1 簡介

　　随著(zhe)國(guó)民經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速列車大大提高了交通運輸效率，同時也增加了對(duì)安全性的要求，如何在列車高速運行的情況下保證鐵路設備的安全問題也變得越發(fā)重要。以原有的人工維修保障體制保證設備的安全，不僅費時費力，而且難以适應發(fā)展後(hòu)的鐵路系統的各種(zhǒng)客觀需要。根據以往我們開(kāi)發(fā)工業監控系統的經(jīng)驗，結合鐵路系統的特點，開(kāi)發(fā)了适合鐵路系統的微機監測系統，利用其采集大量信号，通過(guò)這(zhè)些信号可以了解設備的運行狀況并分析故障産生原因，它在保證鐵路列車安全運行、及時發(fā)現故障、分析故障及保證鐵路維修體制改革實現狀态修方面(miàn)發(fā)揮了不可缺少的作用。利用plc作爲微機監測系統的數據采集機可以保證其高可靠性要求。

2 需求分析

　　鐵路系統關系到人民生命财産的安全，所以鐵道(dào)信号微機監測系統必須具備以下特點:

        （1） 高可靠性

　　監測系統在壽命期限内能(néng)在惡劣條件下平穩可靠運行，將(jiāng)故障率降至最低;

　　（2） 抗幹擾性強

　　微機監測系統是暴露在鐵路沿線運行的，所處的環境相對(duì)惡劣，爲了提高數據采集和數據傳輸的可靠性，避免發(fā)生錯誤報警，系統必須具有較強的抗幹擾性;

　　（3） 可擴展性與可維護性

　　與鐵路系統的擴建相對(duì)應，監測系統應該易于擴展和維護;

　　（4） 高性價比

　　完成(chéng)狀态檢修的微機監測系統作爲列車的輔助設備，不應投入太多資金，應該在低成(chéng)本下操作。

　　根據系統要求的高可靠性和強抗幹擾性，選用plc作爲系統的采集機。系統實現要解決的關鍵問題就是plc的資源較少，我們必須經(jīng)過(guò)合理分配，有效利用有限的資源。

      以廣深鐵路線某站爲例，需要采集1024個開(kāi)關量，128路軌道(dào)電壓，6路外供電壓，40路轉轍機電流，768路電纜絕緣值，50路電源屏電壓。設計鐵道(dào)信号微機監測系統時，必須根據鐵路系統運行特點和要求，采取一些特殊的技術和方法，建立适用的全面(miàn)反映鐵路系統及設備的宏觀運行狀态的系統，更有效的管理整個鐵路系統的運行。

3 系統構成(chéng)

　　3.1 系統總體結構

　　總體上看，本論文所要介紹的gswj型鐵道(dào)信号微機監測系統結構可分爲三部分：即采集電路―前置部分;下位機―采集機;上位機―監測機三個部分。各部分的作用分析如下：

1） 采集電路

　　・對(duì)所有被(bèi)監測量實現保護、隔離，將(jiāng)隔離後(hòu)的信号轉換爲标準電壓或電流信号;

　　・下位機（采集機）的控制下，將(jiāng)所有代表被(bèi)監測參數的标準電壓或電流信号，分類依次送至plc相應的數據采集口。

（2） 下位機（采集機）

　　依照程序或上位機發(fā)出的檢測命令，向(xiàng)采集電路發(fā)出相應的控制信号，對(duì)采集電路送至采集口的信号進(jìn)行采集，對(duì)采集的數據進(jìn)行相應的綜合，并將(jiāng)所采集的數據整理後(hòu)存入相應的數據緩沖區，完成(chéng)與上位機數據通訊。根據本站需求，本系統采用omroncs1系列plc作爲數據采集機;

3） 上位機（監測機）

　　・通訊管理：上、下位機之間各種(zhǒng)類型數據通訊的管理;

　　・數據管理：對(duì)采集的各類數據建立數據庫，各種(zhǒng)參數、圖表、曲線的繪制，以及顯示、查詢和打印各種(zhǒng)報警信息。

本系統中，利用dephi語言編寫上位機程序，實現通訊管理和數據管理。

　3.2 系統實現的幾個關鍵問題

　　從系統的需求分析可以看出，鐵道(dào)信号微機監測系統需要采集的數據量大，對(duì)可靠性和安全性很高，而且需要系統在低成(chéng)本方式下運作，如何合理配置，使資源得到有效利用是設計重點和難點，下面(miàn)闡述幾個關鍵問題的解決方法。

1） 系統采集方式的選擇

　　鐵路系統中，由于監測的信息點多，且各種(zhǒng)被(bèi)監測量要求的采集周期不同，如開(kāi)關量要求的采集周期爲250ms，軌道(dào)電壓的采集周期爲2min，如果采用常規的點對(duì)點采集，會大大增加系統成(chéng)本，所以系統采用分類集中的信号采集方式，將(jiāng)同類信号集中并作相應的保護，經(jīng)過(guò)切換，利用一個a/d口輸入。另外，由于本系統是用于廣深鐵路線上，地處南方多雷擊地區，而且電氣化的高速鐵路本身會産生高達幾萬伏的沖擊電壓，因此監測系統必須保證有很強的抗幹擾性。系統采用歐姆龍公司的cs1系列plc作爲采集機，同時，對(duì)所有被(bèi)采集的信号都(dōu)作了隔離和保護。

如圖1所示，系統采用并聯式結構，這(zhè)樣(yàng)的結構方式將(jiāng)被(bèi)采集的物理量按類集中，分爲開(kāi)關量和模拟量兩(liǎng)大類，采集回路結構清晰，易于發(fā)現故障。

（2）開(kāi)關量采集方法。開(kāi)關量采集回路如圖2所示。

開(kāi)關量采集原理：4位開(kāi)關量輸出信号經(jīng)過(guò)譯碼得到16位地址，根據地址將(jiāng)1024個開(kāi)關量分成(chéng)16組采集，每次采集64位，利用兩(liǎng)塊32口的開(kāi)關量輸入模塊。

（3） 模拟量采集方法

根據鐵道(dào)部有關規程，外供電壓、軌道(dào)電壓、轉轍機電流等模拟量要求不同的采集方式，例如外供電壓和軌道(dào)電壓采用巡測采集方式，即巡回檢測采集;轉轍機電流采用中斷式采集方式，即當轉轍機發(fā)生動作時才采集相應的數據;絕緣檢測的采集方式是命令式，這(zhè)是因爲絕緣檢測是帶電檢測，在保證列車安全運行的情況下，必須由工作人員通過(guò)上位機發(fā)出指令采集相應的絕緣值。根據這(zhè)些不同要求，系統中利用不同的模拟量采集回路實現。圖3示出128路軌道(dào)電壓采集回路框圖。由前置電路通過(guò)隔離、濾波、保護等前置電路處理采集的模拟信号，變成(chéng)1～5v标準電壓信号，經(jīng)過(guò)兩(liǎng)級切換，在plc中經(jīng)a/d轉換後(hòu)，用0-4000的數字量線性表示。

（4） plc與上位機通信流程

上位機與plc的通信流程大緻如下：

　　系統監測的信息點多，采集方式不同，因此系統實現的另一個的難點就是對(duì)不同數據的通訊管理。系統需要采集的數據有1024個開(kāi)關量，128路軌道(dào)電壓信号，64路外供電信号，16路轉轍機電流等，由于采用串口與上位機通訊，通訊資源有限［1］，按照鐵道(dào)部有關規定，將(jiāng)數據的優先級規定爲：開(kāi)關量信号，外供電壓信号，轉轍機電流信号，軌道(dào)電壓信号，對(duì)優先級高的數據優先處理，程序流程如圖4所示。

    采用這(zhè)種(zhǒng)通訊方式的特點是程序結構簡單清晰，通信簡單，可擴展性強，能(néng)保證重要數據的優先傳送。缺點是通訊速度較慢，在調試中發(fā)現，128路軌道(dào)電壓全部傳到plc中需要大約3s，但在鐵路系統中，這(zhè)樣(yàng)的通訊速度已能(néng)滿足要求。

4 程序流程分析

（1） 程序說明

　　主程序給每一類被(bèi)采集數據分配一個緩沖區［2］，根據優先級處理數據，將(jiāng)需要通訊的數據寫入通訊緩沖區中，然後(hòu)與上位機通訊。

系統要求將(jiāng)變化的開(kāi)關量傳送到上位機進(jìn)行顯示，plc程序中，給開(kāi)關量分配兩(liǎng)個存儲單元d1和d2，將(jiāng)第一次采集的開(kāi)關量存入d1，下一次采集到的數據存入d2，另外爲開(kāi)關量分配了一個環形數據緩沖區h1～h50，緩沖區中每個存儲單元的存儲容量爲67個字，其中1024個開(kāi)關量占64個字，一個标志字表示發(fā)生變化的開(kāi)關量組，另外2個字用來表示開(kāi)關量發(fā)生變化的時間（年，月，日，小時，分鍾，秒，毫秒）。環形數據緩沖區的結構如圖5所示。緩沖區作用是：將(jiāng)需要存儲的開(kāi)關量按順序存入緩沖區，50個存儲單元存滿後(hòu)，第51個數據再存入第1個存儲單元，這(zhè)樣(yàng)就將(jiāng)這(zhè)個緩沖區循環利用，有效使用了plc的有限資源。

2） 開(kāi)關量采集程序流程

　　將(jiāng)第一次采集的開(kāi)關量存入d1，下一次采集到的數據存入d2，比較d1和d2，看數據是否相等，如果相等，直接進(jìn)行下一次巡視;如果不等，說明開(kāi)關量發(fā)生變化，系統要求將(jiāng)變化的開(kāi)關量送入上位機，此時將(jiāng)d2種(zhǒng)的數據送入緩沖區hi中，并設立标志，增加地址指針，同時用d2覆蓋d1的數據，程序流程如圖6所示：

5 結束語

　　采用omron cs1系列plc作爲數據采集機的gswj微機監測系統已經(jīng)在該站投入運行，5年來，系統運行正常，保證了鐵路列車安全運行，并準确采集各項數據，及時發(fā)現故障和分析故障産生原因，另外，系統的報表輸出功能(néng)減輕了值班人員人工抄表的勞動強度。總之，微機監測系統部分實現了鐵路系統自動控制，從整體上提高了企業的管理水平，且各項技術指标均達到設計要求。