辉煌微机监测站机系统

1、文档名称06版微机监测 站机系统硬件技术方案文档编号版 本 号1.0作 者孙冀东项目名称06版微机监测审 核承办单位研发部 信息平台项目组批 准合作单位微机监测标 准 化日 期2008.12.07使用范围内部页数38页数只计正文06版微机监测 站机系统硬件技术方案河南辉煌科技股份有限公司 研发部文档文件名：06版微机监测 站机系统硬件技术方案历史版本记录时间版本号修改人修改内容1.0孙冀东创建1.0孙冀东修改与系统介绍1.2不一致的地方，并根据近期讨论的结果进行修订。修改了采集板和采集机的概念，补齐了1.0中未介绍完的采集机。定稿。1.0孙冀东根据评审意见对文档进行了较大的调整和修改包括：总体

2、结构以及内容的调整。文档更名为：站机系统硬件技术方案。1.0孙冀东根据最新讨论的技术方案，对道岔功率采集方案进行了明确，增加了交流模拟量采集板，将道岔表示电压采集板的名称改为交直流互感器板。1.0孙冀东修改部分语法错误目 录1. 引言12. 06版监测技术方案32.1. 06版监测的设计原则32.2. 06版新增技术要求（硬件部分）42.2.1. 提高了精度42.2.2. 监测内容增加62.2.3. 稳定性要求提高62.2.4. 自检自诊断功能62.3. 满足新技术条件的主要技术措施62.3.1. 智能采集板72.3.2. 数字信号处理技术92.3.3. 安全性设计102.3.4. 可靠性设计

3、112.3.5. 模拟量采样电路设计123. 系统结构133.1. 采集机功能介绍143.1.1. 开关量采集机143.1.2. 电源屏采集机153.1.3. 半自动闭塞采集机153.1.4. 信号机点灯电流采集机163.1.5. 普通道岔采集机163.1.6. 提速道岔采集机163.1.7. 绝缘漏流灯丝采集机173.1.8. 移频采集机173.1.9. 轨道采集机173.1.10. 交直流互感器机183.1.11. 外电网采集机183.1.12. 环境监控采集机193.2. 车站系统接口193.2.1. 采集机与站机193.2.2. 站机与其他监测设备或被监测设备203.3. 车站系统机械

4、结构203.3.1. 机柜203.3.1.1. 铁标机柜203.3.1.2. 欧标机柜213.3.2. 组匣233.3.2.1. 铁标组匣233.3.2.2. 欧标组匣233.3.3. 插板（采集板和采集机电源）243.3.3.1. 采集板243.3.3.2. 采集机电源254. 单板电路设计264.1. 开关量采集板264.2. 模拟量采集板284.3. 交流模拟量采集板304.4. 普通道岔采集板304.5. 提速道岔采集板314.6. 绝缘漏流灯丝采集板324.7. 移频采集板334.8. 轨道采集板354.9. 交直流互感器板354.10. 外电网采集板364.11. 环境采集板374

5、.12. 采集机电源板381. 引言TJWX2000型微机监测系统是铁道部科教司和运输局基础部在1997年第一代微机监测系统的基础上，开发出的新型微机监测系统，在几年的使用过程中为监督电务设备运用状态及铁路运输安全做出了贡献。但随着铁路信号新设备的上道使用，原有的TJWX2000型微机监测系统已不能满足需要，特别是实行铁路局直管站段新体制和电务段生产力布局调整后，电务部门安全管理难度加大，迫切需要提高微机监测系统技术水平，充分发挥信号微机监测系统在保证行车安全、加强信号设备接合部管理，管理信号设备运用状态、发现信号设备隐患、分析故障和指导现场作业维修方面的作用，以提高电务部门维护水平和维护效率

6、，压缩电务故障延时。铁道部运输局基础部、科技司于2006年8月发布信号微机监测系统技术条件（暂行）运基信号2006317号文件，新技术条件对微机监测系统提出了更高的要求。我公司从1994年开始进行信号微机监测系统的研发、生产、销售工作，先后开发H9510型、TJWX-97型、TJWX-2000型信号微机监测系统，已有一千多座车站安装了我公司生产的信号微机监测系统，在十几年的工作中积累了大量的有关信号微机监测的经验。为适应电务部门对微机监测系统的要求，公司近几年先后提出了铁路信号信息平台和新微机监测两个研发项目作为微机监测的升级版本。其中铁路信号信息平台系统经过了新郑试点和洛阳至济源的小规模应用

7、，信息平台系统已经形成了一个完整的体系。在信息平台系统中我们采用了一些提高系统可靠性和精度的措施，这些措施也取到了较好的效果。2006年3月，铁道部运输局基础部、科技司组织铁路局、微机监测研制单位对2000版的微机监测技术条件进行了修订，我公司作为两家新技术条件起草单位之一，全程参加了新技术条件的制定工作。在新技术条件的制定过程中，我们借鉴了很多在信号信息平台系统中的设计经验。我公司开发的06版微机监测系统是以铁道部公布的新技术条件为依据，铁路信号信息平台为硬件结构基础开发完成。在满足新技术条件要求的基础上，结合了用户需求和我公司在微机监测研制安装过程中积累的经验，我公司生产的06版微机监测与

8、TJWX2000型微机监测系统相比在功能、结构上都有了较大的改进。微机监测系统所要采集、处理和存储的基础信息都由车站系统来自于车站系统，因此说车站系统是微机监测系统的基础。本文主要介绍的是06版微机监测系统站机系统硬件技术方案，在硬件方案的介绍中我们将分别介绍车站系统的主要硬件技术方案和系统结构等内容。在硬件技术方案中我们着重介绍为满足新技术条件的要求我们所采取的主要技术措施；在系统结构中我们将详细介绍车站系统的采集机的划分、主机机械规格和主要采集电路的设计方案等内容。参考资料：铁路信号微机监测系统技术条件（2006版）铁路信号微机监测系统技术条件（2000版）铁路信号微机监测系统硬件部分设计

9、方案（2006版）-铁道部江海 06版微机监测系统 系统介绍 V1.22. 06版监测技术方案2.1. 06版监测的设计原则1. 06版微机监测采集系统必须具备兼容性好、可靠性高、安全性高、测试数据权威有效等基本特点。2. 06版监测系统要确保系统的开发的持续性、灵活性和可扩展性；遵循向下兼容，向上扩展的设计开发原则。3. 在兼容原微机监测系统的CAN通讯协议的基础上，将CAN通讯由现有的CAN2.0A/CAN1.O升级为CAN2.0B的标准。将CAN通讯协议的框架由原来的主从/应答帧为主，升级为以自主帧为主以提高系统的实时性和可靠性。4. 总结TJWX-2000型微机监测系统在采样可靠性、安

10、全性的实际经验，在新系统的设计中进行一步提监测采样的可靠性和安全性。对原有的采样方式在实际应用中的安全、可靠、性能优良的，要坚持原有的采样方案不做改变。新增的监测项目在采样电路的设计上，要充分考虑采样的电路的安全性和可靠性，以达到监测设备与被测设备之间必须具有良好的电气隔离措施（新技术条件）的要求。5. 在06版监测的设计中应该提高采集板的智能性，采集电路的设计应考虑到可故障定位、可诊断，以满足“采集机应具有良好的可靠性和实时性，并具备抗干扰及自检、自诊断能力”的要求。采集板的智能化设计和采集电路的故障定位、故障诊断，可以大大提高监测系统的可维护性。6. 采用各种低漂移、高稳定度的元件和传感器

11、模块，提高模拟量采样的稳定度。提高模拟量的稳定度能够提高微机监测的信息可信度，也使智能分析和故障诊断具有更高的确度，有效的减少误报。7. 提高模拟量采样的精度，以满足新技术条件对采样精度的要求。2.2. 06版新增技术要求（硬件部分）通过对新技术条件的学习和理解，新技术条件对于硬件部分的技术要求总结为以下几点：2.2.1. 提高了精度相对2000版技术条件，新的技术条件对监测精度要求进一步提高，很多的测量精度都提高到了1%的精度。另外对采样速度以及巡测周期也提高了要求。下表是06版技术条件和2000版技术条件中，模拟量要监测的内容和精度的一个对比表。设备/类型项目06版精度2000版精度电源屏

12、电源屏电压±1%±2%电源屏电流±2%未监测电源屏频率±0.5Hz未监测电源屏功率±1%未监测25Hz相位角±1%度未监测巡测周期1s、变化测1s采样速率断相、错序、瞬间断电开关量的采样速率为50ms。电压、电流采样速率为250ms。未要求交流连续式轨道电路轨道继电器AC、DC电压±1%±2%站机巡测周期2s、变化测2min、动态监测25Hz相敏轨道电路25Hz相敏轨道电压±1%±2%25Hz相敏轨道相位角±1%未要求25Hz巡测周期2s2min、动态监测采样速率500ms未要求高压不

13、对称轨道电路高压不对称电压±2%±2%巡测周期2min、变化测2min、动态监测采样速率3s未要求驼峰轨道驼峰轨道继电器工作电流±3%未要求巡测周期2s未要求直流转辙机直流转辙机电流±3%±3%直流转辙机动作时间0.1s0.1s测量速率未要求10ms交流转辙机交流转辙机动作电流±2%±3%交流转辙机动作功率±2%未监测交流转辙机动作时间0.1s0.1s测量速率10ms驼峰转辙机驼峰ZD7型转辙机动作电流±3%未明确要求按维规驼峰ZD7型转辙机动作时间0.1s未明确要求按维规道岔表示继电器道岔表示电压

14、77;1%未明确要求按维规电缆绝缘电缆绝缘±10%±10%电源屏输入出对地漏流电源对地漏泄电流±10%±10%列车信号机列车信号机点灯回路电流±2%未监测站机巡测周期2s、变化测未监测站内电码化移频发送端功出电压±1%±2%移频接收端限入电压±1%±2%移频发送电流±2%未要求载频频率±0.1Hz未监测低频频率±0.1Hz未监测站机巡测周期2 s、动态测2min集中式有绝缘移频移频发送端功出电压±1%未要求移频接收端限入电压±1%未要求移频发送电流

15、7;2%未要求载频频率±0.1Hz未监测低频频率±0.1Hz未监测站机巡测周期2 s、动态测未要求集中式无绝缘移频移频发送端功出电压±1%±20%移频接收端限入电压±1%±20%移频发送电流±2%未要求载频频率±0.1Hz未监测低频频率±0.1Hz未监测站机巡测周期2 s、动态测2min环境监控环境湿度±3%RH未监测环境温度±1未监测关键设备表面温度±1未监测民用空调电压±1%未监测民用空调电流±2%未监测民用空调功率±2%未监测站机巡测周期1

16、s、变化测未监测半自动闭塞半自动闭塞电压±1%未监测半自动闭寒电流±1%未监测站机巡测周期2 s未监测从表中可以看出06版技术条件中，模拟的精度和采样速度以及巡周期相对2000版的技术条件的要求都有了进一步的提高。上表中主要是模拟量的精度，在新技术条件中开关量的采样速率和巡测周期相对模拟量也有了较大提高如下表：设备/类型项目06版精度2000版精度开关量开关量采样周期150ms250ms站机巡测周期1s未要求2.2.2. 监测内容增加新技术条件增加了外电网监测、环境监控、道岔表示电压、列车信号机点灯回路电流、移频信息监测、半自动闭塞线路电压电流监测等监测项目。原有的监测项目

17、，新技术条件中又增加了新的监测内容，以电源屏为例，原来监测的主要是电源屏电压，现在增加为电压、电流、功率等监测内容。新的监测项目对原有监测内容的丰富，使得对设备的监测更为全面，从而为智能分析提供了更多的信息。2.2.3. 稳定性要求提高新技术条件3.15要求“监测系统的模拟量经过标准计量器具校核后，应保证1年内其各项测试精度指标满足技术条件的要求”。这要求模拟量采集电路应该具有更高的稳定性，要求我们尽可以的减少电路设计中的各种漂移等不稳定因素。2.2.4. 自检自诊断功能新技术条件要求“采集机应具有良好的可靠性和实时性，并具备抗干扰及自检、自诊断能力”。在这一方面我们在信息平台设计中进行了充分

18、的考虑和加强，已经可以满足这一方面的要求了。2.3. 满足新技术条件的主要技术措施这一部分并不是一个系统的方案，主要介绍为满足新技术条件的要求，在06版微机监测系统设计中，采用的技术方案和技术措施。2.3.1. 智能采集板在TJWX-2000型微机监测系统中信息采集的基本单位为采集机，其基本结构通常为电源+CPU板（1块）+N块采集板（最多8块）在同一块总线板组成一个采集机。采集机以CPU板为控制和处理中心，通过总线板上的数据总线对采集板进行控制，并对采集板采集的信息进行处理。其中采集板都是非智能板，板上只有采集电路完成各种不同的采集功能，不能进行信息处理；CPU板上有CPU为智能板，其功能是

19、对采集板所采集信息进行组织和处理，并将结果上送上位机。在新技术条件中的一些新的要求如：电源屏输入输出功率的监测、频率的监测、相位角的监测、移频信息的监测等，对这些信息的监测不仅仅是相关的信息的采集，更多是需要采集机或采集板完成大量、高速、实时的计算。为了满足新技术条件对采集信息计算量的要求，在06版监测中的采集板，将CPU板和采集板整合到一起每块采集板上都有CPU，每块板即是CPU板也是采集板。每块采集板同时还提供CAN通讯能力，做为底层采集CAN网络的一个网络节点。因此06版微机监测的采集板是功能整合过的智能采集板。智能采集板的使用即提高系统的可维护性，同时也满足了新技术条件对系统要具有自检

20、、自诊断能力的要求。智能化采集板都具有自检、自诊断、故障定位的功能，当采集板故障时可以主动发出报警，并自我定位出故障点，通过上位机查询的报警信息中同时有故障定位信息，这样大大方便了系统的维护和管理。智能采集板采集信息量比原微机监测系统的采集机少，可以对采集信息进行更多的计算和分析，可以提高了下位机对信息处理的能力，从而改变了TJWX-2000型微机监测系统信息处理过于依赖上位机的情况。信息量的减少也使CAN通讯数据包减小，可以更有效的发挥CAN总线在小数据包处理上的实时性优势，提高CAN通讯传输的效率。智能采集板每块板上都有CPU因此智能采集板需要进行功能化，即每块采集板要完成相应的监测功能。

21、因此06版监测中也对采集功能进行了整合，将完成某一种或几种功能的采集电路整合到一块采集板上完成一类设备的监测功能。以普通道岔采集机为例：将采集12路1DQJ、12路定表示、12路反表示共36路开关量信息和12路模拟量信息，这样每个提速道岔采集机可完成对12个普通道岔电机的监测，每路采集含1个1DQJ、一个定表示、一个反表示和1路模拟量（动作电流曲线）以及道岔动作时间的监测。下图智能采集板的原理框图：智能采集板以CPU单元为核心，完成采集信息的处理；电源管理采集板提供电源以及电源监视，当电源有波动时复位CPU；显示单元对采集板的工作状态和采集状态进行检测；机号检测单元为CPU提供采集板的槽位信息

22、；SCI接口可以做串口通讯接口和加载采集机程序之用；SPI接口用做串行同步接口和通过SPI加载采集机程序之用；JATG仿真接口用做程序调试仿真之用；外部存储器用于扩展32K字内存空间；CAN通讯为采集板提供CAN通讯接口；采集单元部分是进行整合后的相关采集电路，这部分根据智能采集板的功能不同，采集电路也不相同。每块智能采集板除了采集单元不同之外，其它几个部分都采用相同的结构，这样使得采集板电路设计规范、统一。采集单元根据采集板的监测功能，不同的板上整合有不同采集电路，开关量信息通过CPU的数字I/O接口采集，模拟量信息在板上经过整理（阻抗、电平转换并对信号进行限幅）由CPU片上ADC进行AD转

23、换并处理。2.3.2. 数字信号处理技术新技术条件中区间移频/站内电码化的监测，不仅要监测移频发送和接收的电压，还要监测载频和低频的频率信息，而且这些信息的精度要求都非常高。由于要监测的信号中有较多的干扰成分，这些干扰成分对测量精度的影响很大，需要将这些信号中的无用干扰信号滤除。使用滤波电路来滤除，对元件精度的要求较高性能不稳定，难以达到新技术条件的要求，因此在移频信息监测时我们采用了数字信号处理技术。对这类信息处理使用通用DSP芯片进行，首先通过互感器模块对移频信息进行隔离转换，然后由DSP片上AD进行高速采样（>8K），通过对采样到的信号进行数字带通滤波计算，将信号中的各种干扰成分滤

24、除后计算移频电压信息。然后由DSP处理器对采样信息进行数字滤波和FFT运算得到上下边频和低周频率。下图为区间移频监测处理的流程框图：新技术条件中对25Hz轨道电路轨道接收端交流电压监测精度的要求为±1%，相位角的精度要求为±1%，但是由于工频干扰的影响被监测的信号上有大量干扰信号，直接测量精度很难达到这一要求。因此需要滤除信号中的工频干扰，现在一般有两种方案：一种是采用对50Hz有抑制的传感器模块（如WB的TO26传感器）；另一种是采用DSP方案。采用第一种方案50Hz工频的衰减为13dB，对测量电压的精度还有一定的精响，达不到技术条件要求±1%。使用DSP方案首

25、先采集轨道电压和局部电压的实时波形，并对采集到的实时波形进行数字滤波，滤除掉工频干扰，有助于提高测试精度，并利用滤波后的波形计算轨道电压的真有效值，然后分别计算两种波形通过零点的时间，计算出两个波形的时间差和周期，计算出相位差的数值。采用数字滤波方式相对与模拟电路的滤波可以很容易的实现高质量的阻、通带特性，对工频的衰减可以达80dB，能够满足技术条件的要求。下图为使用DSP对25Hz轨道电路接收端交流电压和相位角监测的处理流程：使用数字信号处理技术后，可以使原来采用模拟电路方案难以实现的监测项目和监测精度得以实现。随着通用DSP芯片价格的下降，已经允许我们在监测产品中使用DSP芯片做为采集板C

26、PU，通过DSP的高速运算可以得到仪表级。采集精度。2.3.3. 安全性设计安全性设计是指监测的采集电路不对被监测的设备造成不良影响。在06版监测的系统设计中，安全性设计是系统设计的基本原则之一，所有的设计都应该首先充分评估其安全性。在安全性设计中不仅是只是电路安全性设计，涉及到安全的系统结构设计、安全的施工安装设计。在综合、全面考虑了这些安全性设计以后，才能保证系统的安全性。1、电路安全性设计是指电路的采样原理的安全性，也就是微机监测技术条件中要求的“监测系统应具备良好的隔离措施，不得影响被监测设备的正常工作”。在电路采样原理设计时要做到，监测电路与被监测电路之间的电气隔离。电气隔离的方式主

27、要有：高阻隔离、电磁隔离和光电隔离等几种主要方式，一般情况下需要综合使用这几种隔离方式，才能起到良好的电气隔离效果。2、结构安全性设计是指在系统结构、电路板布局方面的安全性设计。电路安全性设计，除了电路原理的安全性以外，还需要有良好电路布线、布局和良好的系统结构设计才保证。这要求我在系统结构设计的过程中要注意在电系统结构的设计中各种采集从采样的布放，到机柜内部走线，再到进入采集板的各种转接端子及至采样信号进入电路板的布线都要充分考虑到安全措施。这些措施包括：采样信号线尽量与强电线缆分开走；采样线的线材使足够的线径；采样线采用阻燃线；机柜内部信号线要与交流供电线分开；进入采集板的各种端子保证足够

28、的安全间距；采集板信号线的走线要充分考虑安全间距等。3、施工安全性设计是指在系统设计的过程中要考虑到施工安装过程的方便、简易、可靠。这些措施看似与安全性设计关系不大，实际上在系统设计中如能充分考虑到施工过程的方便、简易、可靠等因素，可以减少施工的难度和施工过程中出现的意外这样也提高了整个系统的安全性。2.3.4. 可靠性设计可靠性设计是指在系统设计时应该考虑到监测系统的稳定、可靠工作，使系统更健壮稳定，可靠性设计主要目的是使系统具备良好的抗干扰、抗冲击能力。由于机械室内电磁环境比较差各种强电信号较多，监测系统的信号线比较容易引进各种干扰和冲击电压、电流。这些干扰和冲击轻则影测测试的精度，重则会

29、造成采集板和各种采样单元的损坏，因此需要对这些电路加强保护措施。但是增加的任何保护措施都不应该对系统的安全性有所降低，即不能对被监测设备造成任何不良影响。可靠性设计主要有以下几种措施：1、对采样电路进行保护采样电路保护主要是对电路中过压过流信号进行抑制，在电路设计时可以通过增加防护元件来对电路进行保护。常用防护元件为稳压二极管和TVS管，对一些容易引入浪涌电路的信号线（多指一些与室有联系的信号线）可以采用TVS管进行防护，对系统内部信号引入浪涌电流较小的信号可以使用稳压二极管来防护。2、电源保护从几次雷击对系统造成破坏的实例来看，对系统破坏最为严重的是从电源引入的。因此我们要做好对系统电源保护

30、措施，以抑制雷击浪涌对系统造成的破性和影响。我们首先要做好电源的防雷措施，加强电源防雷和接地；其次我们还在采集板上做好相应的防护，增加TVS或压敏电阻等保护元件。3、CAN通讯保护从实际应用的情况来看CAN通讯是系统中较容易受到损坏环节，CAN通讯一旦损坏采集机之间的信息通道就被破坏，所有的采集信息将中断，因此必须对CAN通讯采用必要的保护措施。CAN通讯保护措施在站机侧通常加在CAN接口卡上，在采集机侧CAN通讯的保护加在采集机的总线板上，对采集CAN通讯电源加强防雷击浪涌的措施，防止由电源引入的雷击浪涌对CAN通讯造成损害。通过对CAN通讯的保护措施提高CAN通讯的可靠性从而提高系统的可靠

31、性。2.3.5. 模拟量采样电路设计新技术条件一个主要特点是模拟量精度的提高（见），要满足这一要求首先要提高模拟量的采集精度。提高采集精度的几个主要措施：1、选用高精度低漂移的传感器；2、提高调整电路中的元件精度，如选用高精度（+0.5%）低温漂（50ppm）电阻器；3、对于传输距离较远的信号采用420mA电流环传输；4、对容易的受到干扰的小信号采用屏蔽双绞线传输信号等。通过这些技术措施的综合使用，减少模拟量采集过程中的误提高模拟量精度。根据新技术条件中关于自检、自诊断的要求，需要对模拟量信号做到故障定位，但由于模拟量信号的不定性，很难对模拟量信号做出判断。为了对模拟量做到故障定位我们对模拟量

32、做出了如下的要求，对于模拟量的正常幅度不采用满幅度，如对于5V信号不使用0-5V的满幅度，而是采用做为有效信号幅度。这样做的好处是当信号断线或与地混线（<0.5V）或者与电源或高电压混线（>4.5V）可以通过对模拟量的采集的结果来判断信号是否有效。3. 系统结构06版监测系统主要由采集机、站机以及网络设备三大部分组成。采集机完成对设备的监测信息的采集；站机对采集机上报的监测或测试信息进行存储处理，完成人机界面显示与其它系统接口联接，与段局服务器的联网功能；网络设备为站机与段、局服务器的网络联结。06版微机监测总体结构框图如下图所示：站机系统的结构示意图如下图所示：绝缘测试组合采集机

33、柜采集机层CAN总线3.1. 采集机功能介绍根据新技术条件的要求，通过将采集机功能的组合和优化，06版微机监测系统将采集机分为：开关量采集机、电源屏采集机、半自动闭塞采集机、信号机点灯电流采集机、普通道岔采集机、提速道岔采集机、绝缘漏流灯丝采集机、移频采集机、轨道采集机、交直流互感器机、外电网采集机、环境监控采集机等12个大类的采集机。3.1.1. 开关量采集机开关量采集机完成开关量信息的采集，每个开关量采集机由电源、总线板和八块开关量采集板组成，可以完成384路开关量的采集。通过配置不同的程序，开关量采集机可以完成对站场和区间信息的监测、以及各种功能性关键继电器状态监测、熔丝断丝的监测。开关

34、量采样采用高阻加光电隔离技术，采集机内部电路与被采样设备进行电气隔离，保证开关量采集机不会对被采集系统造成影响。为了防止浪涌电流对采样电路造成的危害，我们对开关量采样电路增加TVS管进行防护，增强采样电路可靠性。对于采集交流信号的开关量，可以通过CPU对采集到的信号分析其有效性。对采样到的信号进行分析，分析信号是否交变的。如果采样到有效信号，但不是交变的，证明采样电路失效，上报采集故障。3.1.2. 电源屏采集机电源屏采集机由C0组合、电流采集单元、电源、总线板和三块交直流模拟量采集板组成，可以实现对48路电源屏输入输出信号的电压、电流、功率、频率、以及25Hz电源输出电压相位角以及断相、错序

35、、瞬间断电等开关量采集。模拟量的采集是通过隔离转换单元完成，对不同信号的隔离转换单元根据信号的不同采用高阻隔离、电磁隔离、光电隔离等方式，完成与被监测设备的隔离。通过这些隔离方式，可以保证采集系统不会对被监测设备造成影响。模拟量采集板对模拟量信号的采集是通过多路开关对信号进行选路，通过给每个模拟开关IC加一个不同的固定电压信号，每次模拟量采样前都先对这些固定电压信号进行采样，如果结果偏出一定范围的话，则可以判定该模拟开关或这一路AD故障。3.1.3. 半自动闭塞采集机半自动闭塞采集机由一个64D转换单元、四个半自动闭塞电流传感器和一块模拟量采集板组成，可以实现对四个出站口方向的半自动闭塞线路电

36、压和电流的监测。一个半自动闭塞采集机可以满足大部分车站的采集要求，如遇到个别出站口较多的车站，可以增加一个64D转换单元和四个半自动闭塞电流传感器，即可以满足八个出站口的需要，而不必增加模拟量采集板。半自动闭塞采集机不单独配置电源和总线板，可以利用信号机点灯电流采集机中空余的位置安装。3.1.4. 信号机点灯电流采集机信号机点灯电流采集机由96个信号机点灯电流传感器、电源、总线板和两块模拟量采集板组成，可以满足48架列车信号机的采集要求。3.1.5. 普通道岔采集机普通道岔采集机用于完成对ZD6等直流道岔转辙机动作电流曲线的采集。一个普通道岔采集机由电源、总线板、八块普通道岔采集板和96个1X

37、模块组成，可以实现对96个直流转辙机的采样。每个普通道岔采集板可以完成对36个开关量、12路模拟量的采集，可以监测12个ZD6道岔转辙机。每个道岔转辙机采集信息包括：一个1DQJ、一个定表示、一个反表示、一路模拟量输入。道岔动作电流的采集由道岔电流转换单元1X模块完成，使用穿心方式，与被采集系统电气上是隔离的，不会对系统造成任何影响。3.1.6. 提速道岔采集机提速道岔采集机用于完成对S700K等三相交流道岔转辙机，动作电流曲线的采集。每个提速道岔采集机由电源、总线板、八块提速道岔采集板和48个3X模块、48个道岔功率采集单元组成，可以实现对48个S700K或液压电动转辙机的动作电流和转辙机有

38、功功率的监测，每个提速道岔采集板在监测转辙机电流时可以完成对24个开关量、24路模拟量的采集，可以监测8个提速道岔转辙机，每个转辙机动作电流采集信息包括：1个1DQJ、1个定位表示、1个反位表示、3路模拟量输入。每个提速道岔采集板可以完成24路转辙机功率的采集，每个转辙机有功功率采集信息包括：1个1DQJ开关量、1路模拟量输入。道岔动作电流的采集由提速道岔电流转换单元3X模块完成，使用穿心方式，与被采集系统电气上是隔离的，不会对系统造成任何影响。转辙机动作功率的监测由功率传感器模块，电流穿心方式采集，电压采用高阻加光电隔离方式采集，不会对系统造成不良影响。在后续的工作中将把3X模块和功率传感器

39、进行整合，整合后的模块同时输出转辙机动作电流和功率信息，以减少施工和降低成本同时也对安装空间的要求也会大降低。3.1.7. 绝缘漏流灯丝采集机绝缘漏流灯丝采集机完成电缆绝缘测试、电源屏对地漏流测试、灯丝断丝报警、灯丝断丝位置测试等功能。每个绝缘漏流灯丝采集机可以完成对256路电缆绝缘和电源屏漏流的测试和4个方向咽喉灯丝断的测试和监测。绝缘漏流灯丝采集机不单独配置电源和总线板，可以利用电源屏采集机后空余的位置安装使用。3.1.8. 移频采集机移频采集机完成移频/电码化发送和接收电压的监测，通过对发送和接收电压采样，通过DSP运算对发送端功出电压、载频切换码、发送电流、发送通道电缆模拟网络电缆侧电

40、压、接收通道电缆模拟网络电缆侧电压、轨入电压、轨出1电压、轨出2电压的载频及低频频率的测量 一个移频采集机由电源、总线板、两块发送电压采集板、五块接收电压采集板、一块模拟量采集板和16个发送电流传感器组成，可以实现对16路移频信号的测试。3.1.9. 轨道采集机根据轨道电路制式的不同，轨道采集机分为监测25Hz相敏轨道电路的25HZ轨道采集机和监测480轨道电路的480轨道采集机两种。25Hz轨道电路采集机由电源、总线板和8块25Hz轨道采集板组成，可以实现对120路轨道电路的采集，可以监测25Hz相敏轨道电路轨道接收端交流电压、相位角。采集机对采样到的轨道电压信号进行数字滤波，滤除50Hz的

41、交流干拢，然后计算轨道电压的有效值。与局部电源的相位进行比较，得到轨道电路电压与局部电源间的相位角。480轨道采集机由电源、总线板、四块480轨道交流采集板和四块480轨道直流采集板组成，可以实现对48路480轨道电路接收端的交直流电压的测试。采集机对采样到的轨道电压信号进行数字滤波，采用50Hz的带通滤波，滤处掉轨道电路上的干扰信号，然后计算轨道电压的有效值。3.1.10. 道岔表示电压采集机道岔表示电压采集机由电源、总线板和八块交直流互感器板组成，可以实现对112个道岔表示继电器的交直流电压的测试，每个交直流互感器板可以采集14个道岔表示继电器，可以对7个道岔的表示电压进行监测（7个定表示

42、和7个反表示）。采集机对采样到的信号首先进行低通滤波，滤除其中的交流成分，得到道岔表示电压的直流成分；然后进行高通滤波，滤除其中的直流成分，然后通过计算得到交流成分的有效值。对于ZD6系列道岔，每块采集板可以实现对7组道岔的监测，对于S700K系列道岔，每块采集板可以实现对7个电机的监测。3.1.11. 外电网采集机外电网采集机由外电网隔离采集箱和外电网监测单元两部分组成，就近采用壁挂方式安装在电务闸刀配电箱附近，与站机以CAN网络线相联，供电由监测系统提供。外电网采集机采用了单独的壁挂式或座式机箱的结构。采用的结构为隔离箱+采集箱的双箱式结构，隔离采集箱安装电流采样的电流互感器和电压采样的保

43、险和隔离电阻都为无源元件，确保隔离采集工作的稳定型，隔离采集箱外就近安装外电网监测单元完成外电网信息的采集。每个外电网采集机可以监测二路外电网的输入。外电网采集机通过电流互感器采集外电网的电流信息，对外电网电压的采集通过高阻接电压互感器模块得到。频率、相位角通过采样到的电压信号计算得到，通过对电压信号的计算还可以得到外电网电压的谐波成份。功率信号由电压和电流乘积得到外电网采集机实时对电压信号进行监测，一旦发现外电网的断电、瞬间断电立即报警。外电网采集机还可以记录实时波形，如有需要可以记录电网质量劣化（如瞬间断电、波形畸变等）的波形。3.1.12. 环境监控采集机环境采集机由两部分组成，一部分为

44、安装在采集机柜内的环境采集机，另一部分为用于控制空调的空调控制器。环境采集机使用4U采集机设计，安装在微机监测采集机柜内，空调监控器使用箱式设计，安装在空调的附近便于使用红外对空调进行控制。环境采集机完成对信号机械室、电源屏室、微机室以及TDCS车务终端机柜内的温湿度和关键设备表面温度监测，以及电源室、微机室、机械室等处的烟雾、明火、水浸、门禁、玻璃破碎等报警开关量信息的采集。每个环境采集机可以监测22路模拟量和22路开关量信息，可以满足一个车站信号机械室内环境监控的需要。模拟量用于监测温湿度模拟量信息，开关用于监测烟雾等报警开关量信息。环境采集机的信息采集都使用工业标准传感器对各种信息完成采

45、集。每个环境采集机预留四路开关量输出，做为声光报警驱动使用。空调监控器监测民用空调电压、电流、功率，同时自动根据设定或由站机控制空调的启停，来对室温进行调节。空调器电压和电流的采样方式与外电网的采样基本相同，只是量程要小一些，功率可通过对电压和电流的计算得到。对空调的控制可以通过对空调遥控器的学习得到各种控制码。3.2. 车站系统接口3.2.1. 采集机与站机06版监测网络上位机与采集机之间和TJWX-2000型监测一样，采用CAN网络进行通讯。但由于06版监测每块单板就一个采集机也是一个CAN节点，这样采集机的数量较2000型监测来说，通常要增加5倍以上。原来2000型微机监测使用的CAN1

46、.0的通讯协议，由于ID位数的限制只支持31个采集机就不能满足使用，因此06版监测下层网络的协议使用CAN2.0B，可容纳一台主机、32类从机，每类从机最多有256个，最多允许8000多个节点。同一个CAN网络受CAN接口器件驱动能力的影响，一般只能容纳100个左右的CAN节点，如CAN网络上需要更多的节点可以考虑使用中继器（没有验证过）。06版监测新协议上下位机通讯以自主帧为主，采集机采集到的数据定时或变化时自主上报。新协议支持更多的上位机对下位机的管理命令，便于上位机对下位机的维护。新协议完全兼容TJWX-2000型监测系统CAN通讯协议，可以无缝接入原2000型采集机或使2000 CAN

47、通讯协议的设备，方便2000车站的改造及升级。上位机与下位机的通讯除使用CAN网络以外，还支持RS232、RS422、RS485等常用的通用串行总线，便于与其它智能监测设备的通讯。也可以采用下位机进行协议转换，将各种接口类型转换为CAN通讯帧来完成通讯。3.2.2. 站机与其他监测设备或被监测设备技术条件 要求“监测系统通过车站站机与TDCS/CTC、列控中心、计算机联锁、智能电源屏等系统接口”。这就要求上位机要提供足够的接口，与其他系统联接，这些接口通常以RS232、RS422、RS485进行联接，因此上位机在必要时应该扩展串口数量，以满足与其他被监测系统的联接。06版站机的配置需考虑串口的

48、需求，建议采用4串口以上配置并预留扩展8串口的空间。3.3. 车站系统机械结构3.3.1. 机柜06版监测的系统结构采用两种方案，一种是采用铁标机柜方式，另一种是采用19英寸欧标机柜方式。3.3.1.1. 铁标机柜铁标机柜的结构与TJWX-2000机柜结构基本一样，机柜的基本尺寸为2300 X 900 X 600。机柜内以4U为单位安装采集机组匣、C0单元、继电器组合和综合固定组合等，在06版的监测中由于新增功能较多，会增加采集机的数量，另外还会增加信号衰耗层。由于机柜内部的空间限制，当增加层较多时，可以考虑将绝缘测试组合移出采集机机柜，放至组合架或另加机柜。06版监测的上位机也采用与TJWX

49、-2000一样的结构，使用小工控机柜，机柜内放置工控机、显示器、UPS和网络设备等。结构如下图所示：铁标机柜的方案所采用的是TJWX-2000型完全一样的结构，这种机柜适合于机械室内安置（与组合架的尺寸一致）。CAN总线3.3.1.2. 欧标机柜欧标机柜的外形尺寸为2000 X 600 X 900（mm）高度共42U，内部分别安装欧标C0组合、采集机组匣、欧标综合固定组合，机柜顶部安装温控风扇，其中欧标C0组合占8U，采集机组匣和欧标综合固定组合占4U，温控风扇安装在项部，不占用42U空间。一个欧标机柜内可以安装1个欧标C0组合，7个采集机组匣，1个欧标综合固定组合。当C0转换单元容量不够时，

50、可在组合架上安装铁标C0组合，在欧标机柜内不放绝缘测试组合，绝缘测组合放可放在组合架上。使用欧标采集机柜时，工控机柜与使用铁标机柜时的工控机柜功能及内部设备都一样。使用欧标机柜时的系统结构如下图所示：3.3.2. 组匣组匣用于承载06版微机监测系统的各种功能板（包括采集机电源+采集板+总线板），是微机监测采集机系统的基本组织单元。采集板完成微机监测系统的信号采集，采集机电源通过总线板为采集机供电，总线板为为采集板提供电源总线和通讯总线，并与组匣一起完成对采集板和采集机电源的机械固定和安装。根据采用机柜的不同分别使用铁标和欧标两种组匣。3.3.2.1. 铁标组匣新版监测的组匣与2000型监测一样

51、采用4U高的铁标组匣，每个组匣内包括两个采集机单元（包括采集机电源+采集板+总线板）。采集板和采集机电源为标准4U插板，安装于采集机组匣中，组匣的基本结构如下图所示：在一层采集机组匣中，分为两个单元，一块采集机电源加9块采集板，采集机电源和采集板通过端子与组匣背面的总线板相联，采集机电源为采集板供电，采集板之间只有电源线和CAN总线的联接。（此处为计划增加的内容：电源关系，对外出线关系）3.3.2.2. 欧标组匣欧标组匣使用4U标准欧标组匣，每个组匣内可以安装1块采集机电源和10块采集板。采集板和采集机电源为标准4U插板，安装于采集机组匣中，组匣的基本结构如下图所示：3.3.3. 插板（采集板

52、和采集机电源）新版监测的插板主要是指在4U插箱内安装的采集板和采集机电源，这些插板按欧标4U单板的相关尺寸设计，这样便于使用一些标准附件。每块单板由面板、拉手、连接件、电路板以及连接端子组成。电路板为采集机和电源主体部分，其他的为附件。面板上留有指示灯孔，用于安装固定单板上的指示灯，面板上下各有一个固定镙丝，用于将单板固定到插箱内。拉手安装于面板上，便于单板从插箱内拔出。连接件用于面板和单板的联接。这些附件都使用标准件，可由标准件加工而成，便于采购也有利于降低成本。3.3.3.1. 采集板采集机印制板主要机械尺寸图如下图所示：采集机印制的指示灯位，进行了规范，所有采集均按照这一规范进行布置，从

53、而使面板的灯孔位置也得到相应的规范，可以使采集机的面板可以互换。采集灯也位置图如下图所示：3.3.3.2. 采集机电源采集机电源在机械结构上与采集机基本相同，不同之处有以下几个方面：1、采集机电源为12个Te，为了使采集机电源易于安装，采集机电源安装位置相对于采集板要向内移了一个Te。2、电源的厚度较大，相对较重，采用4个联接器与采集机面板联接，底板上两个，上壳两个。3、电源面板上除指示灯外，还有电源开关。4. 单板电路设计单板主要是指各种采集板和采集机电源。采集板的分类06版监测中根据新技术条件的要求，通过将采集功能的组合和优化，将采集板分为：开关量采集板、模拟量采集板、交流模拟量采集板、普

54、通道岔采集板、提速道岔采集板、绝缘漏流灯丝采集板、移频采集板、轨道采集板、交直流互感器板、外电网采集板、环境采集板等11个大类的采集板。4.1. 开关量采集板功能开关量采集板完成开关量信息的采集，每个开关量采集板完成48路开关量的采集。通过配置不同的程序，开关量采集板可以完成对站场和区间信息的监测、以及各种功能性关键继电器状态监测、熔丝断丝的监测、闭锁封联报监测。安全性开关量采样采用高阻加光电隔离技术，采集板内部电路与被采样点进行电气隔离，保证开关量采集板不会对被采集系统造成影响。（安全性、可靠性单列在前作为）可靠性为了防止浪涌电流对采样电路造成的危害，我们对开量采样电增加TVS管进行防护，增

55、强采样电路可靠性，如下图所示。上图中电阻R201和TVS TV102组成的保护电路，对于交流24V的开关量信号，R201为51欧1210电阻，TVS为SMAJ40CA，当电压超过40V时，TVS就会将信号电压钳位于40V对后级的采样电路起到保护作用。由于是开关量信号有交流和直流两种信号，所以这里都使用采用双向TVS管。故障定位和自诊断 对于采集交流信号的开关量，可以通过CPU先对采集到的信号分析其有效性。方法是，信号频率为50Hz，使用高速采样3ms，对采样到的信号进行分析，分析信号是否交变的。如果采样到有效信号，但不是交变的，证明采样电路失效，应该报采集故障。在一些开关量可靠性有特殊要求的场

56、合，开关量可以采用电路冗余方案，使用双套采样电路，对采样到的信号预先进行比较，当两套采样电路采样到的信息不一致时，即可以判定为采样电路出现故障，再通过上面的方法对信号进行分析可以定位哪一路采样电路出现了故障。下图为开关冗余采样电路的原理图：4.2. 模拟量采集板功能模拟量采集板完成对模拟量信号的采集，每个模拟量采集板可完成对48路模拟量的采集。主要用于一些信号设备实时电压、电流信号的监测，通常这些信号通过各种隔离转换单元转换成模拟量信息，以电压或电流信号的形式输出到模拟量采集板进行采样。模拟量采集板通过配置不同的程序可以完成电源屏监测（采集电源屏电压、电流并计算功率）、电码化/移频电流监测等功

57、能。安全性模拟量的采集是通过隔离转换单元完成，对不同信号的隔离转换单元根据信号的不同采用高阻隔离、电磁隔离、光电隔离等方式，完成与被监测设备的隔离。通过这些隔离方式，可以保证采集系统不对被监测设备造成影响。可靠性模拟量采集板采集的模拟量是隔离转换单元的输出，隔离转换单元中已经输出信号做相应的保护措施，从其输出引入大的浪涌信号的可能性大大被降低了，不必采用TVS管等强力保护措施。模拟量采集板的采集电路使用稳压管进行保护，稳压管和隔离转换单元的输出电阻一起组成保护电路，模拟量采集板的输入模拟量信号的电压限制在允许范围内。在转换单元侧的信号输出侧进行限压、限流等措施，在采集电路侧使用了一个5.1V的稳压管和一个并联的10K电阻组成一个基本保护电路。稳压管用于将电压限制在允许的范围，10K电阻用