信号微机监测系统(毕业论文doc)

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摘要

信号微机监测是在检测技术和计算机发展的基础上出现的新型监测技术。发展微机监测系统有利于查找故障原因，缩短故障排除原因，提高运行效率。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。通过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当前状态和进行事故分析提供科学依据。信号微机监测系统由车站系统、车间机、电务段管理系统、上层网络终端（包括路局、铁道部监测终端），以及广域网数据传输系统组成。

本设计所选站场为一个虚拟车站——大漠站的上行咽喉，设计有信号平面布置图，该图能正确反映电气集中室外主要设备的布置情况；组合连接图和排列表，绘制组合连接图，运用特有组合架的排列方法来编制组合排列表；还对信号微机监测对象中的轨道电路、道岔及区间信号进行了研究。为适应新设备要求，采用了统一的技术标准，确定了信号微机监测系统的主要技术要求、性能及系统功能。为了适应新信号设备要求，本课题在微机监测系统采用了新技术，提高了监测精度和设备可靠性，使监测系统能准确判断信号设备的故障部位和违章操作带来的事故隐患，对信号设备的运行状况进行实时监测，能及时发现隐患，及时报警。

图纸设计满足信号采集硬件电路原理，设计方法和设计过程满足铁路信号设计规范。

关键词：铁路信号；微机监测；提速区段；轨道电路；道岔

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Abstract

Maintenance and monitoring is the monitoring technology based on the development of testing and the computer technologies. The development of microcomputer supervision system is advantageous to tracking down the causes of breakdowns, shortening the time for removing obstacles, heightening train traffic efficiency. The Maintenance and Monitoring System (MMS) applies computers and information collection equipments to the real-time supervision of various signal equipments, providing the Communication & Signaling Department with scientific basis for the control of the current states the equipments and the analysis of the error through monitoring and recording signal equipments’ functioning. It is composed of station supervision system, workshop computer, the signal department management system, up-layer network terminal (bureaus and MOR) and WAN data transmission system.

The design of the station as a virtual station-Damo station in the ascending pharyngeal, design a signal layout, the figure can correctly reflect the electric centralized outdoor main equipment arrangement. Combination of connected graph and list, drawing combination connected graph, the use of the unique combination of frame alignment method to prepare a combined list row. Also on the-maintenance and monitoring objects in track circuit, switch and interval signal are studied. In order to adapt to the new requirement of equipment, using a uniform technical standards to meet the maintenance and monitoring the main technical requirements, performance and function. This research topic adopts massive new technologies in the microcomputer supervision system to improve the monitors precision and equipments reliability to meet the new signal equipments requirements, which makes it possible to accurately track down the breakdown positions of the signal equipments and the hidden dangers caused by violating regulations in operation.

Drawings of the design meet the electric interlocking system principle, and design method, and design process meets the code for design of railway signaling.

Key Words: Railway signaling, Maintenance and monitoring, Speed section, Track circuit, Switch

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摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目录 .................................................................................................................................. III 1 绪论 ........................................................................................................................................ 5

1.1 课题背景与意义 ......................................................................................................... 5

1.1.1 课题背景 .......................................................................................................... 5 1.1.2 课题意义 .......................................................................................................... 5 1.2 课题研究现状 ............................................................................................................. 2 1.3 本课题的研究内容与目标 ......................................................................................... 2

1.3.1 课题的研究内容 .............................................................................................. 2 1.3.2 课题的研究目的 .............................................................................................. 3

2 信号平面布置图 .................................................................................................................... 4

2.1 概述 ............................................................................................................................. 4 2.2 信号机的布置 ............................................................................................................. 4

2.2.1 进站信号机 ...................................................................................................... 4 2.2.2 出站信号机 ...................................................................................................... 4 2.2.3 调车信号机 ...................................................................................................... 4 2.3 警冲标和信号机坐标 ............................................................................................... 5 3 组合连接图和排列表 ............................................................................................................ 6

3.1 继电器组合类型 ......................................................................................................... 6 3.2 选用继电器组合 ......................................................................................................... 6

3.2.1 进站信号机和接车进路信号 .......................................................................... 6 3.2.2 出站信号机和发车进路信号 .......................................................................... 6 3.2.3 调车信号机 ...................................................................................................... 6 3.2.4 道岔 .................................................................................................................. 7 3.2.5 道岔区段 .......................................................................................................... 7 3.3 组合连接图 ................................................................................................................. 7 3.4 组合排列表 ................................................................................................................. 8

3.4.1 组合架的编号 .................................................................................................. 8 3.4.2 提速区段增设的组合 ...................................................................................... 8

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4 网络结构和站内硬件结构 .................................................................................................... 9

4.1 网络结构 ..................................................................................................................... 9 4.2 站内硬件结构 ............................................................................................................. 9 5 道岔的监测 .......................................................................................................................... 11

5.1 道岔动作电流的监测 ............................................................................................... 11

5.1.1 监测点 ............................................................................................................ 11 5.1.2 道岔动作电流采样模块 ................................................................................ 11 5.1.3 道岔动作电流监测原理 ................................................................................ 11 5.2 信号微机监测1DQJ接点的监测............................................................................ 11 5.3 信号微机监测2DQJ位置状态的监测.................................................................... 12 5.4 道岔定位/反位表示信号的采集 .............................................................................. 12 5.5 锁闭继电器第8组接点封连的监测 ....................................................................... 12 6 轨道电路和区间信号的监测 .............................................................................................. 14

6.1 轨道电路的监测 ....................................................................................................... 14

6.1.1 监测点 ............................................................................................................ 14 6.1.2 信号采集 ........................................................................................................ 14 6.1.3 轨道电路隔离采样原理 ................................................................................ 14 6.2 区间信号的监测 ....................................................................................................... 15

6.2.1 区间信号机点灯状态的监测 ........................................................................ 15 6.2.2 区间移频送端功率输出电压的监测 ............................................................ 15 6.2.3 区间移频轨道电路受端电压的监测 ............................................................ 16 6.2.4 站内电码化监测 ............................................................................................ 16

结论 .................................................................................................................................. 18 致谢 .................................................................................................................................. 19 参考文献 .................................................................................................................................. 20

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1 绪论

信号微机监测系统是保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测铁路信号运用质量的重要行车设备。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，也是信号技术向高技术、高可靠和网络化、数字化和智能化发展的重要标志之一。

1.1 课题背景与意义

1.1.1 课题背景

信号微机监测系统是随着计算机技术的发展而发展的，是经过十几年艰苦探索发展起来的。在1985年部分铁路局开始以当时的计算机技术为支持研制信号微机监测系统。到了1996年，研制单位已达20多家，而且已经有100多个车站配备了微机监测系统。相对现阶段而言，这个初期阶段的微机监测系统由于受技术、经济等方面的限制，技术陈旧，精度不高，可靠性差；各局自行研制，缺乏统一标准；各局基本独立，很少集中联网。

随着时间的推移和科技的进步，信号微机监测技术不断发展，并且得到了铁道部领导的高度重视。1997年铁道部两次组织有关专家对信号微机监测系统进行了大规模调查研究，并在此基础上，研制了技术原则，组织了联合攻关。由各研制单位组成的联合攻关组，在近六个月的努力下研制开发了第一代TJWX型信号微机监测系统，并且在五大干线推广应用，为监督电务设备运用状态及铁路运输安全做出了贡献。

正是第一代TJWX型信号微机监测系统在现场的推广应用，使得铁道部和各铁路局对信号微机监测系统有了新的认识[1]。 1.1.2 课题意义

信号微机监测系统研制外在动力是计算机技术的高速发展，内在动力是安全生产的需要，是铁路信号技术自身发展的需要，是信号维修制改革的需要。

(1) 信号微机监测系统使信号设备具有了自诊断功能，从而大幅度提高了信号系统的安全性。

(2) 信号微机监测系统能在信号设备运行的全部时间内，全天候反应设备运用状态，能发现潜伏性故障，排除事故隐患。

(3) 信号微机监测系统运用计算机技术，通过逻辑判断，有利于捕捉瞬间故障和间

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歇故障通过回放再现，有利于分析故障，分清责任。

(4) 信号微机监测系统能够掌握信号设备工作状态和变化趋势，是推行信号设备状态修的技术基础，为维修决策提供科学依据。

(5) 信号微机监测系统通过联网，将各站信号设备运行信息传送到车间（邻工区）、电务段、铁路分局、铁路局、铁道部，便于指导维修工作，加强生产指挥，实现科学管理。

(6) 信号微机监测系统通过监督信号设备与电力、车务、工务结合部的有关状态，加强结合部的管理[1]。

1.2 课题研究现状

TJWX-2000型信号微机监测系统，是铁道部微机监测二次联合攻关的成果，于2000年10月9日、10日在郑州召开了技术鉴定会，通过了部级鉴定，并在京哈、京沪、京广、陇海、兰新五大干线推广使用。该系统是由北京全路通信信号研究设计院、郑州辉煌公司、沈阳铁路信号工厂等多家单位联合开发的信号设备微机监测网络系统。用于铁路、城市地铁信号设备的实时监测，将获得的信息通过下层的CAN网及上层广域网送至电务段、分局或路局，供有关人员查寻、分析、统计、汇总，为做出及时、正确的维修决策提供科学依据，是铁路信号维修管理现代化的必要设备，将为铁路信号维修体制实现“故障修”到“状态修”的改革提供技术基础。在铁路信号专家、维护人员和我厂科研开发人员的共同努力下，TJWX系统不断优化、升级，已形成了包括硬件、软件、网络通信等在内的系列产品，除了具有铁道部《信号微机监测基本技术原则》所要求的功能外，可针对不同地区、不同设备制式和资源进行动态配置，使TJWX系统达到最佳的功能/价格比。

实际应用中的TJWX系统集现场总线技术、传感技术、计算机网络技术和数据通信技术为一体，在软件模块化结构的基础上，又实现了硬件“积木式”结构设计，具有机柜式集中安装和小分机分散安装两种方式，充分适应了现场的安装空间。系统体系上采用高可靠隔离技术使系统的安全性、稳定性、抗干扰能力、可靠性都上了一个新台阶。它的广泛应用必将使铁路信号设备的维护、管理水平提高到一个新的层次。

1.3 本课题的研究内容与目标

1.3.1 课题的研究内容

本论文主要分两部分，第一部分为绪论，主要对信号微机监测系统进行概述，第二部分为设计部分，主要是对设计图纸的说明。

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第二部分是对信号平面布置图、组合连接图和排列表、网络结构和站内硬件结构图、道岔的监测采样原理图、轨道电路和区间信号的监测采样原理图的分析。 1.3.2 课题的研究目的

根据了解信号微机监测系统的结构、原理、功能和技术标准，掌握信号微机监测系统信息采集硬件电路设计的方法，来设计大漠站微机监测系统采集电路设计中的室外设备。主要完成对轨道电路、道岔转辙机等室外设备信息采集电路，并根据信息采集硬件电路原理绘制完成一系列相关设计图。

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2 信号平面布置图

2.1 概述

本设计所选站场为大漠站上行咽喉，该站是提速区段的一个中间站，根据提速区段的要求，正线上的转辙设备均采用S700K型三相交流转辙机；牵引方式为电气化牵引，区间通过信号机为三灯四显，采用ZPW-2000A制式。针对站内的集中联锁区进行初步设计，包括信号机布置、轨道区段划分、转辙机的设置等。

本设计大漠站为双线四股道车站，上行咽喉共设置信号机10架，其中，进站信号机2架，出站信号机4架，其余为调车信号机。根据道岔类型，站内转辙机选用S700K型交流电动转辙机。

2.2 信号机的布置

2.2.1 进站信号机

为了对由区间驶向车站内方的接车进路进行防护，在每一方向的进站口道岔外方，列车运行前方方向的线路左侧，均应设置进站信号机。进站信号机应设在距进站道岔尖轨端不少于（顺向为警冲标）50m的地点，如因调车作业或制动距离的需要，一般不超过400m。

进站信号机的命名是按运行方向，上行用S、下行用X表示。若在车站的一端有多个方向的线路引入，则在S或X的右下角缀上该信号机所属区间线路名称的汉语拼音字头。

2.2.2 出站信号机

为了禁止或准许列车由车站开往区间，在车站的正线和到发线上，应装设出站信号机。出站信号机有两个及其以上的运行方向，而信号显示不能分别表示进路方向时，应在信号机上装设进路表示器。

出站信号机使用在正线上、线群上或具有高速通过的线路上时应设高柱型，其显示距离不得小于800m。设置在侧线上的出站信号机可用矮型，其显示距离不得小于200m。

对出站信号机的命名，上行用S、下行用X表示，再在文字的右下角缀上所属的股道号。

2.2.3 调车信号机

调车信号机是为集中区内进行调车作业而设置的一种信号机。调车作业一般是利用

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牵出线与到发线、咽喉区与到发线之间的线路进行的。调车信号机可分为调车起始信号机、调车折返信号机、调车阻拦信号机这三类，不过并非一架信号机只能起一种作用。

调车信号机的设置特点：股道头部调车信号机是在股道头部设置的调度起始信号机；尽头型调度信号机是在调车场、牵出线、专用线、机待线、机车出入库线等处设置的调度信号机；咽喉调车信号机是在咽喉区中间设置的折返和阻拦调车信号机；差置调车信号机是无岔区段两端的背向调车信号机，与此对应的是并置调车信号机；单置调车信号机其特点是没有与其并置的背向信号机，而且内、外方的轨道电路区段都包括有道岔。

调车信号机的命名以“D”表示，再在右下角缀以顺序号。调车信号机编号从进站口开始向股道方向顺序编号，上行咽喉编为双号，下行咽喉编为单号[2]。

2.3 警冲标和信号机坐标

电气集中车站均设有轨道电路，可先按信号机至相邻两路侧线线路中心最小距离机线路平面条件计算确定其位置。在与信号机位置对应处置绝缘轨缝，距绝缘轨缝中心即信号机内方3.5 m处计算确定警冲标位置。但矮型机构不设进路表示器的信号机，应先按警冲标至相邻两侧线路中心最小距离计算确定其位置后，再于警冲标内方3.5m处计算确定信号机位置。按以上确定的绝缘轨缝位置配轨时，一般在道岔后方有一节非标准短轨[3]。

信号平面图中要计算出道岔、信号机、警冲标这些设备距信号楼中心的距离，这些坐标是设计后续图纸的依据，需要按照规定要求计算[4]。

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3 组合连接图和排列表

3.1 继电器组合类型

继电器组合就是定型电路环节，简称组合。它不仅简化了设计，加快了设计过程，而且可在工厂预先生产，这就大大缩短了工期，使设备尽快地投入运用。

本设计中的定型组合分道岔组合、信号组合和区段组合三种基本类型。

道岔组合分提速单动道岔组合(TDD)、提速双动道岔主组合(JSDZ)和提速双动道岔辅助组合(TDF)三种。

信号组合分六种：调车信号组合两种，列车信号四种。调车信号组合有调车信号组合(DX)、调车信号辅助组合(DXF)。列车信号组合可分引导组合(YX)、列车信号主组合(LXZ)、列车信号辅助组合(LXF)。

区段组合(Q)只有一种基本类型。还有一种方向组合(F)和一种电源组合(DY)。方向组合主要是为方向继电器而设的。电源组合主要有人工解锁用的继电器和挤岔用的继电器等。

3.2 选用继电器组合

3.2.1 进站信号机和接车进路信号

在双线单向运行区段，每架进站信号机选用组合如图3.1(a)所示。在单线双向运行区段，每架进站信号机选用组合如图3.1(b)所示。当进站信号机内方有无岔区段，并没有与进站同方向的调车信号机时，每架进站信号机选用组合如图3.1(c)所示。对接车信号机，应和进路信号机一样，选用1LXF、YX和LXZ三个组合。 3.2.2 出站信号机和发车进路信号

当仅有一个发车方向时，每架进站信号机选用组合如图3.1(d)所示。若有两个发车方向时，每架进站信号机选用组合如图3.1(e)所示。发车进路兼调车信号机选用如图3.1(d)所示组合。 3.2.3 调车信号机

并置和差置的调车信号机，应各选用一个调车组合DX，如图3.1(f)、(g)所示。对应每架单置调车信号机，除选用一个DX组合外，还应选用半个调车辅助组合DXF，如图3.1(h)所示。

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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[1]。

5.3 信号微机监测2DQJ位置状态的监测

采集2DQJ状态一般有两种方法，一种是直接采集接点方式，另一种是光电探头采集方式，本次研究采用的就是光电探头采集方式。这种采集方式需要2DQJ继电器上套上光电探头传感器，采集光电探头输出数据来获取2DQJ继电器状态。

S700K系列转辙机道岔控制电路有些组合中2DQJ继电器没有空接点，组合也没有空余继电器位置，不适合用于直接采集接点方式，目前以实施的工程中多采用光电探头采集方式采集2DQJ状态。

光电探头由微机监测系统提供工作电源，采用非接触式采集方式，由光电探头输出的采样结果直接接入微机监测系统采集板，微机监测系统并不直接采集2DQJ接点的位置状态，而是采集光电探头的状态并由此判断2DQJ状态。将光电探头套在2DQJ继电器外罩上，通过光电感应探衔铁位置来判断继电器状态，光电探头有两个电眼，在2DQJ吸起时电眼1遮挡，电眼2正常，表示2DQJ状态处于定位；在2DQJ落下时电眼1正常，电眼2遮挡，表示2DQJ状态处于反位；两个电眼同时正常或者遮挡，表示2DQJ状态故障。光电探头安装上继电器后需进行调整，直接将其推到底，探头检测的是衔接尾部调整重力的位置，然后来回操纵道岔看看两个位置都能否正确反应出来，若不正确，需要再次调整[6]。

5.4 道岔定位/反位表示信号的采集

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型微机检测系统就是通过检测道岔反位/定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，所以必需经过电阻衰耗隔离和光电隔离。

5.5 锁闭继电器第8组接点封连的监测

当第7组接点空闲时，采样方法如图5.2所示。

KZ05-981SJ8205-11光电隔离器IN+OUT+IN-OUT-采样电源+12V至采集机端子KF05-971SJ7305-11

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图5.2 单动道岔SJ第7组接点空闲时监测电路

该方案的主要优点：一是每组道岔只增加一个采样点；二是每组道岔都是独立采样，光电隔离器也是独立的，每组道岔一个，排除了各个道岔相互干扰的可能性；三是就地采样；四是既不影响道岔的正常动作，又能正确检查道岔是否被锁闭。

当第7组接点被6502的联系电路占用时，需增设锁闭复示继电器，并采其第7组接点，采样方法如图5.3所示[1]。

KZ05-981SJ8205-11光电隔离器IN+OUT+IN-OUT-采样电源+12V至采集机端子KF05-971SJF7305-11

图5.3 单动道岔SJ第7组接点被占用时监测电路

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6 轨道电路和区间信号的监测

6.1 轨道电路的监测

6.1.1 监测点

常用的交流连续式轨道电路有JZXC-480型和25HZ相敏轨道电路，监测点应该是接收端轨道继电器线包两端的交流电压。 6.1.2 信号采集

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模块，完成信息采集。轨道传感器模块如图6.1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。根据轨道电压的状态，可以实时监测轨道电路的调整电压和分路电压。

V+V-V交流传感器0+12V-12V

图6.1 三相交流采样模块

6.1.3 轨道电路隔离采样原理

轨道电路隔离采样原理框图如图6.2所示。

监测对象隔离量化转换A/D转换CPU

图6.2 轨道电路隔离采样电路框图

采集信息经轨道电压传感器模块完成隔离后，仍然是交流信号（毫安级），须经过量化转换。量化转换是指将传感器采集到的微弱交流信号进行运算放大—精密整流—再运算放大，转换成0~5V的标准直流电压(TLL逻辑电压)，该直流电压与轨道继电器端电压值是呈线性对应关系的。量化后的标准直流电压，经选通送到CPU板进行A/D转换，将模拟量转换成数字量后送人计算机处理[1]。

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6.2 区间信号的监测

6.2.1 区间信号机点灯状态的监测

(1) 采集电路

采集区间信号机的点灯状态是以开关量形式，直接采集信号机的点灯电压。由于点灯电路各自独立、无公共回线，且为高压信息，因此其开关量输入采用的是特殊的开关量输入板。原理框图如图6.3所示。每个信号机的点灯电压，经过两个51kΩ、1W电阻衰耗，进入开关量输入板，经过光电隔离、多路开关选择后，直接送CPU处理。

分线盘端子入区间信号灯入R151kΩR251kΩ监测端子出出开关量输入板入Rn51kΩ衰耗盘出图6.3 区间信号灯点灯状态采集电路原理图

(2) 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。

6.2.2 区间移频送端功率输出电压的监测

(1) 功率输出电压的监测

采用电压传感器进行采样。信号从分线盘引出线串接过衰耗电阻之后进入传感器模块。在传感器模块上经隔离量化后将信号整理成0~5V直流标准电压，在经过选通送至CPU进行A/D转换，数据处理。

(2) 发送盒的上边频、下变频、中心频率、调制频率值的测试

在移频信号动态发送过程中，可对其上边频、下边频、低频调制频率进行精确测量，但存在着信号长距离传输失真、信噪比下降等不利因素，因此对移频参数的测量电路要求有高速跟踪的传感器，同时采用差分输入测量电路，尽可能抑制采样隔离后的噪声影响。

电路框图如图6.4所示。发送端信号经接口电路后，大大消弱了共模干扰和噪声的

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影响。经差动放大后的移频信号分为两路。