相端接2.5V电压基准、阳极（内部电路地）和阴极（输出端）。

在本电路中，当TL431的Vref极电压高于2.5V时，阴极电压变低，当Vref极电压低于2.5V，阴级电压变高，再通过光耦VP101控制V104的导通时间，从而控制V106的导通时间，改变+5V输出电路的输出电压，使+5V输出电路的输出电压稳定。

7）输出级（以+5V输出为例论述）

A、 V114、L108实际上是一个元件，即在二极管阴极的脚上套一个磁环，组成一个二极管

和一个微电压串联的器件，可以将变压器T101输出的交流信号进行整流并有一定的滤波作用。

B、 C117、C119、L109组成一个π形低通滤波器，对L108输出的脉冲直流进行滤波。

C、 C121、R103组成对L109前端的电压采样电路，以改善+5V输出的动态调整特性。

D、 V117为+5V面板指示灯，R122为限流电阻，R121为+5V的假负载电阻。

（+5V为24V、±12V的主控回路，如果+5V的负载太轻或者负载变化太大，就会影响+24V和±12V的稳定，所以增加一个假负载）。

说明：以上3、4、5、6项共同作用，保证输出电压、电流稳定。

8）系统+5V过压检测

当5V回路输出电压超过6V±0.2V时，V116稳压管被击穿，VP102“1”“2”脚导通，VP102“4”“5”脚导通，可控制硅V308被触发，+12V信号通过R323、V308、V305使得V103、V203导通，从而使整个电路停振。

9）±12V，0.5A的稳压限流是靠三端稳压器来实现的。

10）振荡器的停振

→C1 3-1与3-3之间相连的第一组电源振荡器的停振控制信号；

→C2 3-2与3-3之间相连的第二组电源振荡器的停振控制信号；

当→C1、→C2为高电平时，V103、V203导通，则V106、V206截止。

3、原边过、欠压保护原理

1）首先由V302，V303等元产生一个12V左右电压，作为内部工作电源，此电源通过R305，V304在V304正端产生一个5V基准，分别输入到N1D、N1A、N1B三个电压比较器中作为参考电压。原边电压经电阻分压，再分别在N1D、N1A、N1B三个电压比较器中与5V基准比较。

2）+110V过压检测

当110V电源信号（B）高于140±2V时，经R306、R311分压后在由N1B构成的反相比较器中与5V基准进行比较，由于反相输入端电压高于同相输入端电压（5V），N1B-1脚将反相输出一个低电平，再经N1C同相放大后输出的低电平将使V307截止，+12V信号（C）就经过R332、V306输出高电位，使V103、V203导通，电源停振。当原边输入电压恢复正常时，电源重新起振开始正常工作。

3）+110V欠压检则

当110V电源信号（B）低于75±2V时，经R307~R309分压后在由N1A构成的同相比较器与5V基准进行比较，由于反相输入端电压（5V）高于同相输入端电压，在N1A-2脚将输出一个低电平，再经N1C同相放大后输出的低电平将使V307截止，+12V信号（C）就经过R332、V306输出高电位，使V103、V203导通，电源停振。当原边输入电压恢复正常时，电源重新起振开始正常工作。

4）+12V欠压检测

当+12V电源信号（C）过低时， 经R313、R314分压后在由N1D构成的同相比较器中与5V基准进行比较，由于反相输入端电压（5V）高于同相输入端电压，在N1D-13脚将输出一个低电平，再经N1C同相放大后输出的低电平将使V307截止，+12V信号（C）就经过R332、V306输出高电位，使V103、V203导通，电源停振。当原边输入电压恢复正常时，电源重新起振开始正常工作。

（二）、通讯记录单元

1、概述

通讯记录单元以8位单片机80C320为核心器件组成。该单元主要设有80C320单片微机、28SF040 FLASH存储器、MAX1480B和TSC232串行通信接口、DS1232电源电压监视等电路，由48芯插头并通过机箱内母板印制线与其它各单元相联系，通过机箱后背板专用插座与监控装置通信。其原理框图如图5所示。

通讯记录单元现有双列直插（DIP）封装和表面贴（SMT）封装两种，表面贴（SMT）封装通讯记录单元是在双列直插（DIP）封装通讯记录单元的基础上，改进如下：1、生产工艺改进，2、在通讯抗干扰给予改进3、D5由6264升级为62256。其它原理完全兼容和一致。其原理图分别参见附录六之图五、六。

图5 通讯记录单元原理框图

2、80C320CPU总线

80C320的P0.7～P0.0作为数据总线AD7～AD0直接与EPROM 27C512（D1）相连。其它外围芯片用的数据总线则用HC245（D4）缓冲后的数据总线D7～D0。

80C320的P2.7～P2.0通过HC244（D10）锁存后形成高8位地址总线A15～A8。80C320低8位地址总线则通过HC373（D9）锁存后输出。

P1.1、P1.0编码来控制外围芯片片选信号。

P1.2、P1.3用于扩充通信接口，作为与监测装置内各功能单元、转储器及IC卡之间的通信接口。

P1.4、P1.5、P1.6用于高三位地址线A16～A18的扩充。

P1.7用于控制监视器（DS1232），激活由DS1232芯片构成的外部WATCHDOG，以增强程序的抗干扰能力。

控制总线有RD、WR、PSN/和ALE。PSN/用作对程序片读选通，而RD、WR、ALE用作对其它外

围芯片读选通。

图6 80C320 CPU总线

3、选片信号

通讯记录单元只一片程序片D1，其容量为64K，由于80C320可以用PSN/来区分程序片，故在本单元中，D1的选片输入端接地。

对于挂在80C320总线上的其它芯片则要提供选片信号。这些选片信号由D12（HC139）译码器产生。

译码器的输入为P1.0～P1.1、WR，输出为CS1～CS4。

表2 通讯记录单元选片信号

P1.1 P1 输所选芯片 .0 出 0 0 1 1 0 1 0 1 CS0 与WR“0、0”状态输出CS4选中D8 HC273 CS1 选中D3 28SF040 CS2 选中D5 6264 CS3 选中D6 28SF040 D12（HC139）为双二—四线译码器，通过P1.0～P1.1的编码输出一方面CS1、CS2、CS3控制D3、D5和D6三片存储器的片选信号，另一方面CS0和WR编码输出CS4控制D8（HC273）的锁存输出。D12（HC139）第一脚接复位信号RST/，系统工作正常时RST/为低电平，D12可以输出译码控制信号；一旦复位信号有效变为高电平，D12便不输出译码控制信号，这样可以防止系统故障时对各数据存储器的误写入，以及通过D8（HC273）的控制来锁闭D15、D16和D20三片串行通讯接口芯片。

4、挂在80C320CPU总线上的外围芯片

D1（27C512）为64KB EPROM存储器，用于存放通讯记录程序。其选片输入端接地，由80C320的程序存储器读选通信号来进行对该芯片的访问。

D3、D6（28SF040）为单5V供电的CMOS SuperFlash EEPROM, 每片28SF040容量为512KB, 故D3、D6共具有1MB存储容量用于存放记录数据。 28SF040存储器分成2048个区， 每区256个字节， 每个区首地址的低字节为00H， 末地址的低字节为0FFH 。

D5（6264）为8K RAM存储器，作为程序运行的中间结果缓冲区。

D8（HC273）为锁存器，其Q1～Q5五路锁存输出控制通讯记录单元面板灯的显示，Q6～Q7三路锁存输出分别作为D15、D16和D20三片串行通讯接口芯片的驱动器使能输入信号。其第一脚接低电平有效的复位信号，一旦产生复位信号，将使所有锁存输出清零，保证通讯数据的正确性。

图7 挂在80C320CPU总线上的外围芯片

5、通信接口

1）、通讯记录单元能通过RS-485串行通信方式从监控装获取年月日、时分秒、公里标、运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司机号、列车编组等信息，并能将这些信息通过另一个RS-485接口每隔50ms周期地传送到装置内各功能单元。各功能单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元进行记录。通信口0 (TXD0, RXD0) 固定用于与监控装置的通信, 波特率为9600 bps ；通信口1 (TXD1, RXD1) 用于与各功能单元、转储器及IC卡之间的通信, 为多功能通信接口， 但它同时只能与三者之一通信，由硬件电路及软件判别进行自动切换。其切换原理为：当用转储器转储数据时，由硬件电路保证无条件切换为与转储器通信；当用IC卡转储数据时，由软件判别从与各功能单元通信转为与IC卡通信；通常状态下，通信口1保持与各功能单元的通信。通信口1与各设备通信的方式及通信波特率如下:

A、与功能单元的通信:采用RS-485通信方式，波特率：28.8Kbps

B、与IC卡的通信: 采用RS-485通信方式，波特率：28.8Kbps

C、与转储器的通信: 采用RS-232通信方式，波特率：28.8Kbps

2）MAX1480B是一种电气隔离的、半双工的、RS-485/RS-422数据通讯接口芯片，其引脚说明及功能表见附录。在本装置中，D15、D16、D20三片MAX1480B的作用分别为：

（1） D16为监测装置与监控装置之间的通讯接口芯片，它直接和CPU（D7 80C320）

的串行通信口RXD0、TXD0相连。

（2） D15为监测装置通信记录单元与内部其它功能单元之间的通讯接口芯片，它通过

D13与CPU（D7 80C320）的扩展串行通信口RXD1、TXD1相连。

（3） D20为监测装置通信板与IC卡接口之间的通讯接口芯片，它通过D11、D13级连

与CPU（D7 80C320）的扩展串行通信RXD1、TXD1相连。

（4） D19（TSC232IJE）为监测装置通信记录单元与转储器接口之间的通讯接口芯片，它通过D11、D13级连与CPU（D7 80C320）的扩展串行通信口RXD1、TXD1相连。

6、转储器接口电路

D17（LM239）是四路单电源比较器，正输入（双列直插封装D17-7脚、表面贴封装D17-5）电压固定为3.9±0.1V,负输入（双列直插封装D17-6脚、表面贴封装D17-4）电压在未接转储器时为4.2±0.1V。如果接上转储器，由于12VS信号（接转储器插座X2第1脚）的分流作用，D17的负输入电压将低于正输入电压，比较器输出端（双列直插封装D17-1脚、表面贴封装D17-3）信号INT1(P3.3)就会由低电平向高电平翻转，CPU（D7 80C320）检测到INT1(P3.3)的变化，便自动开始转储数据。

（三）、电源滤波板

 由于机车上使用的大功率设备较多，特别是一些大的感性负载启停时会给机车的供电系统造成严重干扰，使得机车电压有较大幅度的涨落；机车上电机的启停，机车头灯开启时的拉弧，还会使机车电源窜入很高的尖脉冲干扰。为了保护监测装置的电源，特设计此滤波电路。

电源滤波板由Lc电路构成。其电路原理如图8所示：

图8 110V电源输入滤波电路

电源滤波板有4个接线端子，分别为VIN+,VIN-,VOUT+,VOUT-，Vin+为机车+110V电源的输入端。+110V经过5A保险管F1，顺向二极管V1（2BF5E）送入L1和C1~C3组成的低通滤波电路进行滤波，使带有毛剌和不稳的机车电源变得比较平滑稳定后经VOUT+和VOUT-两端子输出送入装置电源输入端，从原理图上可知，VIN-,VOUT-实际上是相连的。这里V1起顺向作用，以免输入电压极性接反时烧毁元器件，V2是在关断Vin时给L1提供一个电流泄放回路，以免L1两端产生瞬间高压。

（四）、各功能单元接口、功能及原理

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1cyt.html