铁路信号监测设计方案

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引言

铁路信号微机监测系统（以下简称系统）在铁路上已经大面积推广应用，它将铁路电务工作从传统的定时维修、故障维修提高到状态维修的管理水平，是电务部门维修技术的重要突破，逐渐成为电务部门安全的“黑匣子”，也是信号技术向高安全、高可靠和网络化、数字化、智能化发展的重要标志之一。

但是，签于当初设计系统时受技术、资金的影响，以及近几年一些新的道岔转折机、轨道电路设备的上道，明显的感觉出对于室外信号设备监测的太少，例如：信号机的灯位、点灯电压，道岔转辙机的表示接点位置、实际位置、动程、缺口大小、推拉力，轨道电路的室外电压、电流、电化区段的不平衡系数、ZP89、ZPW- 2000 的一些参数等等都没有进行监测。并且现在室外信号设备的监测工作，都是通过电缆直接将信号传送到室内，然后在室内进行采集、测量，其精度大大降低，抵抗外界干扰能力差。有些参数受电缆长度和质量的影响，到室内时已经发生了很大的变化由于室外设备未完全监测。

系统未考虑对室外信号设备的进行完全监测的主要原因是：如果完全监测，室外和室内之间的通讯电缆数量电缆数量十分惊人，考虑到避免干扰等情况现场布线困难很大。提出了利用现代的电力载波技术在原系统的基础上增加室外信息监测装置，并论述了这种只需很少的电缆技术就解决室外信息监测装置的设计方案以及在新郑站实际应用的情况。

1 采用的主要技术

电力载波完成通信是主要的技术手段。电力载波通信是利用电力线作为通信介质，传输数字信息的一种技术。主要实现方法是在发送端将信息进行调制，耦合到电力线上，在接收端将电力线上的信息还原，完成通信功能。

电力线载波通讯的优点是以电力线路为传输通道，省去了不切实际的铺线工程，具有通道可靠性高，投资少见效快等得天独厚的优点。作为通讯技术的一个应用领域，国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波modem 芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。电力线载波通讯技术近几年才在中国出现，但是由于它的实用性以及在中国巨大的市场前景，电力线载波通讯迅速被各家公司争相采用。例如：电力载波抄表系统、电力载波油田监控系统、电力载波家庭防盗系统等等。

国内还没有生产电力载波芯片的厂家，目前使用的主要是意法半导体的电力载波调制解调器芯片 ST7538, 其余一些公司的PL3105、PL2101、HYT3101、PL3105、SSCP300、SC1128 等电力载波芯片。

ST7538 是意法半导体在 ST7535、ST7536 基础上推出的最新一代电力线载波通讯芯片，使用了BCD5 技术，将与单片机、DSP 的接口、电力线收发接口集成在一片 IC上，使用了半双工 FSK动力线路收发器，集成了可编电压和电流控制的动力线路驱动器，可编程同步和异步接口，单电源7.5V- 12.5V工作，非常低的功耗，集成的5V 电压调整器(高达 100mA)有短路保护，8 个可编程发送频率，可编程波特速率高达4800Bps，接收灵敏度 250uVrms。ST7538 接口透明，使用简单可靠。单电源供电只须配上合适的MCU和少量电路即可实现电力线上的通讯。ST7538 可广泛用于三表抄送，家电自动化等领域。

2 室外信息监测装置设计方案

室外信息监测装置利用铁路车站信号机械室与室外设备间的贯通电缆进行通信，主要设备有室外信息采集单元、室内通讯管理机。室外信息采集单元的作用是采集室外设备的状态，包括一些开关量、模拟量，然后通过电力线传输给室内通讯管理机，再由通讯管理机通过 CAN 线送给 TJWX- 2000 型微机监测系统的站机显示、处理、保存、汇总、打印。一个通讯管理机可以出 4 条电力载波线，一条电力载波线可以挂最大80 个室外信息采集单元。所以，同时采集 320 台设备的状态信息，只需要 4 对电力线。由于电力载波总线速率比较低，一般只有9600bps/S，如果将室外设备全部并接在一条总线上，对于每一个设备的速率将非常低；如果将每一设备都用一条总线，又失去了电力载波总线的意义。室内到室外信号设备的备用电缆，一般是先到分线盒，然后以分线盒为单位向各个设备辐射的，即使采用一条总线实际上也是在室内分线盘处并接在一起的。为此我们将去每一个分线盒的备用电缆作为一条总线，将室外设备根据电缆分为多个群，每个群采用一条总线，在使用同样多的电缆情况下，增加了总线数量，提高了每个设备处的通讯速率。

设计的关键：

a.电网上原有的杂波对通信的干扰，解决的方法是，在室内通信管理机的电源进线处，加装滤波装置隔离，特别是要隔离掉电力载波使用的中心频率。

b.室内通信管理机出来 4 条电力线，由于每个电力载波线上的载波频率相同，它们之间会产生很强的干扰，虽然可以使用地址方式分开，但是效果不理想。解决的方法是：在每两条电力线间加上工字形电感、电容滤波器，从而实现两条电力线的载波隔离。

3 室外信息监测的意义

增加室外信息监测设备后，可以实现以下的目的：

a.可以在信号机处增加信号灯的灯位监测，不用再经过室内换算，提高可靠性。可以直接监测信号机的点灯电压。

b.轨道电压可以直接监测送受端电压、电流等参数，直接测试真实残压值。

c.道岔转辙机可以监测表示接点位置、实际位置、动程、缺口大小、推拉力等参数。从社会效益方面讲，通过对室外信息的采集，为故障修到状态修提供了基础数据，为减员增效创造了基础条件。

结束语

室外信息监测是原系统功能的一大补充，同时对其性能的一大扩充。从经济效益方面讲，本室外信息监测可以向信号工及时提供第一手室外信息的资料，使其从大量的室外信号工作中解放出来，节约大量的人力。从社会效益方面讲，通过对室外信息的采集，为故障修到状态修提供了基础数据，为减员增效创造了基础条件。综上所述，本方案在技术和经济上都是可行的，投资省，并且高度可靠，又能给铁路行业带来巨大的社会效益，是一个切实可行的方案。