微机监测原理与工程设计范本.docx

信号微机监测原理与工程设计
1. 开关量—是指类似开通或关断的、在时间上和数值上断续变化的数值量。如通和断、亮和灭、有和无、高和低等，开关量可用数字信号表示。
2. 数字信号—是表示数字量的信号。数字信号是在两个稳定状态之间作阶跃式、断续变化的信号，常用0和1表示。其一般的表示意义为：
0表示：低电位、无脉冲、关断、灯灭；
1表示：高电位、有脉冲、开通、灯亮。
3. 模拟量—自然界大量出现的，在时间上和数值上均作连续变化的物理量。如压力、重量、温度、密度、流量、转速、位移、电压、电流等
4. 模拟信号：表示模拟量的信号。
5. 模拟/数字转换（A/D）和数字/模拟转换（D/A）
计算机不能直接接受模拟信号。它所加工处理的数据（机器数）都是用二进制数，即数字信号表示的。若对模拟信号进行计算机控制，须首先用传感器和信号整理电路将其量化转换为标准逻辑电压（0-5V直流信号电压），下一步通过“模拟/数字转换器—ADC”转换成相应的数字信号，再送入计算机处理。
计算机处理后的结果仍是数字信号，如用它控制执行机构（伺服马达等控制对象），则须通过“数字/模拟转换器—DAC”转换成相应的模拟信号（回控信号）去控制对象。如控制温度、压力、流量，控制飞机、导弹等。
6.采样：在模拟/数字转换的过程中，首先要将在时间上连续的模拟信号（通过传感器和模/数转换）变成不连续的数字信号序列，这个过程叫采样。
7.实时控制：实时—立即、及时、足够快的意思。实时控制就是及时响应外部信息数据，及时分析处理，及时作出反应。这里的“及时”是毫秒级，比如导弹修正方向就小于毫秒级。

第一节 开关量的监测
一 监测对象
1. 实时监测控制台、人工解锁按钮盘全部按钮的操作，包括进路操作按钮、铅封按钮和单操按钮。记录按钮按下时间、闭合时间和按下次数。
2. 记录控制台盘面上进路、闭塞主要设备以及行车运行等表示信息。
3. 采集有关继电器（LJJ、LFJ、DJJ、DFJ、1DQJ、2DQJ、FMJ、CJ、DGJ等）的状态，记录值班人员的操作，为实现进路跟踪和故障诊断提供原始状态数据。
二 监测电路
1. 大量用于行车作业实时记录和进路跟踪的开关量信息，一般从控制台表示灯取样，经整流、滤波及光电隔离后送入开关量输入板。
固态光隔模块采用了高阻加光电隔离的工作方式，输出的开关量信息经选通送入CPU。原理图如下所示：
开关量采集原理图
光隔离器：也叫光耦合器、光子耦合器，俗称隔离模块。它用于一个电路与另一个电路的隔离，或让一个电路影响另一个电路。光隔离器有光源（发光二极管）和光传感器（光电晶体管）组成。装置在隔光容器中。从光源到光传感器有光的耦合，用5V脉冲导通发光二极管，控制着连接+15V或更高电源的光电晶体管。光隔离器只有光的耦合，没有电的联系。如图所示：

2. 对按钮的监测，优先采样按钮继电器的空接点，若无空接点，则从表示灯两端采样。人工解锁按钮则直接采按钮空接点（第2组接点，没有第2组接点的应更换）
3. 对继电器开关量的采样隔离有两种方式，有空接点的优先采样空接点；少量无空接点的关键继电器，采用专门设计的固态光隔模块从继电器线包励磁电压采样，获取开关量信息。固态光隔模块采用了高阻加光电隔离的工作方式，输出的开关量信息直接送入开关量输入板。如下图所示：

4. 继电器半组空接点采样：
继电器半组空接点的采样使用开关量采集器，开关量采集器依据电磁感应原理，通过线圈间的磁耦合实现开关量状态的传感。原理见下图,图中J是待检测继电器，接点1-2被信号设备使用，接点1-3为未使用的空接点。由于接点1是公共的，因此1-3称为半组空接点。传感器的一组感应线圈L2接在接点1-3间，另一组线圈接检测电路。检测电路检测线圈L1的电感量及其损耗，L1和L2通过磁场耦合。当1-3断开时，L2上无电流。L1为自身的电感和损耗。当1-3闭合时，L2上产生感应电流。因此L1的损耗增大。同时L1的电感量减小。这样继电器的状态在电感线圈L1上得到反映。通过检测L1的电感量和损耗，就可得知继电器的状态。开关量采集器隔离性能好，和信号设备只有一点接触，不并接也不串接在设备中，因此不取设备的任何电流和电压。即不取设备能源，对设备无任何影响。

三 设备构成--------分组输入方式
开关量的监测由开关量采集机完成。开关量采集机由电源板（DY），CPU板和开关量输入板（KR）组成，如下图。

开关量采集机组匣示意图

1.电源板（DY）：给采集机提供各种工作电源。
2.CPU板是采集机的核心，对模拟量进行A/D转换，转换成数字量并通过CAN总线通信。
3.开关量输入板，将控制台各种信息转换成CPU接受的开关量（1或0）。

4.每一台开关量采集机占用一个抽匣，可插入8块开入板，每块开入板输入48路开关量信息，共可输入384路开关量信息。当某车站开关量信息大于384路时，应另增设一台开关量采集机。
开关量采集机CPU板将采集得的状态数据暂存在缓冲单元（CPU板上的存储片）内，通过CAN总线完成与站机的数据交换。其结构框图如下。
开关量采集机结构示意图

四. CPU板的构成及数据处理流程
CAN通信片

程序片
存储片
CPU

1. CPU板是采集机核心，首先对本采集机的所有模拟量分时、分组进行A/D转换，将各种各样的开关信号转换成数字信号。简单说来，分时分组处理数据的过程大致是：CPU按着程序指令依次分别向每块开入板板选信号选中某个开入板（依据地址码），进一步发出片选信号依次分别选中某个芯片，亦即某个分组（共6组，每组8个数据量）。这样按着时间顺序先处理第一块开入板的6组48个数据，再依次处理第二块开入板的48个数据，依次类推。CPU采集得到的信息数据暂存在存储片RAM中，后来的信息覆盖先到的信息。
2. CPU板上装配有程序芯片ROM（只读存储器），芯片里写有开关量采集机的软件程序，通电后CPU按该程序运行。系统经自检程序和初始化后，由软件定时器启动，以巡测方式巡测开关量的状态，每位数据对应一路开关量。
3. 站机配置有CAN通信卡，CPU板配置有CAN通信芯片，构成CAN总线局域通信。站机每1秒钟向分机索要数据1次，当接受到站机命令时，除与站机校对时钟外，并将暂存在存储片的全部开关量数据送入站机。
4. 根据技术要求，开关量采集机应向站机一是传送全部开关量的目前状态，二是传送开关量的变化状态信息。
开关量显示表格：

开关量数据文件

[开关量]
总路数=722
;;开关量类型定义：15类
;;///破封按钮灯(00)
;;///区段红光带(01)
;;///信号机开放信号(02)
;;///按钮灯(03)
;;//道岔定位表示绿灯(08)
;;//挤岔红灯(16)
;;///熔丝为1报警开关量(17)
;;///区间为1报警开关量(18)
;;///区间为0报警开关量(19)
;;///道岔缺口为1报警开关量(20)
;;///错序为1报警开关量(21)
;;///断相为1报警开关量(22)
;;//传输继电器CJ（64）
;;//其它灯(128)
;;//开关量为空(255)
;;序号=开关量名称，开关量序号，开关量类型，取反标志，分机号
;;每行长度不得大于80
;;开关量分机的开关量数据
;;查开关量采样配图C2-D10.D11.D12
1= SFBD-L, 0, 128, 0, 19,
2= SJBD-U, 1, 128, 0, 19,
3= SJBD-H, 2, 128, 0, 19,
4= SJBD-L, 3, 128, 0, 19,
5= SFBD-U, 4, 128, 0, 19,
6= SFBD-H, 5, 128, 0, 19,
7= SNFBD-L, 6, 128, 0, 19,
8= SNJBD-U, 7, 128, 0, 19,
9= SNJBD-H, 8, 128, 0, 19,
10= SNJBD-L, 9, 128, 0, 19,
11= SNFBD-U, 10, 128, 0, 19,
12= SNFBD-H, 11, 128, 0, 19,
13= SJG-H, 12, 01, 0, 19,
14= STA-L, 13, 03, 0, 19,STAJ
15= SYA-B, 14, 00, 0, 19,
16= IIBG-H, 15, 01, 0, 19,
17= IIBG-B, 16, 128, 0, 19,
18= SLA-L, 17, 03, 0, 19,SLAJ
19= D2A-B, 18, 03, 0, 19,D2AJ
20= D2-B, 19, 02, 0, 19,
21= S-L, 20, 02, 0, 19,
22= SYX-B, 21, 02, 0, 19,
23= SNJG-H, 22, 01, 0, 19,
24= SNTA-L, 23, 03, 0, 19,SNTAJ
25= SNYA-B, 24, 00, 0, 19,
26= SNLA-L, 25, 03, 0, 19,SNLAJ
27= XDZA-B, 26, 03, 0, 19,XDZAJ
28= SN-L, 27, 02, 0, 19,
29= SNYX-B, 28, 02, 0, 19,
30= 2-QB, 29, 128, 0, 19,
31= 2-QH, 30, 01, 0, 19,
32= 4-QB, 31, 128, 0, 19,
33= 4-QH, 32, 01, 0, 19,
34= 6-QB, 33, 128, 0, 19,
35= 6-QH, 34, 01, 0, 19,
36= D4A-B, 35, 03, 0, 19,D4AJ
37= D4-B, 36, 02, 0, 19,
38= 8-QB, 37, 128, 0, 19,
39= 8-QH, 38, 01, 0, 19,
40= D6A-B, 39, 03, 0, 19,D6AJ
41= D6-B, 40, 02, 0, 19,
42= SIILA-L, 41, 03, 0, 19,SIILAJ
43= SIIDA-B, 42, 03, 0, 19,SIIDAJ
44= SII-B, 43, 02, 0, 19,
45= SII-L, 44, 02, 0, 19,
46= SILA-L, 45, 03, 0, 19,SILAJ
47= SIDA-B, 46, 03, 0, 19,SIDAJ
48= SI-B, 47, 02, 0, 19,
49= SI-L, 48, 02, 0, 19,
50= S3LA-L, 49, 03, 0, 19,S3LAJ
51= S3DA-B, 50, 03, 0, 19,S3DAJ
52= S3-B, 51, 02, 0, 19,
53= S3-L, 52, 02, 0, 19,
54= S5LA-L, 53, 03, 0, 19,S5LAJ
55= S5DA-B, 54, 03, 0, 19,S5DAJ
56= S5-B, 55, 02, 0, 19,
57= S5-L, 56, 02, 0, 19,
58= 11-QB, 57, 128, 0, 19,
59= 11-QH, 58, 01, 0, 19,
60= D7A-B, 59, 03, 0, 19,D7AJ
61= D7-B, 60, 02, 0, 19,
62= 7-QB, 61, 128, 0, 19,
63= 7-QH, 62, 01, 0, 19,
64= D5A-B, 63, 03, 0, 19,D5AJ
65= D5-B, 64, 02, 0, 19,
66= 5-QB, 65, 128, 0, 19,
67= 5-QH, 66, 01, 0, 19,
68= XFBD-L, 67, 128, 0, 19,
69= XJBD-U, 68, 128, 0, 19,
70= XJBD-H, 69, 128, 0, 19,
71= XJBD-L, 70, 128, 0, 19,
72= XFBD-U, 71, 128, 0, 19,
73= XFBD-H, 72, 128, 0, 19,
74= X4LA-L, 73, 03, 0, 19,X4LAJ
75= X4DA-B, 74, 03, 0, 19,X4DAJ
76= X4-B, 75, 02, 0, 19,
77= X4-L, 76, 02, 0, 19,
78= IG-H, 77, 01, 0, 19,
79= IG-B, 78, 128, 0, 19,
80= IIG-H, 79, 01, 0, 19,
81= IIG-B, 80, 128, 0, 19,
82= 3G-H, 81, 01, 0, 19,
83= 3G-B, 82, 128, 0, 19,
84= 4G-H, 83, 01, 0, 19,
85= 4G-B, 84, 128, 0, 19,
86= 5G-H, 85, 01, 0, 19,
87= 5G-B, 86, 128, 0, 19,
88= 16/18G-B, 87, 128, 0, 19,
89= 16/18G-H, 88, 01, 0, 19,
90= D10G-H, 89, 01, 0, 19,
91= D14G-H, 90, 01, 0, 19,
92= SZR-H, 91, 00, 0, 19,
93= SZQ-H, 92, 03, 0, 19,SZQJ
94= SPL-H, 93, 128, 0, 19,
95= SZD-L, 94, 128, 0, 19,
96= SZF-U, 95, 128, 0, 19,
97= XDSB-H, 96, 128, 0, 19,
98= SDSB-H, 97, 128, 0, 19,
99= RBD-H, 98, 128, 0, 19,
100= XZR-H, 99, 00, 0, 19,
101= XZQ-H, 100, 03, 0, 19,XZQ
102= XPL-H, 101, 128, 0, 19,
103= XZD-L, 102, 128, 0, 19,
104= XZF-U, 103, 128, 0, 19,
105= XDR-H, 104, 128, 0, 19,
106= XLR-H, 105, 128, 0, 19,
107= XJC-H, 106, 16, 0, 19,
108= XYZSA-B, 107, 00, 0, 19,
109= S4LA-L, 108, 03, 0, 19,S4LAJ
110= S4DA-B, 109, 03, 0, 19,S4DAJ
111= S4-B, 110, 02, 0, 19,
112= S4-L, 111, 02, 0, 19,
113= XNFBD-L, 112, 128, 0, 19,
114= XNJBD-U, 113, 128, 0, 19,
115= XNJBD-H, 114, 128, 0, 19,
116= XNJBD-L, 115, 128, 0, 19,
117= XNFBD-U, 116, 128, 0, 19,
118= XNFBD-H, 117, 128, 0, 19,
119= 3-QB, 118, 128, 0, 19,
120= 3-QH, 119, 01, 0, 19,
121= 1-QB, 120, 128, 0, 19,
122= 1-QH, 121, 01, 0, 19,
123= XJG-H, 122, 01, 0, 19,
124= XTA-L, 123, 03, 0, 19,XTAJ
125= XYA-B, 124, 00, 0, 19,
126= IAG-H, 125, 01, 0, 19,
127= IAG-B, 126, 128, 0, 19,
128= XLA-L, 127, 03, 0, 19,XLAJ
129= D1A-B, 128, 03, 0, 19,D1AJ
130= D1-B, 129, 02, 0, 19,
131= X-L, 130, 02, 0, 19,
132= XYX-B, 131, 02, 0, 19,
133= XNJG-H, 132, 01, 0, 19,
134= XNTA-L, 133, 03, 0, 19,XNTAJ
135= XNYA-B, 134, 00, 0, 19,
136= XNLA-L, 135, 03, 0, 19,XNLAJ
137= SDZA-B, 136, 03, 0, 19,SZDAJ
138= XN-L, 137, 02, 0, 19,
139= XNYX-B, 138, 02, 0, 19,
140= SYZSA-B, 139, 00, 0, 19,SZSAJ
141= YFBD-H, 140, 128, 0, 19,
142= MBD-H, 141, 128, 0, 19,
143= 1DG, 142, 00, 0, 19,
144= 3DG, 143, 00, 0, 19,
145= 5-9DG, 144, 00, 0, 19,
146= 7DG, 145, 00, 0, 19,
147= 11-13DG, 146, 00, 0, 19,
148= 2DG, 147, 00, 0, 19,
149= 4DG, 148, 00, 0, 19,
150= 6-10DG, 149, 00, 0, 19,
151= 8DG, 150, 00, 0, 19,
152= 12DG, 151, 00, 0, 19,
153= 14-16DG, 152, 00, 0, 19,
154= 18DG, 153, 00, 0, 19,

开关量施工配线设计图

第二节 交流连续式轨道电路的监测
一. 监测点：
常用的交流连续式轨道电路有JZXC—480型和25HZ相敏轨道电路，监测点应该是接受端轨道继电器线包两端的交流电压。通过实时监测接受端电压值的变化，反映轨道电路调整状态和分路状态的工作情况，如下图。

二. 信息采集
为了不影响轨道电路的正常工作，从轨道继电器端子（或分线盘）将轨道电压引入轨道采集机，经过衰耗电阻接入轨道互感器模块，完成信息采集，如下图所示。模块选用WB系列交流电压传感器，这种传感器应用电磁隔离原理制成，隔离性能好，精度高，直流0——5V电压输出，输入阻抗高（大于40KΩ），对轨道电路的工作没有影响。+12V、-12V是传感器辅助工作电源，O是辅助电源和输出信号的公共地，V是输出电压信号，根据轨道继电器的状态，可以实时监测轨道电路的调整电压和分路电压。

轨道互感器模块示意图
三. 量化转换（信号整理电路）
轨道电压互感器模块完成隔离后，采集信息仍然是交流信号（毫安级）。经过运算放大——精密整流——又运算放大，转换成0——5V的标准直流电压（TTL逻辑电压）。该直流电压与轨道继电器端电压值是呈线性对应关系的。量化后的标准直流电压，经选通，送到CPU板进行A/D转换，将模拟量转换成数字量后送入计算机处理。
轨道电路隔离采样电路图

四. 模拟量采样的一般结构框图

图中，隔离：是满足技术条件的要求。 量化转换：是指将传感器采集到的微弱交流信号（微伏、毫伏级）进行放大——整流——放大，变成
0—5V直流标准电压。A/D转换：是用专门的模/数转换芯片，将0—5V直流标准电压转换为计算机认可输入的，能够加工处理的数字信号。（A/D转换芯片也常常被集成到CPU芯片中）。当然这个数字信号是对应于采集到的模拟信号的。
五. 设备构成
轨道采集机；是由电源板、CPU板、互感器板，经总线联结构成的，各种插接板插接在总线板上构成机笼。其安装示意图如下图。

1. 电源板DY：提供独立的稳定的工作电源。
2. CPU板：是采集机的核心。依据预先设定的软件程序（程序片ROM）管理各轨道互感器板，对模拟量进行A/D转换，暂存转换数据，并通过CAN总线与站机通信，按站机命令向站机传送数据包。
3. 开入板：采集轨道继电器开关量，确定轨道调整或占用状态。
4. 互感器板HGQ：将被监测轨道电压电阻衰耗、互感器隔离、线性量化，经多路转换开关选通送给CPU进行A/D转换。
5. 开入板共2块，每块可容纳48个开关量；互感器板共6块，每块可容纳监测16个轨道电路区段的互感器模块。这样每台轨道采集机硬件的最大容量即为96个区段。
6. 具体某个车站，可根据轨道电路区段数目的多少配置相应数量的互感器板。当超过96个区段时则须增加一台轨道采集机。
7. 各路轨道电压采集配线，从组合侧面端子配至采集机后面板52线端子上。
互感器板实物图

隔离方式：
1.电压隔离（模块隔离）
2.电流隔离
3.开关量隔离
4.高阻隔离

六. 周期巡测，时间不大于1S
软件功能主要是监测轨道电路接受端调整电压、分路电压，形成轨道电压日报表数据，包括调整状态最高电压、最低电压和分路状态最高电压的数值，形成轨道电压日曲线、月曲线和年曲线。
轨道电路电压数据采集过程设计大体上是这样的：循环连续从第1路、第2路----至第128路采集信息，对于每一路来说，每采集1次记录一个数值。当采集8个循环后，将8个数值取算术平均值送入存储器暂存，这个数值就是要发送站机（主机）的数据。当下一个8次循环的平均值到来后，刷新前面的数据，这样保证送往站机的数据总是最新的。站机每1秒钟向分机发出指令读取数据1次。
CPU的时钟周期是8M，指令周期1M以上，轨道电路区段数128，显然1秒钟内肯定会有很多个8次循环，所以监测的数值绝对是实时的（可用仿真器测试出来）。其主程序流程图如下。

轨道电压监测程序流程图

轨道电路电压实时测试表

轨道电压采集施工配线图（轨道互感器板52线端子）

轨道电压数据文件

[模拟量项目]
子项数目=2

[子项1]
名称=轨道电压
单位=伏
变化范围=0.030,0.010
总路数=34
开始AD号=0;;电码化发送电压,电码化接收电流,移频发送电压,移频接收电压使用，
1= 1DG, 0, 0, 0, 0.000, 40.000, 1.085, 25.000, 10.000, 2.700,3
2= 3DG, 0, 1, 1, 0.000, 40.000, 1.073, 25.000, 10.000, 2.7,3
3= 5-9DG, 0, 2, 2, 0.000, 40.000, 1.085, 25.000, 10.000, 2.7,3
4= 5-9DG1, 0, 3, 3, 0.000, 40.000, 1.059, 25.000, 10.000, 2.7,3
5= 7DG, 0, 4, 4, 0.000, 40.000, 1.099, 25.000, 10.000, 2.7,3
6= 11-13DG, 0, 5, 5, 0.000, 40.000, 1.086, 25.000, 10.000, 2.7,3
7= 11-13DG1, 0, 6, 6, 0.000, 40.000, 1.080, 25.000, 10.000, 2.7,3
8= 11-13DG2, 0, 7, 7, 0.000, 40.000, 1.079, 25.000, 10.000, 2.7,3
9= XJG, 0, 8, 8, 0.000, 40.000, 1.066, 25.000, 10.000, 2.7,3
10= XNJG, 0, 9, 9, 0.000, 40.000, 1.072, 25.000, 10.000, 2.700,3
11= IAG, 0, 10, 10, 0.000, 40.000, 1.067, 25.000, 10.000, 2.7,3
12= IG, 0, 11, 11, 0.000, 40.000, 1.068, 25.000, 10.000, 2.7,3
13= IIG, 0, 12, 12, 0.000, 40.000, 1.092, 25.000, 10.000, 2.7,3
14= 3G, 0, 13, 13, 0.000, 40.000, 1.096, 25.000, 10.000, 2.7,3
15= 4G, 0, 14, 14, 0.000, 40.000, 1.063, 25.000, 10.000, 2.700,3
16= 5G, 0, 15, 15, 0.000, 40.000, 1.070, 25.000, 10.000, 2.700,3
17= 2DG, 0, 16, 16, 0.000, 40.000, 1.061, 25.000, 10.000, 2.7,3
18= 4DG, 0, 17, 17, 0.000, 40.000, 1.074, 25.000, 10.000, 2.700,3
19= 6-10DG,