用于移频轨道电路轨旁设备的监测维护系统的制作方法

本发明涉及轨旁监测，尤其是涉及一种用于移频轨道电路轨旁设备的监测维护系统。

背景技术：

随着zpw-2000型无绝缘轨道电路的广泛使用，电务维护单位对轨道电路系统的可维护性提出了更高要求，对轨道电路的监测采集点和采集范围，由传统针对室内的采集，扩展到室外轨旁。由于zpw-2000移频轨道电路室外设备远离信号楼，轨旁没有供电电源，轨旁采集设备电源线不可能另铺电缆单独从室内拉到轨旁，造成电务维护单位对轨旁设备进行养护维修效率低下，轨旁设备的故障处理时间较长，容易造成长时间的故障延时，甚至导致d类事故的发生。

专利cn201620449431提出了一种用于铁路室外轨旁信号设备的监测系统，通过供电电源、室外轨旁信号设备采集器、plc协议转换器、通信接口分机和集中监测站机实现对铁路室外轨旁信号设备的监测，然而这种监测系统虽然提高了故障处置时间，但采集的方式是电压采集，电压传感器直接并联到主体设备，故障时很有可能引起主体设备的电路参数发生变化，影响主体设备正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种用于移频轨道电路轨旁设备的监测维护系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于移频轨道电路轨旁设备的监测维护系统，所述系统包括位于室外的采集分机以及位于室内的通信模块和维护终端，所述采集分机一端通过移频轨道电路的备用电缆线与通信模块连接，另一端与移频轨道电路轨旁设备中的轨旁调谐匹配单元连接，所述通信模块通过can总线与维护终端连接，所述采集分机的数量与轨旁调谐匹配单元的数量相匹配。

所述采集分机包括穿心式电流传感器，所述穿心式电流传感器与轨旁调谐匹配单元的发送端电缆侧、接收端电缆侧和钢轨引出线连接。

所述采集分机的连接方式包括星形连接方式或总线连接方式。

所述通信模块包括通信分机和室外监测通信处理器，所述通信分机分别与采集分机和室外监测通信处理器连接，所述室外监测通信处理器与维护终端连接。

所述通信分机包括电源单元、通信传输控制器和rs485收发单元，所述电源单元分别与通信传输控制器和rs485收发单元连接，所述通信传输控制器通过备用电缆线与采集分机连接。

所述电源单元包括交流隔离变压器，所述交流隔离变压器分别与外接电源、通信传输控制器和rs485收发单元连接。

所述rs485收发单元包括rs485驱动器。

所述室外监测通信处理器包括嵌入式arm控制芯片以及设置在嵌入式arm控制芯片上的rs485接口、can总线接口、以太网接口和usb接口，所述rs485接口与通信分机连接，所述can总线接口与维护终端连接。

所述室外监测通信处理器还包括用于显示采集分机的采集信号与采集分机入网状态的第一显示屏，以及保存历史数据的存储卡。

所述维护终端包括上位机，所述上位机上设有用于显示采集分机的采集信号与采集分机入网状态的第二显示屏。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过置于室内的通信模块和维护终端，与室外的采集分机相互配合，且室外的采集分机与室内的通信模块是通过zpw-2000移频轨道本身的备用电缆线来进行连接，这种连接方式解决了轨旁采集设备电源线不可能另铺电缆单独从室内拉到轨旁的问题，而且直接使用移频轨道电路的备用电缆作为采集分机的供电线和数据传输线，大大节省了成本，实用性能强。

(2)采集单元采用穿心式电流传感器非直接接触移频轨道电路，从而保证了本设备即能采集轨旁调谐匹配单元发送端、接收端电缆侧电流及钢轨引出线电流又不对被测设备造成影响。

(3)采集分机的连接方式包括星形连接方式或总线连接方式，可以根据实际情况进行自主选择，使用灵活，易于实现。

(4)通信模块中的通信分机通过电源单元内部的交流隔离变压器可以将电压分为两组输出，一组传递至通信传输控制器，另一组传递至rs485收发单元，实现了高效供电，提高了供电效率，节省成本。

(5)室外监测通信处理器包括arm控制芯片以及设置在芯片上的rs485接口、can总线接口、以太网接口和usb接口，通过上述接口可以实现通信分机与维护终端的流畅的数据收发，且通过usb接口，可以对室外监测通信处理器进行升级，保证了通讯的稳定性。

(6)室外监测通信处理器还包括第一显示屏和存储卡，通过第一显示屏可以显示采集分机的入网状态和采集信号的幅度、载频、低频与测试点的环境温度，通过存储卡可以将上述数据进行保存，便于工作人员随时查看历史信息。

(7)维护终端包括上位机，且上位机设有第二显示屏，可以实时显示采集分机的入网状态和采集信号的幅度、载频、低频与测试点的环境温度，同时可以实时显示根据用户查看调节显示的采集分机数据曲线。

(8)第一显示屏和第二显示屏均可实现数据的展示，记录轨旁所有采集分机的采集数据，通过设置两个显示屏，一方面可以有助于比较采集数据内容是否一致，从而及时发现系统问题，另一方面也便于维护人员在不同地点查看采集的数据，方便性能强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为通信分机的结构示意图；

图3为采集分机的结构示意图；

其中，1为维护终端，2为通信模块，3为采集分机，21为室外监测通信处理器，22为通信分机，221为rs485收发单元，222为电源单元，223为通信传输控制器，31为耦合电路，32为供电电源，33为信号传输单元，34为mcu控制器，35为dsp信号处理器，36为采样电路，37为穿心式电流传感器，38为数字温度计，39为拨码开关，331为电力载波传输线，332为can总线，333为rs485总线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供了一种用于移频轨道电路轨旁设备的监测维护系统，包括位于室外的采集分机3以及位于室内的通信模块2和维护终端1，采集分机3一端通过移频轨道电路的备用电缆线与通信模块2连接，另一端与移频轨道电路轨旁设备中的轨旁调谐匹配单元连接，通信模块2通过can总线与维护终端1连接，采集分机3的数量与轨旁调谐匹配单元的数量相匹配。

其中，采集分机3包括穿心式电流传感器，穿心式电流传感器与轨旁调谐匹配单元的发送端电缆侧、接收端电缆侧和钢轨引出线连接。采集分机3的连接方式包括星形连接方式或总线连接方式。通信模块2包括通信分机22和室外监测通信处理器21，通信分机22分别与采集分机3和室外监测通信处理器21连接，室外监测通信处理器21与维护终端1连接。通信分机22包括电源单元222、通信传输控制器223和rs485收发单元221，电源单元222分别与通信传输控制器223和rs485收发单元221连接，通信传输控制器223通过备用电缆线与采集分机3连接。电源单元222包括交流隔离变压器，交流隔离变压器分别与外接电源、通信传输控制器223和rs485收发单元221连接。rs485收发单元221包括带有隔离的增强型rs485驱动器，该rs485驱动器采用自收发电路。室外监测通信处理器21包括嵌入式arm控制芯片以及设置在嵌入式arm控制芯片上的rs485接口、can总线接口、以太网接口和usb接口，rs485接口与通信分机22连接，can总线接口与维护终端1连接。室外监测通信处理器21还包括用于显示采集分机3的采集信号与采集分机3入网状态的第一显示屏，以及保存历史数据的存储卡。维护终端1包括上位机，上位机上设有用于显示采集分机3的采集信号与采集分机3入网状态的第二显示屏。

根据上述结构实现的系统如图1所示，从图中可以看出，该系统用于zpw-2000轨道电路，主要包括的几个模块为采集分机3、通信分机22、室外监测通信处理器21和维护终端1，其中维护终端1、室外监测通信处理器21、通信分机22放在室内，采集分机3放在室外。室外监测通信处理器21与通信分机22连接，又与维护终端1连接，通信分机22与采集分机3连接。

其中，采集分机3通过5个穿心式电流传感器钳在轨旁调谐匹配单元发送端、接收端电缆侧电流及钢轨引出线，电流经采样电阻转换为电压信号后进行调理，ad转换，dsp解码出fsk信号幅度、载频、低频信号，解码数据通过spi接口转发为spi数据，arm控制芯片同时读取温度传感器的数据，重新打包后输出到室外zpw-2000轨道电路备用电缆线。

通信模块2包括通信分机22和室外监测通信处理器21，通信分机22通过zpw-2000轨道电路备用电缆线与采集分机3连接。通信分机22包括电源单元222、通信传输控制器223、rs485收发单元221，电源单元222与通信传输控制器223连接，同时与rs485收发单元221连接。通信分机22同时为上行、下行、进站、出站、发送、接收8个方向的室外轨旁采集分机3提供220v交流输入或300v直流输入，其中4路电源单元222、4个通信传输控制器223、4路rs485收发单元221安装在一个通信分机22中，8个方向设备共需2个通信分机22。室外监测通信处理器21与通信分机22采用隔离的rs485接口连接，控制通信分机22内的通信传输控制器223数据收发，把接收的数据存储在tf卡上，数据重新打包后转发到维护终端1，并在4.3英寸的液晶屏上实时显示出所有采集分机3入网状态及采集的数据信息。室外监测通信处理器21具有查看历史记录、修改日期时间等功能，通过usb接口可以升级软件。室外监测通信处理器21与维护终端1接口采用can总线或以太网。维护终端1包括上位机。系统在工作时，维护终端1接收室外监测通信处理器21的数据，实时显示出zpw-2000区段内所有采集分机3的工作状况，并在故障时报警。通信分机22安装在19英寸宽3u高的标准机笼里。室外监测通信处理器21安装在19英寸宽2u高的标准机笼里。

本实施例中，提出的采集分机3，主要是通过穿心式电流传感器采集电流信号，但是该采集分机3的具体结构包括：信号采集模块，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集和采样处理；信号传输模块，与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；供电电源32，分别与信号采集模块和信号传输模块连接，用于为信号采集模块和信号传输模块供电。

其中，信号采集模块包括：信号采集传感器，与轨道电路连接，用于对轨道电路的信号进行采集；采样电路36，与信号采集传感器连接，用于对信号采集传感器采集的信号进行采样；dsp信号处理器35，分别与采样电路36和信号传输模块连接，用于对采样电路36得到的采样信号进行信号处理。信号采集传感器包括穿心式电流传感器37，穿心式电流传感器37分别与轨道电路和采样电路36连接。采样电路36包括ad转换器和多个采样通道，采样通道的数量与信号采集传感器的数量相匹配，采样通道分别与信号采集传感器和ad转换器连接，ad转换器与dsp信号处理器35连接。采样通道包括采样电阻、稳压管、同相放大电路和低通滤波器，所述采样电阻与低通滤波器连接，所述稳压管分别与低通滤波器和同相放大电路连接。信号处理包括数据滤波和fsk信号解码。信号传输模块包括：信号传输单元33，用于将信号采集模块采集的信号传输至外界；信号传输控制单元，分别与信号采集模块和信号传输单元33连接，用于控制信号传输单元33对信号的收发。信号传输单元3包括电力载波传输线331、can总线332或rs485总线333。信号传输控制单元包括：mcu控制器34，分别与信号采集模块和信号传输单元33连接，用于控制信号传输单元33对信号的收发；拨码开关39，与mcu控制器34连接，用于切换信号传输单元33的传输方式；数字温度计38，与mcu控制器34连接，用于向mcu控制器34反馈外界温度。装置还包括耦合电路31，耦合电路31与信号传输模块采用电力载波传输线时与其连接。

根据上述结构实现的采集分机的结构如图3所示，下面对图中的各个模块进行描述：首先是采样电路36，本实施例中采样电路36内部有8个通道，每个通道具有5v的稳压管、同相放大电路和低通滤波器，8个通道连接到一个具有8通道das，内置16位，双极性输入，同步采样的ad转换器，采用同相运放电路，最大程度减少对电流传感器取样电阻值的影响，由于取样电压≤1v，信号需要放大，取样电阻选用0.1％的精度。dsp信号处理器35完成ad采样、数据滤波、fsk信号解码、数据传输的工作。通过spi接口把数据传给mcu控制器34，mcu控制器34控制信号传输单元33的收发，spi接口接收dsp解码后的数据。dsp的程序放在mcu中，上电时通过spi接口，存在mcu内部flash的程序转移到dsp内存中。为区别每一个站点地址，一个串口用于写入id号到flash中。同时通过单总线方式读写数据温度计的温度。信号传输单元33采用单板可选模块，根据现场需要可插电力载波模块或can总线驱动模块或rs485总线驱动模块。模块控制信号由拨码开关39位置决定。电力载波模块支持总线型、星形网络拓扑结构。为使电力载波信号不应对zpw-2000设备造成干扰，plc通信频点范围应在30khz以上。供电电源32提供信号采集模块和信号传输模块所需的±5v、3.3v、1.2v。为避免采集分机启动电流大造成电源芯片过流保护，选用最大工作电流3a的电源芯片。耦合电路31接收电力载波信号的发送与接收，提供防雷，避免信号衰减，与远供电源系统隔离。拨码开关39根据现场选择的模块配置参数，mcu控制器34根据拨码开关39的状态提供不同的控制信号。

该装置的工作过程如下：首先穿心式电流传感器37将采集的信号传输至采样电路36，采样电路36通过多个采样通道对每个传感器的信号进行采样后共同传输至ad转换器进行模数转换，并将转换后的信号传输至dsp信号处理器35，经过dsp信号处理器35进行数据滤波和fsk信号解码后，再传输至信号传输控制单元，信号传输控制单元的mcu控制器34根据拨码开关39的设置选定传输方式，mcu控制器34读取拨码开关39的数据后，根据读取结果将mcu控制器34的控制模块的引脚配置为与传输方式相对应的串口，从而使得信号传输单元33对信号进行收发，信号传输单元33的收发途径可以为电力载波传输线331、can总线332或rs485总线333中的一种，根据实际情况进行选择，在can总线和rs485总线的情况下，mcu控制器直接控制信号传输单元实现信号的收发，在电力载波的传输方式下，mcu控制器按照设定的时钟，控制信号传输单元实现信号的周期性的发送与信号幅度跳跃发送，与通信分机进行通信。该采集分机通过设置拨码开关39，可以选择多种不同的传输方式，且信号传输单元中每次在电力载波传输、rs485传输或can总线传输的三种方式中选择一种配置，大大减小了采集分机的体积，同时也节省了采集分机的制造成本，从而节省了监测维护系统的成本。