基于TCP/IP协议的微机监测系统研究

孙会儒 高 玉

（1.西安铁路职业技术学院，陕西 西安710014；2.西安铁路职业技术学院，陕西 西安710014）

铁路交通的快速发展对铁路信号设备的可靠性、安全性提出了更高要求，任何一个故障如不能被及早发现及时处理都可能影响行车安全［1］。新技术条件下的信号微机监测系统在监测范围、测试精度上都有了大幅度的提高。运用信号微机监测系统对电务设备的运行状态进行全面、实时、科学的检测监控，做到预防性检测、针对性维修，及时发现、预防、分析故障和指导现场维修［2］，使得在故障发生之前将故障和隐患消灭在萌芽状态［3］。

利用成熟的视频监控技术，对车站的站场、机房、关键设备进行实时监控，当设备发生故障的时候，能够自动控制摄像头指向故障设备，利用互联网将有关故障信息和报警信息上传至控制中心，大大减轻日常人员巡视的工作量，便于及时发现危险隐患、远程指挥处理故障，保障列车运行安全，提高运输效率。

1 信号微机监测系统发展简史

信号微机监测系统的发展可以追溯到1985年。当时，计算机和通信技术都有了长足的发展，计算机在现场的应用也比较广泛。在计算机技术的支持下，有些铁路局将微机监测系统开发提到议事日程上来，并很快付诸了实践。短短的一年之后，已有20多家单位开始研制，一些车站认识到了微机监测系统的先进性，也先后配备了该系统。截止1996年底，有200多个车站拥有自己的微机监测系统。

相比较，最初的微机监测系统，由各铁路局自行研制，缺乏统一标准，技术差异较大，另外，受技术、经济等方面的限制,系统精度不高，可靠性差，运行状况不佳，各站之间处于独立状态，几乎没有集中联网。

经过一年的发展，信号微机监测技术发展很快，铁路上级部门也高度重视其发展。1997年，原铁道部两次对信号微机监测系统进行了大规模调研，并制定了技术原则，组织专家和技术人员联合攻关，研制开发了第一代TJWX-97型信号微机监测系统，这一系统最初推广应用的范围是五大干线，为监督、衡量电务设备运行状况和维护铁路运输安全做出了贡献。

第一代信号微机监测系统在五大干线推广应用后，原铁道部和各铁路局对信号微机监测系统的重要性有了新的认识。因此，原铁道部在2000年初明确提出：信号微机监测系统是保证铁路运输安全的首要措施，并将其按行车安全设备对待。因此，微机监测系统也有电务系统的“黑匣子”之称。

原铁道部2006年3月新公布的《信号微机监测系统技术条件》，对微机监测系统有了更高要求。对微机监测系统的测试精度、稳定性都重新做了规定。2006年TJWX-2006型信号微机监测系统问世。该系统采用DSP数字信号处理技术，提高了测试精度和稳定性，增加并完善了监测内容，增强了可靠性。

随着铁路运营规模的不断扩大和互联网技术的迅速发展，信号微机监测系统向智能化、网络化、专家系统方向不断完善和发展，并同调度集中系统、列车运行控制系统和运输信息管理系统汇接合成，更好地为铁路运输服务。

2 微机监测系统的结构

2.1 总体结构

微机监测系统结构采用基于TCP/IP协议的广域网模式，层次化和结构化的系统配置和数据通信是微机监测系统的结构特点。微机监测系统是铁路总公司、铁路局、电务段；铁路总公司电务监测中心、铁路局电务监测中心、电务段监测中心、车站监测网的“三级四层”的结构。这是完全按照电务部门监测、维修、维护、管理的实际需要划分的，其结构如图1所示。

图1 机监测系统“三级四层”结构

2.2 电务处调看中心

电务处调看中心配置远程调看终端，用于查看车站信息。电务处调看中心终端可以调看全局的联网车站，实时查看车站信号设备的工作状态及视频信息，回放站场存储信息、视频信息和报表信息，显示车站设备故障信息，远程进行故障诊断分析查看。

2.3 电务段中心

电务段监测中心是整个网络系统的中枢部分，是电务段管内各站的数据和网络通信的管理中心。整个系统以电务段中心为集中管理、监控的中心，包括应用服务器和网络设备。

2.4 车间终端和段终端

车间终端、段终端可以调看权限范围内的联网车站，实时查看车站信号设备的工作状态及视频信息，回放站场存储信息、视频信息和报表信息，显示车站设备故障信息，远程进行故障诊断分析查看。

2.5 车站系统

车站系统是微机监测系统的基础部分，可实现采集数据、分析数据、处理数据和存储数据的功能。车站、区间信号设备的状态监测、故障数据和曲线显示、查看、分析、人机对话也都依靠车站系统。车站系统包括站机、采集机、视频服务器、视频监控终端、网络视频编码器、无线网桥、摄像机、网络设备等。

采集机和站机是整个微机检测系统的基础，所有信号设备的原始数据均来自于采集机、站机，所以对它们的要求是相当高的。最低要求是，系统主机能够稳定、可靠的工作；采集机必须精确地从各信号设备处采集信息。视频服务器接收室外固定摄像机、室内固定摄像机和移动摄像机的视频信息，对信息进行处理和存储，向远程终端提供视频信息。并通过与站机共享设备故障信息，进行报警联动，实现摄像头的自动控制。

3 通信网络技术要求

3.1 局域网

在统一、安全、可靠、方便管理的原则下设计局域网。标准采用以太网技术标准，并采用TCP/IP协议、RJ45接口标准，有线传输介质为5类或超5类非屏蔽双绞线。受地理条件等外界因素影响的地方，可采用标准为802.11/b/g/n无线局域网标准，通过无线或有线与无线相结合的局域网方式进行连接。

3.2 广域网

广域网利用铁路基础通信平台，采用TCP/IP协议，为防止地址冲突，IP地址分配时全路统一编码，以便微机监测全路联网。广域网传输通道的传输速率不低于2Mbps，误码率≤10-7。

4 系统功能

4.1 常规监测数据采集

系统具有常规的监测功能，集中处理从各种采集机采集的实时信息，并进行显示和存储，同时又为操作人员提供人机界面。根据对信号设备监测的结果，人机界面实现车站作业状态及设备运行状态的实时显示和各种数据的查询功能。

常规监测通过接口与其他系统互通信息，可以通过接口采集其他智能设备信息，也可以通过接口向其他系统提供微机监测的信息。

4.2 实时、可靠、高精度信息采集

实时可靠的数据是微机监测系统能够发挥作用的基础，如果没有实时可靠的数据，再先进的系统都无法做出正确地分析和诊断。因此微机监测系统在采集数据时保证监测数据的实时、可靠和高精度。通过对开关量信息的高速、动态采样保证开关量数据的实时和可靠，通过提高传感器和采集电路的精度，使用DSP技术对采集数据进行高速处理，保证采集信息的实时和高精度。

4.2.1 开关量采集

开关量采集中采取了高速动态信号采样的方法，每3毫秒对采集信号作一次采样，连续10次采样作为一个周期，如果在一次周期内所采的信号既有高电平也有低电平，说明这个信号是处于动态变化中，这时才认为这个信号是有效地。每个采集板包括两套独立的采样电路，即每一路信号通过两套采样电路分别采集，CPU通过对两套采样电路采集信息的比较来确定采样信息的有效性。

4.2.2 常规模拟量采集

监测系统对模拟量采集精度的要求越来越高，为满足这一要求采取了以下几个主要措施：

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4～20mA电流环传输；

④对容易受到干扰的小信号采用屏蔽双绞线传输信号。

⑤采取以上措施，保证模拟量采集过程中获得预期的模拟量精度。

4.3 显示及存储

显示和存储的主要信息包括：可实时显示与回放站场运用状态图；可以查看开关量的实时和历史状态；转辙机动作电流、功率、转换力曲线；道岔表示电压变化曲线；电源屏电压、电流、功率等实时值和曲线；控制台按钮操作记录；关键设备动作次数及时间表；测试电缆绝缘和电源对地漏泄电流；轨道电路分路残压测试报表记录等。

模拟量数据可以通过实时测试值表格、历史值表格、日报表、实时曲线、日曲线、月曲线、年趋势线等表现形式。

所有数据存储以滚动方式进行，存储时间要求为大站不少于3天，小站不小于10天。

4.4 数据处理及控制

微机监测系统的数据通过优盘、移动硬盘等移动存储工具进行导出和存储。系统本身提供的回放工具可以多历史数据进行回放。通过回放功能用户可以很方便的调阅历史数据进行分析。同时，用户对存储的再现文件可以进行管理。微机监测系统对数据以曲线和报表2种方式进行输出。无论曲线还是报表都可以进行打印。除此之外，曲线可以bmp、jpg的格式导出为图形文件。报表可以excel的文件形式导出方便用户资料的采集及调阅以及上级部门的管理。另外，通过系统功能可以对用户权限、密码进行管理，授权用户可以对电气特性参数和报警上下限进行调整，还可以根据个人偏好和使用习惯对菜单栏和工具栏进行设置。

4.5 智能诊断

系统具有智能诊断功能，能够利用实时采集的控制台状态数据、开关量和模拟量测试数据进行综合分析，加强对信号设备的运行质量分析、设备故障分析定位功能，充分发挥计算机强大的数据运算分析能力。大幅度提高了信号设备管理的针对性、准确性、时效性和管理效率［4］。

［1］夏国生.TJWX-2000型微机监测系统故障分析［J］.电子科技，2012（7）：35-36，42.

［2］陈关喜.信号微机监测信息系统平台的应用［J］.铁道通信信号，2008（2）：29-31.

［3］俞鹏.网络话务控制［J］.中国新通信，2007（1）：41-43.

［4］王民湘.铁路信号微机监测智能分析与设备运用质量管理系统［J］.铁道通信信号，2011（5）：22-24.