信号微机监测系统毕业论文doc.docx

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信号微机监测系统毕业论文doc

摘　　要

信号微机监测是在检测技术和计算机发展的基础上出现的新型监测技术。

发展微机监测系统有利于查找故障原因，缩短故障排除原因，提高运行效率。

信号微机监测系统应用计算机和信息采集机实时监测各种信号设备。

通过监测并记录信号设备的主要运行状态，为电务部门掌握设备的当前状态和进行事故分析提供科学依据。

信号微机监测系统由车站系统、车间机、电务段管理系统、上层网络终端（包括路局、铁道部监测终端），以及广域网数据传输系统组成。

本设计所选站场为一个虚拟车站——大漠站的上行咽喉，设计有信号平面布置图，该图能正确反映电气集中室外主要设备的布置情况；组合连接图和排列表，绘制组合连接图，运用特有组合架的排列方法来编制组合排列表；还对信号微机监测对象中的轨道电路、道岔及区间信号进行了研究。

为适应新设备要求，采用了统一的技术标准，确定了信号微机监测系统的主要技术要求、性能及系统功能。

为了适应新信号设备要求，本课题在微机监测系统采用了新技术，提高了监测精度和设备可靠性，使监测系统能准确判断信号设备的故障部位和违章操作带来的事故隐患，对信号设备的运行状况进行实时监测，能及时发现隐患，及时报警。

图纸设计满足信号采集硬件电路原理，设计方法和设计过程满足铁路信号设计规范。

关键词：

铁路信号；微机监测；提速区段；轨道电路；道岔

Abstract

Maintenanceandmonitoringisthemonitoringtechnologybasedonthedevelopmentoftestingandthecomputertechnologies.Thedevelopmentofmicrocomputersupervisionsystemisadvantageoustotrackingdownthecausesofbreakdowns,shorteningthetimeforremovingobstacles,heighteningtraintrafficefficiency.TheMaintenanceandMonitoringSystem（MMS）appliescomputersandinformationcollectionequipmentstothereal-timesupervisionofvarioussignalequipments,providingtheCommunication&SignalingDepartmentwithscientificbasisforthecontrolofthecurrentstatestheequipmentsandtheanalysisoftheerrorthroughmonitoringandrecordingsignalequipments’functioning.Itiscomposedofstationsupervisionsystem,workshopcomputer,thesignaldepartmentmanagementsystem,up-layernetworkterminal（bureausandMOR）andWANdatatransmissionsystem.

Thedesignofthestationasavirtualstation-Damostationintheascendingpharyngeal,designasignallayout,thefigurecancorrectlyreflecttheelectriccentralizedoutdoormainequipmentarrangement.Combinationofconnectedgraphandlist,drawingcombinationconnectedgraph,theuseoftheuniquecombinationofframealignmentmethodtoprepareacombinedlistrow.Alsoonthe-maintenanceandmonitoringobjectsintrackcircuit,switchandintervalsignalarestudied.Inordertoadapttothenewrequirementofequipment,usingauniformtechnicalstandardstomeetthemaintenanceandmonitoringthemaintechnicalrequirements,performanceandfunction.Thisresearchtopicadoptsmassivenewtechnologiesinthemicrocomputersupervisionsystemtoimprovethemonitorsprecisionandequipmentsreliabilitytomeetthenewsignalequipmentsrequirements,whichmakesitpossibletoaccuratelytrackdownthebreakdownpositionsofthesignalequipmentsandthehiddendangerscausedbyviolatingregulationsinoperation.

Drawingsofthedesignmeettheelectricinterlockingsystemprinciple,anddesignmethod,anddesignprocessmeetsthecodefordesignofrailwaysignaling.

KeyWords:

Railwaysignaling,Maintenanceandmonitoring,Speedsection,Trackcircuit,Switch

1绪论

信号微机监测系统是保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测铁路信号运用质量的重要行车设备。

信号微机监测是电务安全的“黑匣子”，是信号维修技术的重要突破，是信号维修体制改革的重要技术支撑，是信号设备实现“状态修”的必要手段，也是信号技术向高技术、高可靠和网络化、数字化和智能化发展的重要标志之一。

1.1课题背景与意义

1.1.1课题背景

信号微机监测系统是随着计算机技术的发展而发展的，是经过十几年艰苦探索发展起来的。

在1985年部分铁路局开始以当时的计算机技术为支持研制信号微机监测系统。

到了1996年，研制单位已达20多家，而且已经有100多个车站配备了微机监测系统。

相对现阶段而言，这个初期阶段的微机监测系统由于受技术、经济等方面的限制，技术陈旧，精度不高，可靠性差；各局自行研制，缺乏统一标准；各局基本独立，很少集中联网。

随着时间的推移和科技的进步，信号微机监测技术不断发展，并且得到了铁道部领导的高度重视。

1997年铁道部两次组织有关专家对信号微机监测系统进行了大规模调查研究，并在此基础上，研制了技术原则，组织了联合攻关。

由各研制单位组成的联合攻关组，在近六个月的努力下研制开发了第一代TJWX型信号微机监测系统，并且在五大干线推广应用，为监督电务设备运用状态及铁路运输安全做出了贡献。

正是第一代TJWX型信号微机监测系统在现场的推广应用，使得铁道部和各铁路局对信号微机监测系统有了新的认识[1]。

1.1.2课题意义

信号微机监测系统研制外在动力是计算机技术的高速发展，内在动力是安全生产的需要，是铁路信号技术自身发展的需要，是信号维修制改革的需要。

（1）信号微机监测系统使信号设备具有了自诊断功能，从而大幅度提高了信号系统的安全性。

（2）信号微机监测系统能在信号设备运行的全部时间内，全天候反应设备运用状态，能发现潜伏性故障，排除事故隐患。

（3）信号微机监测系统运用计算机技术，通过逻辑判断，有利于捕捉瞬间故障和间歇故障通过回放再现，有利于分析故障，分清责任。

（4）信号微机监测系统能够掌握信号设备工作状态和变化趋势，是推行信号设备状态修的技术基础，为维修决策提供科学依据。

（5）信号微机监测系统通过联网，将各站信号设备运行信息传送到车间（邻工区）、电务段、铁路分局、铁路局、铁道部，便于指导维修工作，加强生产指挥，实现科学管理。

（6）信号微机监测系统通过监督信号设备与电力、车务、工务结合部的有关状态，加强结合部的管理[1]。

1.2课题研究现状

TJWX-2000型信号微机监测系统，是铁道部微机监测二次联合攻关的成果，于2000年10月9日、10日在郑州召开了技术鉴定会，通过了部级鉴定，并在京哈、京沪、京广、陇海、兰新五大干线推广使用。

该系统是由北京全路通信信号研究设计院、郑州辉煌公司、沈阳铁路信号工厂等多家单位联合开发的信号设备微机监测网络系统。

用于铁路、城市地铁信号设备的实时监测，将获得的信息通过下层的CAN网及上层广域网送至电务段、分局或路局，供有关人员查寻、分析、统计、汇总，为做出及时、正确的维修决策提供科学依据，是铁路信号维修管理现代化的必要设备，将为铁路信号维修体制实现“故障修”到“状态修”的改革提供技术基础。

在铁路信号专家、维护人员和我厂科研开发人员的共同努力下，TJWX系统不断优化、升级，已形成了包括硬件、软件、网络通信等在内的系列产品，除了具有铁道部《信号微机监测基本技术原则》所要求的功能外，可针对不同地区、不同设备制式和资源进行动态配置，使TJWX系统达到最佳的功能/价格比。

实际应用中的TJWX系统集现场总线技术、传感技术、计算机网络技术和数据通信技术为一体，在软件模块化结构的基础上，又实现了硬件“积木式”结构设计，具有机柜式集中安装和小分机分散安装两种方式，充分适应了现场的安装空间。

系统体系上采用高可靠隔离技术使系统的安全性、稳定性、抗干扰能力、可靠性都上了一个新台阶。

它的广泛应用必将使铁路信号设备的维护、管理水平提高到一个新的层次。

1.3本课题的研究内容与目标

1.3.1课题的研究内容

本论文主要分两部分，第一部分为绪论，主要对信号微机监测系统进行概述，第二部分为设计部分，主要是对设计图纸的说明。

第二部分是对信号平面布置图、组合连接图和排列表、网络结构和站内硬件结构图、道岔的监测采样原理图、轨道电路和区间信号的监测采样原理图的分析。

1.3.2课题的研究目的

根据了解信号微机监测系统的结构、原理、功能和技术标准，掌握信号微机监测系统信息采集硬件电路设计的方法，来设计大漠站微机监测系统采集电路设计中的室外设备。

主要完成对轨道电路、道岔转辙机等室外设备信息采集电路，并根据信息采集硬件电路原理绘制完成一系列相关设计图。

2信号平面布置图

2.1概述

本设计所选站场为大漠站上行咽喉，该站是提速区段的一个中间站，根据提速区段的要求，正线上的转辙设备均采用S700K型三相交流转辙机；牵引方式为电气化牵引，区间通过信号机为三灯四显，采用ZPW-2000A制式。

针对站内的集中联锁区进行初步设计，包括信号机布置、轨道区段划分、转辙机的设置等。

本设计大漠站为双线四股道车站，上行咽喉共设置信号机10架，其中，进站信号机2架，出站信号机4架，其余为调车信号机。

根据道岔类型，站内转辙机选用S700K型交流电动转辙机。

2.2信号机的布置

2.2.1进站信号机

为了对由区间驶向车站内方的接车进路进行防护，在每一方向的进站口道岔外方，列车运行前方方向的线路左侧，均应设置进站信号机。

进站信号机应设在距进站道岔尖轨端不少于（顺向为警冲标）50m的地点，如因调车作业或制动距离的需要，一般不超过400m。

进站信号机的命名是按运行方向，上行用S、下行用X表示。

若在车站的一端有多个方向的线路引入，则在S或X的右下角缀上该信号机所属区间线路名称的汉语拼音字头。

2.2.2出站信号机

为了禁止或准许列车由车站开往区间，在车站的正线和到发线上，应装设出站信号机。

出站信号机有两个及其以上的运行方向，而信号显示不能分别表示进路方向时，应在信号机上装设进路表示器。

出站信号机使用在正线上、线群上或具有高速通过的线路上时应设高柱型，其显示距离不得小于800m。

设置在侧线上的出站信号机可用矮型，其显示距离不得小于200m。

对出站信号机的命名，上行用S、下行用X表示，再在文字的右下角缀上所属的股道号。

2.2.3调车信号机

调车信号机是为集中区内进行调车作业而设置的一种信号机。

调车作业一般是利用牵出线与到发线、咽喉区与到发线之间的线路进行的。

调车信号机可分为调车起始信号机、调车折返信号机、调车阻拦信号机这三类，不过并非一架信号机只能起一种作用。

调车信号机的设置特点：

股道头部调车信号机是在股道头部设置的调度起始信号机；尽头型调度信号机是在调车场、牵出线、专用线、机待线、机车出入库线等处设置的调度信号机；咽喉调车信号机是在咽喉区中间设置的折返和阻拦调车信号机；差置调车信号机是无岔区段两端的背向调车信号机，与此对应的是并置调车信号机；单置调车信号机其特点是没有与其并置的背向信号机，而且内、外方的轨道电路区段都包括有道岔。

调车信号机的命名以“D”表示，再在右下角缀以顺序号。

调车信号机编号从进站口开始向股道方向顺序编号，上行咽喉编为双号，下行咽喉编为单号[2]。

2.3警冲标和信号机坐标

电气集中车站均设有轨道电路，可先按信号机至相邻两路侧线线路中心最小距离机线路平面条件计算确定其位置。

在与信号机位置对应处置绝缘轨缝，距绝缘轨缝中心即信号机内方3.5m处计算确定警冲标位置。

但矮型机构不设进路表示器的信号机，应先按警冲标至相邻两侧线路中心最小距离计算确定其位置后，再于警冲标内方3.5m处计算确定信号机位置。

按以上确定的绝缘轨缝位置配轨时，一般在道岔后方有一节非标准短轨[3]。

信号平面图中要计算出道岔、信号机、警冲标这些设备距信号楼中心的距离，这些坐标是设计后续图纸的依据，需要按照规定要求计算[4]。

3组合连接图和排列表

3.1继电器组合类型

继电器组合就是定型电路环节，简称组合。

它不仅简化了设计，加快了设计过程，而且可在工厂预先生产，这就大大缩短了工期，使设备尽快地投入运用。

本设计中的定型组合分道岔组合、信号组合和区段组合三种基本类型。

道岔组合分提速单动道岔组合（TDD）、提速双动道岔主组合（JSDZ）和提速双动道岔辅助组合（TDF）三种。

信号组合分六种：

调车信号组合两种，列车信号四种。

调车信号组合有调车信号组合（DX）、调车信号辅助组合（DXF）。

列车信号组合可分引导组合（YX）、列车信号主组合（LXZ）、列车信号辅助组合（LXF）。

区段组合（Q）只有一种基本类型。

还有一种方向组合（F）和一种电源组合（DY）。

方向组合主要是为方向继电器而设的。

电源组合主要有人工解锁用的继电器和挤岔用的继电器等。

3.2选用继电器组合

3.2.1进站信号机和接车进路信号

在双线单向运行区段，每架进站信号机选用组合如图3.1（a）所示。

在单线双向运行区段，每架进站信号机选用组合如图3.1（b）所示。

当进站信号机内方有无岔区段，并没有与进站同方向的调车信号机时，每架进站信号机选用组合如图3.1（c）所示。

对接车信号机，应和进路信号机一样，选用1LXF、YX和LXZ三个组合。

3.2.2出站信号机和发车进路信号

当仅有一个发车方向时，每架进站信号机选用组合如图3.1（d）所示。

若有两个发车方向时，每架进站信号机选用组合如图3.1（e）所示。

发车进路兼调车信号机选用如图3.1（d）所示组合。

3.2.3调车信号机

并置和差置的调车信号机，应各选用一个调车组合DX，如图3.1（f）、（g）所示。

对应每架单置调车信号机，除选用一个DX组合外，还应选用半个调车辅助组合DXF，如图3.1（h）所示。

图3.1怎样选用信号组合举例

3.2.4道岔

每组单动道岔选用一个DD组合，如图3.2（a）所示。

每组双动道岔，应选用一个SDZ组合和半个SDF组合，如图3.2（b）所示。

图3.2怎样选用道岔组合举例

3.2.5道岔区段

每一道岔区段和列车进路上的无岔区段，都要选用一个Q组合。

对于非列车进路上的无岔区段，则不选用Q组合。

3.3组合连接图

图JC-2中除定型组合外，还有一个零散组合。

零散组合是根据站场具体情况设计的一些非定型电路用的组合。

而标有“照查”字样的方框，不是本咽喉区用的组合，它只表明与另一咽喉的照查条件（在1LXF或2LXF组合内）由这里引入。

图JC-2中除注明有组合类型外，还标出了各种定型组合类型图的图号。

引导组合YX中1表示向左运行，2表示向右运行。

区段组合Q中1表示无岔区段，2表示有岔区段。

双动道岔主组合SDZ中I表示为八字第一笔形状的双动道岔（撇形道岔），Ⅱ表示为八字第二笔形状的双动道岔（捺形道岔），1表示为双动道岔中的左侧道岔，2表示为双动道岔中的右侧道岔[5]。

3.4组合排列表

3.4.1组合架的编号

组合架编号方法如图3.3所示面对组合架的正面，由前向后顺序编排号，每排由左向右编架号。

组合架上下分11层，一般从下到上编号为1、2、3、……10,1~10层安装继电器组合，每层安装一个继电器组合。

每个继电器组合，包括两个端子板（叫做组合侧面端子）和十个继电器座的位置。

第11层作为零层，安装各种电源端子和接线端子（叫做零层端子）。

图3.3组合架的编号方法

上行咽喉的进站口开始，从右向左把各组合按从第1排第11架开始依次往后排，下行咽喉则从最后1排第24架开始依次往前排[5]。

3.4.2提速区段增设的组合

（1）本站两正线上使用的道岔为提速道岔，每台转辙机增设一个提速道岔辅助组合TDF，因此每组双动道岔共需4个TDF组合。

TDF组合集中排列在本咽喉的零散组合之后，按道岔号顺序排列，方便维修查找。

（2）本站为双线双向运行，接车口兼做发车口，反方向运行时为站间闭塞，需办理改方。

每个接车方向需要两个组合（改方主组合FZ和辅助组合FF），因此全站4个接车方向共设改变运行方向组合8个和1个总辅助ZF组合，放在组合架的4排1架。

（3）与四显示自动闭塞结合的离去继电器组合、接近轨道继电器组合分别设在4排2架的1层、2层和3层。

每架出站信号机都带表示器，因此增设3DJ组合，全站共8架出站信号机，共需8个3DJ，放在1个3DJ组合里，设在4排2架的4层。

4网络结构和站内硬件结构

4.1网络结构

TJWX-2000型信号微机监测系统的网络结构分为站机（车间机）对段机之间通信的基层网和段机对铁路分局、铁路局、铁道部管理机之间通信的上层网。

站机、段机之间的传输通道采用冗余自愈技术，能适应多种网络拓扑结构。

电务段服务器负责管理电务段基层网并与上层网联网通信。

基层网与上层网通信采用TCP/IP协议和统一的数据格式。

TJWX-2000型信号微机监测系统的网络结构是采用串联加环路的方式实现的，即一条线路上的各站仅需要一条通道。

在该通道上上站站开口，将沿线各站串联在一起，线路末端站在增加一条通道至电务段，使网络成环，如图4.1所示。

图4.1微机监测网络结构

TJWX-2000型信号微机监测系统的网络结构具有以下技术特点：

（1）技术先进。

（2）支持多种传输方式，采用树型网络拓扑结构，选用多协议路由器作为广域网互联设备，具有灵活多样的组网方式。

（3）具有较强的适应能力，可根据用户的需要，为用户提供灵活使适用的网络解决方案，而且网络设备不会因升级而淘汰。

（4）扩展性方面，选用具有良好开放性的TCP/IP网络协议和NT平台，易于网络的扩充和升级[1]。

4.2站内硬件结构

车站系统由站机和采集机组成，其中站机实现集中管理，采集机实现集中管理下的分散采集信息。

图4.2为站机和采集机的系统结构图。

图4.2站机和采集机的系统结构

车站系统按不同站场规模配置采集机数量，根据功能要求配置各种类型的采集机。

采集机可以集中安装，也可以分散安装。

站机由工控机、显示器、键盘、鼠标、UPS电源、打印机等设备组成。

站机作为一个车站的集中管理设备，集中处理各采集机的实时信息，并进行显示和存储，同时又为操作人员提供人机界面。

根据对信号设备监测的结果，人机界面实现车站作业状态及设备运用状态的实时显示和各种数据的查询功能。

站机可将本站监测信息传送到服务器，为实现远程监测和管理提供基础。

站机系统应用软件是一个多任务系统，其功能是从采集机中取得数据，同时完成本站数据的处理、存储和统计，并有站场显示和操作界面查看所有采集数据。

采集机用于在线采集各种信号设备的模拟量或开关量数据，对各种数据进行预处理，并传送给站机。

采集机按功能划分为综合采集机、道岔采集机、轨道采集机、开关量采集机、区间采集机和其他专用采集机[1]。

5道岔的监测

5.1道岔动作电流的监测

5.1.1监测点

三相交流电动转辙机在组合后面选取A、B、C三相动作线。

采用开口式道岔动作电流采样模块，利用霍尔原理获得采样电流。

5.1.2道岔动作电流采样模块

三相交流模块主要用于提速道岔三相交流电动转辙机动作电流隔离采样，模块外型如图5.1所示。

图5.1三相交流采样模块

三相交流采样模块为分散安装，将模块用树脂全封闭就近安装在提速组合里，断湘保护器DBQ后面。

A、B、C三相动作线分别对应穿入3个孔。

5.1.3道岔动作电流监测原理

通过对道岔动作电流的实时监测，可分析判断道岔转载机的电气特性、时间特性和机械特性。

三相交流采样模块采集到三相电动转辙机动作电流后，每相采样电流都经过放大、整流、再放大，转换成三路a、b、c（分别对应三相A、B、C）动作电流的0~5V直流标准电压，送人道岔采集机模拟量输入板，分别经过选通送至CPU进行A/D转换。

再将转换后的数字量暂存采集机，当站机索要数据时将完整电流曲线的数据送至站机[1]。

5.2信号微机监测1DQJ接点的监测

道岔转折时才会有动作电流，要监测道岔电流就必须监测道岔转换的起止时间，道岔采集机是通过采集1DQJ的落下接点状态来监测道岔转换起止时间的。

1DQJ的接点是开关量，并且1DQJ没有空闲接点，因此只能用开关量采集机在半组空接点（半空落下空接点）上采集开关量。

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，对设备无任何影响。

开关量采集器就近安装在道岔组合1DQJ继电器后边，使配线尽可能短，以减少混线的可能[1]。

5.3信号微机监测2DQJ位置状态的监测

采集2DQJ状态一般有两种方法，一种是直接采集接点方式，另一种是光电探头采集方式，本次研究采用的就是光电探头采集方式。

这种采集方式需要2DQJ继电器上套上光电探头传感器，采集光电探头输出数据来获取2DQJ继电器状态。

S700K系列转辙机道岔控制电路有些组合中2DQJ继电器没有空接点，组合也没有空余继电器位置，不适合用于直接采集接点方式，目前以实施的工程中多采用光电探头采集方式采集2DQJ状态。

光电探头由微机监测系统提供工作电源，采用非接触式采集方式，由光电