铁路运行中铁路信号微机监测系统的应用分析

张 惠

（中铁十九局集团电务工程有限公司，北京 100076）

0 引言

铁路信号微机监测系统是铁路运行中的一种全新监测技术，其中包括计算机、传感器、自动化信息技术等。通过计算机具备的高速处理特征，可以自动判断、分析设备故障，并且对铁路运行过程进行实时监控。计算机存储数据量比较大，采集所有监控数据可以存储到计算机系统中，结合需求进行回放与再现，帮助铁路工作人员掌握实时运行状况，更加全面地了解铁路故障，杜绝故障，保证铁路交通运输的安全性与稳定性。下面围绕铁路运行中的铁路信号微机监测系统展开讨论。

1 铁路信号微机监测系统与功能

1.1 微机监测系统

微机监测系统运用互联网技术、计算机设备进行数据处理与存储，使微机、存储、监控等设备能够集成整合，分析、加工处理铁路信号，凭借系统逻辑能力自动分析铁路运行数据[1]。微机监测系统中运用到传感、计算机、通信、现场总线与智能技术等，能够更加全方位地实施铁路运行过程监测，详细记录铁路运行信号，分析故障信息，一旦发现安全故障可以及时预警，为铁路系统电务运行提供条件。

1.2 微机监测系统功能

在铁路运行中，微机监测系统能够采集开关量、模拟量的数据信息，并且将其储存到系统中绘制成图，一旦发现故障信息便会立刻发出预警。采集的铁路运行数据也可以被编制为报表与状态表等，为数据后期的加工处理提供便利。同时，利用系统数据实时传输的功能，可以为网络传输信号与监控所得数据。除此之外，微机监测系统还能进行人机对话与时钟校对，确保铁路系统在要求的时间范围内安全运行。该系统的具体功能主要有两个。

（1）监测铁路信号。利用微机监测系统可以实时监测铁路信号变化，发现信号中潜在的危险信息。以往采用的信号监测方法，只是具备数据短期储存功能，时间较长的数据无法在综合分析中运用，更不能发现其中存在的问题[2]。利用铁路信号微机监测系统，能够解决传统监测方法存在的问题。凭借计算机在信息储存方面的优势，采集实时铁路运行设备运行数据，展开动态监测。采集到的大量数据能被全部储存，作为铁路运行状态分析的依据，按照数据变化以及分析结果便可以了解当前设备是否故障。若发现设备存在异常，便可以及时通知检修人员马上处理，以免安全事故发生危及铁路安全运行。

（2）监测信号状态。利用计算机检监测铁路信号状态，能够持续性的掌握铁路信号情况，监控所得数据上传到计算机系统，保证铁路运行数据的完整性[3]。同时，计算机采集数据比较客观，很少会因为人为操作导致失误，加上数据具有连续性，因此数据分析之后便可以了解存在的变化。铁路运行数据经过对比，使检修人员更加深入地了解铁路运行状态，发现其中是否存在安全隐患，若有安全隐患便可以及时将其排除。

2 铁路信号微机监测系统设计

2.1 硬件设计

2.1.1 开关量采集电路

铁路信号微机监测系统内部开关量，是监测继电器、道岔缺口与控制台按钮等相关设备的关键内容。对监测所得数据展开采样处理，可以制定科学可行的故障解决方案[4]。系统内部储存大量开关量状态信息和变化状态，对这些数据进行分析，监测所得异常开关量数据，也可以及时预警处理，将采集时间控制在25 ms内。尽可能减少引出线，增设隔离设施，以确保铁路运行期间相关设备的安全性。为了保证电路故障诊断结果的有效性，开关量所涉及到的所有子系统同步运行，利用计算机作为开关量控制和采集的设备，将间隔时间设定为20 ms，可以有效实施电路故障的判断与分析。

2.1.2 电压实时监测

设计铁路信号微机监测系统，其中包括模拟量，例如电压、电缆绝缘电阻和电流，具体要设置于采集机柜内部，可以组成隔离模拟量调理模板，有效保证运行精准度[5]。该结构处在运行状态下，电压模拟量的路数较多，动态范围广，此外还具有安全性和种类丰富等特点，模拟量精度控制在0.5%。利用电阻展开检测对象的隔离采样，有利于混线保护，高阻值电阻与采样点连接，保护采集对象不会受到其他元素的干扰，将电压信号转变成电流信号，则可以提升微机监测系统抗干扰性。

2.1.3 电流实时监测

对于电流的实时监测主要是采用道岔电流测量的方式，操作开启式电流传感器，将该设备安装于道岔电流总回路，传感器不与电流回路直接发生接触便可以完成在线安装[6]。根据电磁感应原理，在电隔离环境下实施多种电流形式测量，如直流、交流、脉冲电流。实时监测电流期间，开启式电流传感器需要与线性温度补偿技术、精度精密恒流技术搭配运行，以削弱温度对测量精度的影响，并且控制输入测量范围在0～1000 A。除此之外，运用采集机对道岔端口DQJ（启动继电器）进行监测，如果发现DQJ在被动状态下吸起，每间隔10 ms便会实施系统的间隔采集，直至DQJ落下。

2.2 软件设计

（1）采集机。微机监测系统软件设计需要在系统运行之后，将CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）、总线与串口等初始化处理，随后采集相关数据，利用CAN处理传输初始化数据包，并且对CAN缓冲区内的数据进行检测，解析传输的命令，采集有价值的信息，利用CAN传输数据作为信号状态检测根据。采集机处理过程中，首先需要运行初始化程序，读取开关量，随之展开绝缘与模入处理，40 ms之后开始样本处理，保证开关量的稳定性，并且瞬间断电，当命令处理结束后便可以开始读数。

（2）模拟量输入。模拟量输入这一环节要先展开模入处理，利用CPU（Central Processing Unit，中央处理器）板中的总线，选择合适的A/D（Analog to Digital，模拟数字转换）通信线路，控制CPU内部A/D。将模入板输入模拟信号及时转换，并且在模拟量储存区域内进行存储。

（3）瞬间断电。如果电力外网出现运行故障，致使电源停电或者电压发生异常波动，此时微机监测系统马上形成瞬间断电预警，间隔40 ms对其进行瞬间断电处理。Samplekgl作为瞬间断电储存区域，设定参数值为1，瞬间断电计数器的数值+1，如果数值大于250，代表此时依然维持在断电状态。如果Samplekgl储存区设定数值并非为1，而是在5～200，则代表瞬间断电恢复至原来状态。在5～200范围之外，则证明不存在瞬间断电现象。当瞬间断电计数器显示0，便会自动回到主程序[7]。

3 铁路运行中铁路信号微机监测系统的运用

3.1 电压曲线故障分析

针对铁路轨道电路设备故障的排查，利用铁路信息微机监测系统电压曲线可以准确判断安全隐患的种类，若其中任意区段的电压波动发生异常，也可以利用电压曲线准确地呈现，了解其中的短路问题。导致该问题的原因是，周边环境对于铁路信号设备轨道电路外部带来干扰，从而引发短路问题。例如，铁路钢轨上方存在鱼鳞形状铁屑，铁屑受到碾压之后会喷射至钢轨绝缘位置，导致绝缘破损，引发轨道电路断路。除此之外，通过相关工具检修期间，钢轨绝缘的保护工作不到位，同样会引发轨道电路短路的现象。若铁轨铁路钢轨连接导线存在接触不良的问题，利用铁路信号微机监测系统电压曲线可以更加详细的了解，钢轨连接线如果发生虚接状况，连接线电阻值会增加，在电压曲线图内电压值与正常电压值相比较低，一旦虚接情节严重，电压曲线内部电压值便会大幅下降，甚至会形成轨道红光带。

电压曲线内电压波动发生异常，必须要及时总结异常原因，采用针对性的解决措施规避安全隐患。轨道电路内部绝缘杆阻值降低，会直接影响到绝缘性能和电压曲线，建议以典型电压波动曲线图为分析的参考，测定轨距杆阻值。如果发生阻值降低的现象，可以替换新的轨距杆，以规避铁路运行中的安全隐患。

3.2 道岔电流故障判断

采用铁路信号微机监测系统，其中道岔电流可以更加真实地反映道岔运行现状，种类不同的道岔，其电流值动作时间也存在差异。工作人员采集道岔电流通过道岔采集机，可以对道岔运行电流进行检测与分析，判断道岔转换所呈现的机械特性与电气特征。例如，ZD6单机牵引道岔动作，引发后续一系列电流特性，解锁区域电流值较高，道岔解锁结束后，空动距离启动转辙设备，继续进行后续相关动作，同时道岔运动至指定位置进行封闭作业。此时道岔电流值也相对较高，道岔电流曲线包括缓放曲线，其中的电流值始终为零。如果道岔启动区段中电流值高于正常运行图线电流值，代表道岔启动电流可能有短路、半短路等问题，解锁区域电流存在异常，证明道岔包括机械阻力，使其在解锁环节形成较大卡阻。如果动作区域电流较高，则证明道岔滑床可能会有杂物存在，吊板与杆件等机械位置面临机械卡阻。道岔运行状态下动作电流突然大幅增长，并且达到摩擦电流值，证明转辙机内可能存在杂物或者机械卡阻。

利用铁路信号微机监测系统道岔电流曲线，全面分析道岔故障，判断电流开始区段以及道岔卡阻所在位置，如果道岔曲线内部电流存在异常波动，代表电气线路接触点接触不良。如果是道岔动作电流出现突然向下方动作的小尖波，代表转子线圈内部匝线断流或者短接，从而使启动保险被烧坏。如果电机转子断匝或接触不良，一旦启动电流曲线就有可能会发生瞬时断开的状况。

除此之外，道岔电流也可以检测密检器故障。针对道岔电流曲线进行分析，发现其中存在异常状况，缓放区的电流曲线台阶随之消失，此时道岔定位并没有出现。将到道岔调整至反位，此时道岔电路曲线恢复至正常状态，反位同样表示恢复正常状态，判断道岔到位，代表密检器存在故障。通常导致该现象的原因有两种：一是道岔调位环节密检器节点没有处于正确位置，二是密检器接点并未有任何动作发生。这时应该由管理人员展开检查，调整密检器位置，将故障及时排除。

4 结束语

综上所述，为了保证铁路安全、稳定的运行，利用铁路信号微机监测系统，可以及时采集运行过程中的信息数据，在系统内部分析、判断，明确各个环节与设备是否存在故障。通过电压曲线和道岔电流曲线，还能及时发现当前铁路运行状态下的安全故障，由系统发出预警，通知检修人员解决安全故障隐患，保证铁路运行在安全状态之下，发挥微机监测系统的优势，做好铁路运行安全检修工作。