微机监测原理与工程设计.docx
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微机监测原理与工程设计
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
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.
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