1、文檔名稱06版微機監測 站機系統硬件技術方案文檔編號版 本 號1.0作 者孫冀東項目名稱06版微機監測審 核承辦單位研發部 信息平臺項目組批 準合作單位微機監測標 準 化日 期2008.12.07使用范圍內部頁數38頁數只計正文06版微機監測 站機系統硬件技術方案河南輝煌科技股份有限公司 研發部文檔文件名：06版微機監測 站機系統硬件技術方案歷史版本記錄時間版本號修改人修改內容1.0孫冀東創建1.0孫冀東修改與系統介紹1.2不一致的地方，并根據近期討論的結果進行修訂。修改了采集板和采集機的概念，補齊了1.0中未介紹完的采集機。定稿。1.0孫冀東根據評審意見對文檔進行了較大的調整和修改包括：總體

2、結構以及內容的調整。文檔更名為：站機系統硬件技術方案。1.0孫冀東根據最新討論的技術方案，對道岔功率采集方案進行了明確，增加了交流模擬量采集板，將道岔表示電壓采集板的名稱改為交直流互感器板。1.0孫冀東修改部分語法錯誤目 錄1. 引言12. 06版監測技術方案32.1. 06版監測的設計原則32.2. 06版新增技術要求（硬件部分）42.2.1. 提高了精度42.2.2. 監測內容增加62.2.3. 穩定性要求提高62.2.4. 自檢自診斷功能62.3. 滿足新技術條件的主要技術措施62.3.1. 智能采集板72.3.2. 數字信號處理技術92.3.3. 安全性設計102.3.4. 可靠性設計

3、112.3.5. 模擬量采樣電路設計123. 系統結構133.1. 采集機功能介紹143.1.1. 開關量采集機143.1.2. 電源屏采集機153.1.3. 半自動閉塞采集機153.1.4. 信號機點燈電流采集機163.1.5. 普通道岔采集機163.1.6. 提速道岔采集機163.1.7. 絕緣漏流燈絲采集機173.1.8. 移頻采集機173.1.9. 軌道采集機173.1.10. 交直流互感器機183.1.11. 外電網采集機183.1.12. 環境監控采集機193.2. 車站系統接口193.2.1. 采集機與站機193.2.2. 站機與其他監測設備或被監測設備203.3. 車站系統機械

4、結構203.3.1. 機柜203.3.1.1. 鐵標機柜203.3.1.2. 歐標機柜213.3.2. 組匣233.3.2.1. 鐵標組匣233.3.2.2. 歐標組匣233.3.3. 插板（采集板和采集機電源）243.3.3.1. 采集板243.3.3.2. 采集機電源254. 單板電路設計264.1. 開關量采集板264.2. 模擬量采集板284.3. 交流模擬量采集板304.4. 普通道岔采集板304.5. 提速道岔采集板314.6. 絕緣漏流燈絲采集板324.7. 移頻采集板334.8. 軌道采集板354.9. 交直流互感器板354.10. 外電網采集板364.11. 環境采集板374

5、.12. 采集機電源板381. 引言TJWX2000型微機監測系統是鐵道部科教司和運輸局基礎部在1997年第一代微機監測系統的基礎上，開發出的新型微機監測系統，在幾年的使用過程中為監督電務設備運用狀態及鐵路運輸安全做出了貢獻。但隨著鐵路信號新設備的上道使用，原有的TJWX2000型微機監測系統已不能滿足需要，特別是實行鐵路局直管站段新體制和電務段生產力布局調整后，電務部門安全管理難度加大，迫切需要提高微機監測系統技術水平，充分發揮信號微機監測系統在保證行車安全、加強信號設備接合部管理，管理信號設備運用狀態、發現信號設備隱患、分析故障和指導現場作業維修方面的作用，以提高電務部門維護水平和維護效率

6、，壓縮電務故障延時。鐵道部運輸局基礎部、科技司于2006年8月發布信號微機監測系統技術條件（暫行）運基信號2006317號文件，新技術條件對微機監測系統提出了更高的要求。我公司從1994年開始進行信號微機監測系統的研發、生產、銷售工作，先后開發H9510型、TJWX-97型、TJWX-2000型信號微機監測系統，已有一千多座車站安裝了我公司生產的信號微機監測系統，在十幾年的工作中積累了大量的有關信號微機監測的經驗。為適應電務部門對微機監測系統的要求，公司近幾年先后提出了鐵路信號信息平臺和新微機監測兩個研發項目作為微機監測的升級版本。其中鐵路信號信息平臺系統經過了新鄭試點和洛陽至濟源的小規模應用

7、，信息平臺系統已經形成了一個完整的體系。在信息平臺系統中我們采用了一些提高系統可靠性和精度的措施，這些措施也取到了較好的效果。2006年3月，鐵道部運輸局基礎部、科技司組織鐵路局、微機監測研制單位對2000版的微機監測技術條件進行了修訂，我公司作為兩家新技術條件起草單位之一，全程參加了新技術條件的制定工作。在新技術條件的制定過程中，我們借鑒了很多在信號信息平臺系統中的設計經驗。我公司開發的06版微機監測系統是以鐵道部公布的新技術條件為依據，鐵路信號信息平臺為硬件結構基礎開發完成。在滿足新技術條件要求的基礎上，結合了用戶需求和我公司在微機監測研制安裝過程中積累的經驗，我公司生產的06版微機監測與

8、TJWX2000型微機監測系統相比在功能、結構上都有了較大的改進。微機監測系統所要采集、處理和存儲的基礎信息都由車站系統來自于車站系統，因此說車站系統是微機監測系統的基礎。本文主要介紹的是06版微機監測系統站機系統硬件技術方案，在硬件方案的介紹中我們將分別介紹車站系統的主要硬件技術方案和系統結構等內容。在硬件技術方案中我們著重介紹為滿足新技術條件的要求我們所采取的主要技術措施；在系統結構中我們將詳細介紹車站系統的采集機的劃分、主機機械規格和主要采集電路的設計方案等內容。參考資料：鐵路信號微機監測系統技術條件（2006版）鐵路信號微機監測系統技術條件（2000版）鐵路信號微機監測系統硬件部分設計

9、方案（2006版）-鐵道部江海 06版微機監測系統 系統介紹 V1.22. 06版監測技術方案2.1. 06版監測的設計原則1. 06版微機監測采集系統必須具備兼容性好、可靠性高、安全性高、測試數據權威有效等基本特點。2. 06版監測系統要確保系統的開發的持續性、靈活性和可擴展性；遵循向下兼容，向上擴展的設計開發原則。3. 在兼容原微機監測系統的CAN通訊協議的基礎上，將CAN通訊由現有的CAN2.0A/CAN1.O升級為CAN2.0B的標準。將CAN通訊協議的框架由原來的主從/應答幀為主，升級為以自主幀為主以提高系統的實時性和可靠性。4. 總結TJWX-2000型微機監測系統在采樣可靠性、安

10、全性的實際經驗，在新系統的設計中進行一步提監測采樣的可靠性和安全性。對原有的采樣方式在實際應用中的安全、可靠、性能優良的，要堅持原有的采樣方案不做改變。新增的監測項目在采樣電路的設計上，要充分考慮采樣的電路的安全性和可靠性，以達到監測設備與被測設備之間必須具有良好的電氣隔離措施（新技術條件）的要求。5. 在06版監測的設計中應該提高采集板的智能性，采集電路的設計應考慮到可故障定位、可診斷，以滿足“采集機應具有良好的可靠性和實時性，并具備抗干擾及自檢、自診斷能力”的要求。采集板的智能化設計和采集電路的故障定位、故障診斷，可以大大提高監測系統的可維護性。6. 采用各種低漂移、高穩定度的元件和傳感器

11、模塊，提高模擬量采樣的穩定度。提高模擬量的穩定度能夠提高微機監測的信息可信度，也使智能分析和故障診斷具有更高的確度，有效的減少誤報。7. 提高模擬量采樣的精度，以滿足新技術條件對采樣精度的要求。2.2. 06版新增技術要求（硬件部分）通過對新技術條件的學習和理解，新技術條件對于硬件部分的技術要求總結為以下幾點：2.2.1. 提高了精度相對2000版技術條件，新的技術條件對監測精度要求進一步提高，很多的測量精度都提高到了1%的精度。另外對采樣速度以及巡測周期也提高了要求。下表是06版技術條件和2000版技術條件中，模擬量要監測的內容和精度的一個對比表。設備/類型項目06版精度2000版精度電源屏

12、電源屏電壓±1%±2%電源屏電流±2%未監測電源屏頻率±0.5Hz未監測電源屏功率±1%未監測25Hz相位角±1%度未監測巡測周期1s、變化測1s采樣速率斷相、錯序、瞬間斷電開關量的采樣速率為50ms。電壓、電流采樣速率為250ms。未要求交流連續式軌道電路軌道繼電器AC、DC電壓±1%±2%站機巡測周期2s、變化測2min、動態監測25Hz相敏軌道電路25Hz相敏軌道電壓±1%±2%25Hz相敏軌道相位角±1%未要求25Hz巡測周期2s2min、動態監測采樣速率500ms未要求高壓不

13、對稱軌道電路高壓不對稱電壓±2%±2%巡測周期2min、變化測2min、動態監測采樣速率3s未要求駝峰軌道駝峰軌道繼電器工作電流±3%未要求巡測周期2s未要求直流轉轍機直流轉轍機電流±3%±3%直流轉轍機動作時間0.1s0.1s測量速率未要求10ms交流轉轍機交流轉轍機動作電流±2%±3%交流轉轍機動作功率±2%未監測交流轉轍機動作時間0.1s0.1s測量速率10ms駝峰轉轍機駝峰ZD7型轉轍機動作電流±3%未明確要求按維規駝峰ZD7型轉轍機動作時間0.1s未明確要求按維規道岔表示繼電器道岔表示電壓

14、77;1%未明確要求按維規電纜絕緣電纜絕緣±10%±10%電源屏輸入出對地漏流電源對地漏泄電流±10%±10%列車信號機列車信號機點燈回路電流±2%未監測站機巡測周期2s、變化測未監測站內電碼化移頻發送端功出電壓±1%±2%移頻接收端限入電壓±1%±2%移頻發送電流±2%未要求載頻頻率±0.1Hz未監測低頻頻率±0.1Hz未監測站機巡測周期2 s、動態測2min集中式有絕緣移頻移頻發送端功出電壓±1%未要求移頻接收端限入電壓±1%未要求移頻發送電流

15、7;2%未要求載頻頻率±0.1Hz未監測低頻頻率±0.1Hz未監測站機巡測周期2 s、動態測未要求集中式無絕緣移頻移頻發送端功出電壓±1%±20%移頻接收端限入電壓±1%±20%移頻發送電流±2%未要求載頻頻率±0.1Hz未監測低頻頻率±0.1Hz未監測站機巡測周期2 s、動態測2min環境監控環境濕度±3%RH未監測環境溫度±1未監測關鍵設備表面溫度±1未監測民用空調電壓±1%未監測民用空調電流±2%未監測民用空調功率±2%未監測站機巡測周期1

16、s、變化測未監測半自動閉塞半自動閉塞電壓±1%未監測半自動閉寒電流±1%未監測站機巡測周期2 s未監測從表中可以看出06版技術條件中，模擬的精度和采樣速度以及巡周期相對2000版的技術條件的要求都有了進一步的提高。上表中主要是模擬量的精度，在新技術條件中開關量的采樣速率和巡測周期相對模擬量也有了較大提高如下表：設備/類型項目06版精度2000版精度開關量開關量采樣周期150ms250ms站機巡測周期1s未要求2.2.2. 監測內容增加新技術條件增加了外電網監測、環境監控、道岔表示電壓、列車信號機點燈回路電流、移頻信息監測、半自動閉塞線路電壓電流監測等監測項目。原有的監測項目

17、，新技術條件中又增加了新的監測內容，以電源屏為例，原來監測的主要是電源屏電壓，現在增加為電壓、電流、功率等監測內容。新的監測項目對原有監測內容的豐富，使得對設備的監測更為全面，從而為智能分析提供了更多的信息。2.2.3. 穩定性要求提高新技術條件3.15要求“監測系統的模擬量經過標準計量器具校核后，應保證1年內其各項測試精度指標滿足技術條件的要求”。這要求模擬量采集電路應該具有更高的穩定性，要求我們盡可以的減少電路設計中的各種漂移等不穩定因素。2.2.4. 自檢自診斷功能新技術條件要求“采集機應具有良好的可靠性和實時性，并具備抗干擾及自檢、自診斷能力”。在這一方面我們在信息平臺設計中進行了充分

18、的考慮和加強，已經可以滿足這一方面的要求了。2.3. 滿足新技術條件的主要技術措施這一部分并不是一個系統的方案，主要介紹為滿足新技術條件的要求，在06版微機監測系統設計中，采用的技術方案和技術措施。2.3.1. 智能采集板在TJWX-2000型微機監測系統中信息采集的基本單位為采集機，其基本結構通常為電源+CPU板（1塊）+N塊采集板（最多8塊）在同一塊總線板組成一個采集機。采集機以CPU板為控制和處理中心，通過總線板上的數據總線對采集板進行控制，并對采集板采集的信息進行處理。其中采集板都是非智能板，板上只有采集電路完成各種不同的采集功能，不能進行信息處理；CPU板上有CPU為智能板，其功能是

19、對采集板所采集信息進行組織和處理，并將結果上送上位機。在新技術條件中的一些新的要求如：電源屏輸入輸出功率的監測、頻率的監測、相位角的監測、移頻信息的監測等，對這些信息的監測不僅僅是相關的信息的采集，更多是需要采集機或采集板完成大量、高速、實時的計算。為了滿足新技術條件對采集信息計算量的要求，在06版監測中的采集板，將CPU板和采集板整合到一起每塊采集板上都有CPU，每塊板即是CPU板也是采集板。每塊采集板同時還提供CAN通訊能力，做為底層采集CAN網絡的一個網絡節點。因此06版微機監測的采集板是功能整合過的智能采集板。智能采集板的使用即提高系統的可維護性，同時也滿足了新技術條件對系統要具有自檢

20、、自診斷能力的要求。智能化采集板都具有自檢、自診斷、故障定位的功能，當采集板故障時可以主動發出報警，并自我定位出故障點，通過上位機查詢的報警信息中同時有故障定位信息，這樣大大方便了系統的維護和管理。智能采集板采集信息量比原微機監測系統的采集機少，可以對采集信息進行更多的計算和分析，可以提高了下位機對信息處理的能力，從而改變了TJWX-2000型微機監測系統信息處理過于依賴上位機的情況。信息量的減少也使CAN通訊數據包減小，可以更有效的發揮CAN總線在小數據包處理上的實時性優勢，提高CAN通訊傳輸的效率。智能采集板每塊板上都有CPU因此智能采集板需要進行功能化，即每塊采集板要完成相應的監測功能。

21、因此06版監測中也對采集功能進行了整合，將完成某一種或幾種功能的采集電路整合到一塊采集板上完成一類設備的監測功能。以普通道岔采集機為例：將采集12路1DQJ、12路定表示、12路反表示共36路開關量信息和12路模擬量信息，這樣每個提速道岔采集機可完成對12個普通道岔電機的監測，每路采集含1個1DQJ、一個定表示、一個反表示和1路模擬量（動作電流曲線）以及道岔動作時間的監測。下圖智能采集板的原理框圖：智能采集板以CPU單元為核心，完成采集信息的處理；電源管理采集板提供電源以及電源監視，當電源有波動時復位CPU；顯示單元對采集板的工作狀態和采集狀態進行檢測；機號檢測單元為CPU提供采集板的槽位信息

22、；SCI接口可以做串口通訊接口和加載采集機程序之用；SPI接口用做串行同步接口和通過SPI加載采集機程序之用；JATG仿真接口用做程序調試仿真之用；外部存儲器用于擴展32K字內存空間；CAN通訊為采集板提供CAN通訊接口；采集單元部分是進行整合后的相關采集電路，這部分根據智能采集板的功能不同，采集電路也不相同。每塊智能采集板除了采集單元不同之外，其它幾個部分都采用相同的結構，這樣使得采集板電路設計規范、統一。采集單元根據采集板的監測功能，不同的板上整合有不同采集電路，開關量信息通過CPU的數字I/O接口采集，模擬量信息在板上經過整理（阻抗、電平轉換并對信號進行限幅）由CPU片上ADC進行AD轉

23、換并處理。2.3.2. 數字信號處理技術新技術條件中區間移頻/站內電碼化的監測，不僅要監測移頻發送和接收的電壓，還要監測載頻和低頻的頻率信息，而且這些信息的精度要求都非常高。由于要監測的信號中有較多的干擾成分，這些干擾成分對測量精度的影響很大，需要將這些信號中的無用干擾信號濾除。使用濾波電路來濾除，對元件精度的要求較高性能不穩定，難以達到新技術條件的要求，因此在移頻信息監測時我們采用了數字信號處理技術。對這類信息處理使用通用DSP芯片進行，首先通過互感器模塊對移頻信息進行隔離轉換，然后由DSP片上AD進行高速采樣（>8K），通過對采樣到的信號進行數字帶通濾波計算，將信號中的各種干擾成分濾

24、除后計算移頻電壓信息。然后由DSP處理器對采樣信息進行數字濾波和FFT運算得到上下邊頻和低周頻率。下圖為區間移頻監測處理的流程框圖：新技術條件中對25Hz軌道電路軌道接收端交流電壓監測精度的要求為±1%，相位角的精度要求為±1%，但是由于工頻干擾的影響被監測的信號上有大量干擾信號，直接測量精度很難達到這一要求。因此需要濾除信號中的工頻干擾，現在一般有兩種方案：一種是采用對50Hz有抑制的傳感器模塊（如WB的TO26傳感器）；另一種是采用DSP方案。采用第一種方案50Hz工頻的衰減為13dB，對測量電壓的精度還有一定的精響，達不到技術條件要求±1%。使用DSP方案首

25、先采集軌道電壓和局部電壓的實時波形，并對采集到的實時波形進行數字濾波，濾除掉工頻干擾，有助于提高測試精度，并利用濾波后的波形計算軌道電壓的真有效值，然后分別計算兩種波形通過零點的時間，計算出兩個波形的時間差和周期，計算出相位差的數值。采用數字濾波方式相對與模擬電路的濾波可以很容易的實現高質量的阻、通帶特性，對工頻的衰減可以達80dB，能夠滿足技術條件的要求。下圖為使用DSP對25Hz軌道電路接收端交流電壓和相位角監測的處理流程：使用數字信號處理技術后，可以使原來采用模擬電路方案難以實現的監測項目和監測精度得以實現。隨著通用DSP芯片價格的下降，已經允許我們在監測產品中使用DSP芯片做為采集板C

26、PU，通過DSP的高速運算可以得到儀表級。采集精度。2.3.3. 安全性設計安全性設計是指監測的采集電路不對被監測的設備造成不良影響。在06版監測的系統設計中，安全性設計是系統設計的基本原則之一，所有的設計都應該首先充分評估其安全性。在安全性設計中不僅是只是電路安全性設計，涉及到安全的系統結構設計、安全的施工安裝設計。在綜合、全面考慮了這些安全性設計以后，才能保證系統的安全性。1、電路安全性設計是指電路的采樣原理的安全性，也就是微機監測技術條件中要求的“監測系統應具備良好的隔離措施，不得影響被監測設備的正常工作”。在電路采樣原理設計時要做到，監測電路與被監測電路之間的電氣隔離。電氣隔離的方式主

27、要有：高阻隔離、電磁隔離和光電隔離等幾種主要方式，一般情況下需要綜合使用這幾種隔離方式，才能起到良好的電氣隔離效果。2、結構安全性設計是指在系統結構、電路板布局方面的安全性設計。電路安全性設計，除了電路原理的安全性以外，還需要有良好電路布線、布局和良好的系統結構設計才保證。這要求我在系統結構設計的過程中要注意在電系統結構的設計中各種采集從采樣的布放，到機柜內部走線，再到進入采集板的各種轉接端子及至采樣信號進入電路板的布線都要充分考慮到安全措施。這些措施包括：采樣信號線盡量與強電線纜分開走；采樣線的線材使足夠的線徑；采樣線采用阻燃線；機柜內部信號線要與交流供電線分開；進入采集板的各種端子保證足夠

28、的安全間距；采集板信號線的走線要充分考慮安全間距等。3、施工安全性設計是指在系統設計的過程中要考慮到施工安裝過程的方便、簡易、可靠。這些措施看似與安全性設計關系不大，實際上在系統設計中如能充分考慮到施工過程的方便、簡易、可靠等因素，可以減少施工的難度和施工過程中出現的意外這樣也提高了整個系統的安全性。2.3.4. 可靠性設計可靠性設計是指在系統設計時應該考慮到監測系統的穩定、可靠工作，使系統更健壯穩定，可靠性設計主要目的是使系統具備良好的抗干擾、抗沖擊能力。由于機械室內電磁環境比較差各種強電信號較多，監測系統的信號線比較容易引進各種干擾和沖擊電壓、電流。這些干擾和沖擊輕則影測測試的精度，重則會

29、造成采集板和各種采樣單元的損壞，因此需要對這些電路加強保護措施。但是增加的任何保護措施都不應該對系統的安全性有所降低，即不能對被監測設備造成任何不良影響。可靠性設計主要有以下幾種措施：1、對采樣電路進行保護采樣電路保護主要是對電路中過壓過流信號進行抑制，在電路設計時可以通過增加防護元件來對電路進行保護。常用防護元件為穩壓二極管和TVS管，對一些容易引入浪涌電路的信號線（多指一些與室有聯系的信號線）可以采用TVS管進行防護，對系統內部信號引入浪涌電流較小的信號可以使用穩壓二極管來防護。2、電源保護從幾次雷擊對系統造成破壞的實例來看，對系統破壞最為嚴重的是從電源引入的。因此我們要做好對系統電源保護

30、措施，以抑制雷擊浪涌對系統造成的破性和影響。我們首先要做好電源的防雷措施，加強電源防雷和接地；其次我們還在采集板上做好相應的防護，增加TVS或壓敏電阻等保護元件。3、CAN通訊保護從實際應用的情況來看CAN通訊是系統中較容易受到損壞環節，CAN通訊一旦損壞采集機之間的信息通道就被破壞，所有的采集信息將中斷，因此必須對CAN通訊采用必要的保護措施。CAN通訊保護措施在站機側通常加在CAN接口卡上，在采集機側CAN通訊的保護加在采集機的總線板上，對采集CAN通訊電源加強防雷擊浪涌的措施，防止由電源引入的雷擊浪涌對CAN通訊造成損害。通過對CAN通訊的保護措施提高CAN通訊的可靠性從而提高系統的可靠

31、性。2.3.5. 模擬量采樣電路設計新技術條件一個主要特點是模擬量精度的提高（見），要滿足這一要求首先要提高模擬量的采集精度。提高采集精度的幾個主要措施：1、選用高精度低漂移的傳感器；2、提高調整電路中的元件精度，如選用高精度（+0.5%）低溫漂（50ppm）電阻器；3、對于傳輸距離較遠的信號采用420mA電流環傳輸；4、對容易的受到干擾的小信號采用屏蔽雙絞線傳輸信號等。通過這些技術措施的綜合使用，減少模擬量采集過程中的誤提高模擬量精度。根據新技術條件中關于自檢、自診斷的要求，需要對模擬量信號做到故障定位，但由于模擬量信號的不定性，很難對模擬量信號做出判斷。為了對模擬量做到故障定位我們對模擬量

32、做出了如下的要求，對于模擬量的正常幅度不采用滿幅度，如對于5V信號不使用0-5V的滿幅度，而是采用做為有效信號幅度。這樣做的好處是當信號斷線或與地混線（<0.5V）或者與電源或高電壓混線（>4.5V）可以通過對模擬量的采集的結果來判斷信號是否有效。3. 系統結構06版監測系統主要由采集機、站機以及網絡設備三大部分組成。采集機完成對設備的監測信息的采集；站機對采集機上報的監測或測試信息進行存儲處理，完成人機界面顯示與其它系統接口聯接，與段局服務器的聯網功能；網絡設備為站機與段、局服務器的網絡聯結。06版微機監測總體結構框圖如下圖所示：站機系統的結構示意圖如下圖所示：絕緣測試組合采集機

33、柜采集機層CAN總線3.1. 采集機功能介紹根據新技術條件的要求，通過將采集機功能的組合和優化，06版微機監測系統將采集機分為：開關量采集機、電源屏采集機、半自動閉塞采集機、信號機點燈電流采集機、普通道岔采集機、提速道岔采集機、絕緣漏流燈絲采集機、移頻采集機、軌道采集機、交直流互感器機、外電網采集機、環境監控采集機等12個大類的采集機。3.1.1. 開關量采集機開關量采集機完成開關量信息的采集，每個開關量采集機由電源、總線板和八塊開關量采集板組成，可以完成384路開關量的采集。通過配置不同的程序，開關量采集機可以完成對站場和區間信息的監測、以及各種功能性關鍵繼電器狀態監測、熔絲斷絲的監測。開關

34、量采樣采用高阻加光電隔離技術，采集機內部電路與被采樣設備進行電氣隔離，保證開關量采集機不會對被采集系統造成影響。為了防止浪涌電流對采樣電路造成的危害，我們對開關量采樣電路增加TVS管進行防護，增強采樣電路可靠性。對于采集交流信號的開關量，可以通過CPU對采集到的信號分析其有效性。對采樣到的信號進行分析，分析信號是否交變的。如果采樣到有效信號，但不是交變的，證明采樣電路失效，上報采集故障。3.1.2. 電源屏采集機電源屏采集機由C0組合、電流采集單元、電源、總線板和三塊交直流模擬量采集板組成，可以實現對48路電源屏輸入輸出信號的電壓、電流、功率、頻率、以及25Hz電源輸出電壓相位角以及斷相、錯序

35、、瞬間斷電等開關量采集。模擬量的采集是通過隔離轉換單元完成，對不同信號的隔離轉換單元根據信號的不同采用高阻隔離、電磁隔離、光電隔離等方式，完成與被監測設備的隔離。通過這些隔離方式，可以保證采集系統不會對被監測設備造成影響。模擬量采集板對模擬量信號的采集是通過多路開關對信號進行選路，通過給每個模擬開關IC加一個不同的固定電壓信號，每次模擬量采樣前都先對這些固定電壓信號進行采樣，如果結果偏出一定范圍的話，則可以判定該模擬開關或這一路AD故障。3.1.3. 半自動閉塞采集機半自動閉塞采集機由一個64D轉換單元、四個半自動閉塞電流傳感器和一塊模擬量采集板組成，可以實現對四個出站口方向的半自動閉塞線路電

36、壓和電流的監測。一個半自動閉塞采集機可以滿足大部分車站的采集要求，如遇到個別出站口較多的車站，可以增加一個64D轉換單元和四個半自動閉塞電流傳感器，即可以滿足八個出站口的需要，而不必增加模擬量采集板。半自動閉塞采集機不單獨配置電源和總線板，可以利用信號機點燈電流采集機中空余的位置安裝。3.1.4. 信號機點燈電流采集機信號機點燈電流采集機由96個信號機點燈電流傳感器、電源、總線板和兩塊模擬量采集板組成，可以滿足48架列車信號機的采集要求。3.1.5. 普通道岔采集機普通道岔采集機用于完成對ZD6等直流道岔轉轍機動作電流曲線的采集。一個普通道岔采集機由電源、總線板、八塊普通道岔采集板和96個1X

37、模塊組成，可以實現對96個直流轉轍機的采樣。每個普通道岔采集板可以完成對36個開關量、12路模擬量的采集，可以監測12個ZD6道岔轉轍機。每個道岔轉轍機采集信息包括：一個1DQJ、一個定表示、一個反表示、一路模擬量輸入。道岔動作電流的采集由道岔電流轉換單元1X模塊完成，使用穿心方式，與被采集系統電氣上是隔離的，不會對系統造成任何影響。3.1.6. 提速道岔采集機提速道岔采集機用于完成對S700K等三相交流道岔轉轍機，動作電流曲線的采集。每個提速道岔采集機由電源、總線板、八塊提速道岔采集板和48個3X模塊、48個道岔功率采集單元組成，可以實現對48個S700K或液壓電動轉轍機的動作電流和轉轍機有

38、功功率的監測，每個提速道岔采集板在監測轉轍機電流時可以完成對24個開關量、24路模擬量的采集，可以監測8個提速道岔轉轍機，每個轉轍機動作電流采集信息包括：1個1DQJ、1個定位表示、1個反位表示、3路模擬量輸入。每個提速道岔采集板可以完成24路轉轍機功率的采集，每個轉轍機有功功率采集信息包括：1個1DQJ開關量、1路模擬量輸入。道岔動作電流的采集由提速道岔電流轉換單元3X模塊完成，使用穿心方式，與被采集系統電氣上是隔離的，不會對系統造成任何影響。轉轍機動作功率的監測由功率傳感器模塊，電流穿心方式采集，電壓采用高阻加光電隔離方式采集，不會對系統造成不良影響。在后續的工作中將把3X模塊和功率傳感器

39、進行整合，整合后的模塊同時輸出轉轍機動作電流和功率信息，以減少施工和降低成本同時也對安裝空間的要求也會大降低。3.1.7. 絕緣漏流燈絲采集機絕緣漏流燈絲采集機完成電纜絕緣測試、電源屏對地漏流測試、燈絲斷絲報警、燈絲斷絲位置測試等功能。每個絕緣漏流燈絲采集機可以完成對256路電纜絕緣和電源屏漏流的測試和4個方向咽喉燈絲斷的測試和監測。絕緣漏流燈絲采集機不單獨配置電源和總線板，可以利用電源屏采集機后空余的位置安裝使用。3.1.8. 移頻采集機移頻采集機完成移頻/電碼化發送和接收電壓的監測，通過對發送和接收電壓采樣，通過DSP運算對發送端功出電壓、載頻切換碼、發送電流、發送通道電纜模擬網絡電纜側電

40、壓、接收通道電纜模擬網絡電纜側電壓、軌入電壓、軌出1電壓、軌出2電壓的載頻及低頻頻率的測量 一個移頻采集機由電源、總線板、兩塊發送電壓采集板、五塊接收電壓采集板、一塊模擬量采集板和16個發送電流傳感器組成，可以實現對16路移頻信號的測試。3.1.9. 軌道采集機根據軌道電路制式的不同，軌道采集機分為監測25Hz相敏軌道電路的25HZ軌道采集機和監測480軌道電路的480軌道采集機兩種。25Hz軌道電路采集機由電源、總線板和8塊25Hz軌道采集板組成，可以實現對120路軌道電路的采集，可以監測25Hz相敏軌道電路軌道接收端交流電壓、相位角。采集機對采樣到的軌道電壓信號進行數字濾波，濾除50Hz的

41、交流干攏，然后計算軌道電壓的有效值。與局部電源的相位進行比較，得到軌道電路電壓與局部電源間的相位角。480軌道采集機由電源、總線板、四塊480軌道交流采集板和四塊480軌道直流采集板組成，可以實現對48路480軌道電路接收端的交直流電壓的測試。采集機對采樣到的軌道電壓信號進行數字濾波，采用50Hz的帶通濾波，濾處掉軌道電路上的干擾信號，然后計算軌道電壓的有效值。3.1.10. 道岔表示電壓采集機道岔表示電壓采集機由電源、總線板和八塊交直流互感器板組成，可以實現對112個道岔表示繼電器的交直流電壓的測試，每個交直流互感器板可以采集14個道岔表示繼電器，可以對7個道岔的表示電壓進行監測（7個定表示

42、和7個反表示）。采集機對采樣到的信號首先進行低通濾波，濾除其中的交流成分，得到道岔表示電壓的直流成分；然后進行高通濾波，濾除其中的直流成分，然后通過計算得到交流成分的有效值。對于ZD6系列道岔，每塊采集板可以實現對7組道岔的監測，對于S700K系列道岔，每塊采集板可以實現對7個電機的監測。3.1.11. 外電網采集機外電網采集機由外電網隔離采集箱和外電網監測單元兩部分組成，就近采用壁掛方式安裝在電務閘刀配電箱附近，與站機以CAN網絡線相聯，供電由監測系統提供。外電網采集機采用了單獨的壁掛式或座式機箱的結構。采用的結構為隔離箱+采集箱的雙箱式結構，隔離采集箱安裝電流采樣的電流互感器和電壓采樣的保

43、險和隔離電阻都為無源元件，確保隔離采集工作的穩定型，隔離采集箱外就近安裝外電網監測單元完成外電網信息的采集。每個外電網采集機可以監測二路外電網的輸入。外電網采集機通過電流互感器采集外電網的電流信息，對外電網電壓的采集通過高阻接電壓互感器模塊得到。頻率、相位角通過采樣到的電壓信號計算得到，通過對電壓信號的計算還可以得到外電網電壓的諧波成份。功率信號由電壓和電流乘積得到外電網采集機實時對電壓信號進行監測，一旦發現外電網的斷電、瞬間斷電立即報警。外電網采集機還可以記錄實時波形，如有需要可以記錄電網質量劣化（如瞬間斷電、波形畸變等）的波形。3.1.12. 環境監控采集機環境采集機由兩部分組成，一部分為

44、安裝在采集機柜內的環境采集機，另一部分為用于控制空調的空調控制器。環境采集機使用4U采集機設計，安裝在微機監測采集機柜內，空調監控器使用箱式設計，安裝在空調的附近便于使用紅外對空調進行控制。環境采集機完成對信號機械室、電源屏室、微機室以及TDCS車務終端機柜內的溫濕度和關鍵設備表面溫度監測，以及電源室、微機室、機械室等處的煙霧、明火、水浸、門禁、玻璃破碎等報警開關量信息的采集。每個環境采集機可以監測22路模擬量和22路開關量信息，可以滿足一個車站信號機械室內環境監控的需要。模擬量用于監測溫濕度模擬量信息，開關用于監測煙霧等報警開關量信息。環境采集機的信息采集都使用工業標準傳感器對各種信息完成采

45、集。每個環境采集機預留四路開關量輸出，做為聲光報警驅動使用。空調監控器監測民用空調電壓、電流、功率，同時自動根據設定或由站機控制空調的啟停，來對室溫進行調節。空調器電壓和電流的采樣方式與外電網的采樣基本相同，只是量程要小一些，功率可通過對電壓和電流的計算得到。對空調的控制可以通過對空調遙控器的學習得到各種控制碼。3.2. 車站系統接口3.2.1. 采集機與站機06版監測網絡上位機與采集機之間和TJWX-2000型監測一樣，采用CAN網絡進行通訊。但由于06版監測每塊單板就一個采集機也是一個CAN節點，這樣采集機的數量較2000型監測來說，通常要增加5倍以上。原來2000型微機監測使用的CAN1

46、.0的通訊協議，由于ID位數的限制只支持31個采集機就不能滿足使用，因此06版監測下層網絡的協議使用CAN2.0B，可容納一臺主機、32類從機，每類從機最多有256個，最多允許8000多個節點。同一個CAN網絡受CAN接口器件驅動能力的影響，一般只能容納100個左右的CAN節點，如CAN網絡上需要更多的節點可以考慮使用中繼器（沒有驗證過）。06版監測新協議上下位機通訊以自主幀為主，采集機采集到的數據定時或變化時自主上報。新協議支持更多的上位機對下位機的管理命令，便于上位機對下位機的維護。新協議完全兼容TJWX-2000型監測系統CAN通訊協議，可以無縫接入原2000型采集機或使2000 CAN

47、通訊協議的設備，方便2000車站的改造及升級。上位機與下位機的通訊除使用CAN網絡以外，還支持RS232、RS422、RS485等常用的通用串行總線，便于與其它智能監測設備的通訊。也可以采用下位機進行協議轉換，將各種接口類型轉換為CAN通訊幀來完成通訊。3.2.2. 站機與其他監測設備或被監測設備技術條件 要求“監測系統通過車站站機與TDCS/CTC、列控中心、計算機聯鎖、智能電源屏等系統接口”。這就要求上位機要提供足夠的接口，與其他系統聯接，這些接口通常以RS232、RS422、RS485進行聯接，因此上位機在必要時應該擴展串口數量，以滿足與其他被監測系統的聯接。06版站機的配置需考慮串口的

48、需求，建議采用4串口以上配置并預留擴展8串口的空間。3.3. 車站系統機械結構3.3.1. 機柜06版監測的系統結構采用兩種方案，一種是采用鐵標機柜方式，另一種是采用19英寸歐標機柜方式。3.3.1.1. 鐵標機柜鐵標機柜的結構與TJWX-2000機柜結構基本一樣，機柜的基本尺寸為2300 X 900 X 600。機柜內以4U為單位安裝采集機組匣、C0單元、繼電器組合和綜合固定組合等，在06版的監測中由于新增功能較多，會增加采集機的數量，另外還會增加信號衰耗層。由于機柜內部的空間限制，當增加層較多時，可以考慮將絕緣測試組合移出采集機機柜，放至組合架或另加機柜。06版監測的上位機也采用與TJWX

49、-2000一樣的結構，使用小工控機柜，機柜內放置工控機、顯示器、UPS和網絡設備等。結構如下圖所示：鐵標機柜的方案所采用的是TJWX-2000型完全一樣的結構，這種機柜適合于機械室內安置（與組合架的尺寸一致）。CAN總線3.3.1.2. 歐標機柜歐標機柜的外形尺寸為2000 X 600 X 900（mm）高度共42U，內部分別安裝歐標C0組合、采集機組匣、歐標綜合固定組合，機柜頂部安裝溫控風扇，其中歐標C0組合占8U，采集機組匣和歐標綜合固定組合占4U，溫控風扇安裝在項部，不占用42U空間。一個歐標機柜內可以安裝1個歐標C0組合，7個采集機組匣，1個歐標綜合固定組合。當C0轉換單元容量不夠時，

50、可在組合架上安裝鐵標C0組合，在歐標機柜內不放絕緣測試組合，絕緣測組合放可放在組合架上。使用歐標采集機柜時，工控機柜與使用鐵標機柜時的工控機柜功能及內部設備都一樣。使用歐標機柜時的系統結構如下圖所示：3.3.2. 組匣組匣用于承載06版微機監測系統的各種功能板（包括采集機電源+采集板+總線板），是微機監測采集機系統的基本組織單元。采集板完成微機監測系統的信號采集，采集機電源通過總線板為采集機供電，總線板為為采集板提供電源總線和通訊總線，并與組匣一起完成對采集板和采集機電源的機械固定和安裝。根據采用機柜的不同分別使用鐵標和歐標兩種組匣。3.3.2.1. 鐵標組匣新版監測的組匣與2000型監測一樣

51、采用4U高的鐵標組匣，每個組匣內包括兩個采集機單元（包括采集機電源+采集板+總線板）。采集板和采集機電源為標準4U插板，安裝于采集機組匣中，組匣的基本結構如下圖所示：在一層采集機組匣中，分為兩個單元，一塊采集機電源加9塊采集板，采集機電源和采集板通過端子與組匣背面的總線板相聯，采集機電源為采集板供電，采集板之間只有電源線和CAN總線的聯接。（此處為計劃增加的內容：電源關系，對外出線關系）3.3.2.2. 歐標組匣歐標組匣使用4U標準歐標組匣，每個組匣內可以安裝1塊采集機電源和10塊采集板。采集板和采集機電源為標準4U插板，安裝于采集機組匣中，組匣的基本結構如下圖所示：3.3.3. 插板（采集板

52、和采集機電源）新版監測的插板主要是指在4U插箱內安裝的采集板和采集機電源，這些插板按歐標4U單板的相關尺寸設計，這樣便于使用一些標準附件。每塊單板由面板、拉手、連接件、電路板以及連接端子組成。電路板為采集機和電源主體部分，其他的為附件。面板上留有指示燈孔，用于安裝固定單板上的指示燈，面板上下各有一個固定鏍絲，用于將單板固定到插箱內。拉手安裝于面板上，便于單板從插箱內拔出。連接件用于面板和單板的聯接。這些附件都使用標準件，可由標準件加工而成，便于采購也有利于降低成本。3.3.3.1. 采集板采集機印制板主要機械尺寸圖如下圖所示：采集機印制的指示燈位，進行了規范，所有采集均按照這一規范進行布置，從

53、而使面板的燈孔位置也得到相應的規范，可以使采集機的面板可以互換。采集燈也位置圖如下圖所示：3.3.3.2. 采集機電源采集機電源在機械結構上與采集機基本相同，不同之處有以下幾個方面：1、采集機電源為12個Te，為了使采集機電源易于安裝，采集機電源安裝位置相對于采集板要向內移了一個Te。2、電源的厚度較大，相對較重，采用4個聯接器與采集機面板聯接，底板上兩個，上殼兩個。3、電源面板上除指示燈外，還有電源開關。4. 單板電路設計單板主要是指各種采集板和采集機電源。采集板的分類06版監測中根據新技術條件的要求，通過將采集功能的組合和優化，將采集板分為：開關量采集板、模擬量采集板、交流模擬量采集板、普

54、通道岔采集板、提速道岔采集板、絕緣漏流燈絲采集板、移頻采集板、軌道采集板、交直流互感器板、外電網采集板、環境采集板等11個大類的采集板。4.1. 開關量采集板功能開關量采集板完成開關量信息的采集，每個開關量采集板完成48路開關量的采集。通過配置不同的程序，開關量采集板可以完成對站場和區間信息的監測、以及各種功能性關鍵繼電器狀態監測、熔絲斷絲的監測、閉鎖封聯報監測。安全性開關量采樣采用高阻加光電隔離技術，采集板內部電路與被采樣點進行電氣隔離，保證開關量采集板不會對被采集系統造成影響。（安全性、可靠性單列在前作為）可靠性為了防止浪涌電流對采樣電路造成的危害，我們對開量采樣電增加TVS管進行防護，增

55、強采樣電路可靠性，如下圖所示。上圖中電阻R201和TVS TV102組成的保護電路，對于交流24V的開關量信號，R201為51歐1210電阻，TVS為SMAJ40CA，當電壓超過40V時，TVS就會將信號電壓鉗位于40V對后級的采樣電路起到保護作用。由于是開關量信號有交流和直流兩種信號，所以這里都使用采用雙向TVS管。故障定位和自診斷 對于采集交流信號的開關量，可以通過CPU先對采集到的信號分析其有效性。方法是，信號頻率為50Hz，使用高速采樣3ms，對采樣到的信號進行分析，分析信號是否交變的。如果采樣到有效信號，但不是交變的，證明采樣電路失效，應該報采集故障。在一些開關量可靠性有特殊要求的場

56、合，開關量可以采用電路冗余方案，使用雙套采樣電路，對采樣到的信號預先進行比較，當兩套采樣電路采樣到的信息不一致時，即可以判定為采樣電路出現故障，再通過上面的方法對信號進行分析可以定位哪一路采樣電路出現了故障。下圖為開關冗余采樣電路的原理圖：4.2. 模擬量采集板功能模擬量采集板完成對模擬量信號的采集，每個模擬量采集板可完成對48路模擬量的采集。主要用于一些信號設備實時電壓、電流信號的監測，通常這些信號通過各種隔離轉換單元轉換成模擬量信息，以電壓或電流信號的形式輸出到模擬量采集板進行采樣。模擬量采集板通過配置不同的程序可以完成電源屏監測（采集電源屏電壓、電流并計算功率）、電碼化/移頻電流監測等功

57、能。安全性模擬量的采集是通過隔離轉換單元完成，對不同信號的隔離轉換單元根據信號的不同采用高阻隔離、電磁隔離、光電隔離等方式，完成與被監測設備的隔離。通過這些隔離方式，可以保證采集系統不對被監測設備造成影響。可靠性模擬量采集板采集的模擬量是隔離轉換單元的輸出，隔離轉換單元中已經輸出信號做相應的保護措施，從其輸出引入大的浪涌信號的可能性大大被降低了，不必采用TVS管等強力保護措施。模擬量采集板的采集電路使用穩壓管進行保護，穩壓管和隔離轉換單元的輸出電阻一起組成保護電路，模擬量采集板的輸入模擬量信號的電壓限制在允許范圍內。在轉換單元側的信號輸出側進行限壓、限流等措施，在采集電路側使用了一個5.1V的穩壓管和一個并聯的10K電阻組成一個基本保護電路。穩壓管用于將電壓限制在允許的范圍，10K電阻用