歐陽輝
摘 要:文章分析了信號微機(jī)監(jiān)測、SSTDR和TFDR監(jiān)測手段對鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障的在線檢測技術(shù),對信號微機(jī)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計,包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、網(wǎng)絡(luò)平臺和廣域網(wǎng)的設(shè)計等方面,達(dá)到提高在線監(jiān)測效率的目的。鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障通過這種在線檢測系統(tǒng),創(chuàng)建了系統(tǒng)化的檢測平臺,實現(xiàn)了故障的自動化定位,以供廣大讀者參考。
關(guān)鍵詞:鐵路信號電纜;信號微機(jī)監(jiān)測;SSTDR;TFDR
前言
隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展,運(yùn)輸量也在不斷提升,作為鐵路運(yùn)輸部門信號傳遞的重要組成部分,鐵路信號電纜在傳遞列車輸運(yùn)控制信息的作用越來越突出,鐵路信號電纜發(fā)生故障對整個列車的安全影響越來越大。同時再加上鐵路信號電纜在進(jìn)行故障定位和分析研究時難度很大,無法快速確定隱蔽的故障,這樣就加大了對列車正常使用的干擾,同時對列車上人民的生命安全造成很大的損失。所以要提高檢測鐵路信號電纜故障的速度,研發(fā)出效率較高的在線檢測系統(tǒng),針對鐵路信號電纜隱蔽性的特點(diǎn),設(shè)計出快速確定電纜故障方位的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
1 鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測方法
隨著鐵路運(yùn)輸業(yè)的提升,鐵路對提高信號電纜的要求也在不斷提升,要實現(xiàn)鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障的自動監(jiān)測和處理,達(dá)到減少人工參與的目的,這樣即可以提高信號電纜使用的可靠性,又實現(xiàn)了鐵路的自動化運(yùn)營。信號微機(jī)監(jiān)測、擴(kuò)展頻譜時域反射法和時頻域反射法的結(jié)合使用,具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用,同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗,最終確定故障具體類型的功能。
1.1 信號微機(jī)監(jiān)測
信號微機(jī)監(jiān)測是集合了現(xiàn)場總線、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信等方面要素為一體的可靠網(wǎng)絡(luò)體系,可以實現(xiàn)對鐵路設(shè)備的在線監(jiān)測,并將獲得的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給各分局,以供工作人員進(jìn)行分析和統(tǒng)計,為以后解決故障提供保證。
信號微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前廣泛運(yùn)用在我國鐵路行業(yè)中,是主要的行車安全監(jiān)測設(shè)備,對鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩涂茖W(xué)化管理有著重大作用,同時也對鐵路信號的維修提供了可靠技術(shù)支持。
1.2 擴(kuò)展頻譜時域反射法
擴(kuò)展頻譜時域反射法稱為SSTDR,是一種可以在線檢測信號電纜的故障檢測方法,這種方法主要是依賴于擴(kuò)展頻譜技術(shù)[1]。在SSTDR進(jìn)行在線監(jiān)測發(fā)出信號時,不僅不會影響信號電纜的正常工作,而且還具有能預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用[1]。SSTDR的工作原理是通過向檢測的電纜發(fā)射偽隨機(jī)碼和調(diào)制信號,得出故障部門的反射時間,主要是因為SSTDR發(fā)射的偽隨機(jī)碼和調(diào)制信號的自噪聲均是零,所以這種信號的發(fā)出對電纜的正常工作沒有任何影響,同時還能起到在線檢測故障的目的。
1.3 時頻域反射法
時頻域反射法稱之為TFDR,比較方便用于分析高斯包絡(luò)的線性調(diào)頻信號,因為通常電纜信號都是非平穩(wěn)信號,而是以高斯分布為特征的,這樣就需要TDR來得出更為精確的測量精度。TFDR的工作原理是向檢測電纜發(fā)射高斯包絡(luò)調(diào)頻信號,這些信號接收Wigner的處理,得出故障的精確測量距離和故障阻抗,最終還可以確定故障的具體類型[2]。
2 鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
2.1 信號微機(jī)監(jiān)測設(shè)計
2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
信號微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)主要是對鐵路信號設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,對信號設(shè)備電氣特性進(jìn)行在線監(jiān)測及預(yù)警。整個信號微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)包括電務(wù)段層、車間層和車站層三個部分,其中電務(wù)段終端應(yīng)該與上級保持溝通狀態(tài)。
2.1.2 網(wǎng)絡(luò)平臺
信號微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺是PC機(jī),整個監(jiān)測中心都采用TCP/IP協(xié)議,在終端使用PC機(jī),保持相互間聯(lián)系。
2.1.3 廣域網(wǎng)的設(shè)計
廣域網(wǎng)的設(shè)計要采用最先進(jìn)的技術(shù)手段、系統(tǒng)的端口要滿足標(biāo)準(zhǔn)化的要求、整個系統(tǒng)要確保安全、方便。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括各個連接設(shè)備、調(diào)解器和布線系統(tǒng)等,支撐著所有應(yīng)用軟件的使用,其可靠性是整個微機(jī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常使用的關(guān)鍵。整個廣域網(wǎng)要以電務(wù)段局為中心,實現(xiàn)段局域網(wǎng)之間互聯(lián),通常采用串聯(lián)的方式把整個鐵路現(xiàn)場連接起來,這樣既可靠又節(jié)省空間。通信信道要保證質(zhì)量高、穩(wěn)定度高,這樣才能提高整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。結(jié)構(gòu)化布線要保證入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與局域網(wǎng)之間的距離在100m之內(nèi),采用一級星形布線方式,達(dá)到減少投資的目的。結(jié)構(gòu)化布線是整個系統(tǒng)極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),所以設(shè)備要選擇最高品質(zhì)的產(chǎn)品,滿足未來網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的需求。
這樣設(shè)置局域網(wǎng)可以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能高、網(wǎng)絡(luò)可靠性高、系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性、可以架構(gòu)企業(yè)內(nèi)部的管理網(wǎng)等。
通過信號微機(jī)監(jiān)測實現(xiàn)了對鐵路信號設(shè)備隱患的在線監(jiān)測,可以及時反映設(shè)備的運(yùn)行情況,并且根據(jù)提交的報道信息可以進(jìn)行及時的現(xiàn)場維修,保證整個列車的正常運(yùn)行。
2.2 SSTDR和TFDR測試方法設(shè)計
通過以上分析可以知道,SSTDR檢測方法具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用,TFDR具有得出故障的精確測量距離和故障阻抗,最終確定故障的具體類型的功能。在實際工作中,這兩種方法并不是單獨(dú)使用的,經(jīng)常結(jié)合在統(tǒng)一硬件平臺上檢測電纜故障,這樣即可以確定檢測電纜信號的高阻故障和低阻故障,還可以明確檢測信號電纜故障的精確位置[3]。系統(tǒng)以DSP+CPLD模塊為核心電路,主要包括信號發(fā)射模塊、信號采集模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。
CPLD在信號發(fā)射模塊中需要控制直接數(shù)字合成芯片產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)射信號,這些發(fā)射信號要經(jīng)過驅(qū)動放大線路,由驅(qū)動放大線路的兩條不同線路產(chǎn)生大小相同、極性相反的電壓信號。
對于信號采集模塊的設(shè)計要注意在實際工作中檢測電纜的反射信號比較微弱,并且其幅值具有不穩(wěn)定的特點(diǎn),所以前段緩沖放大電路需要使用大小可進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)的放大緩沖電路[4]。
數(shù)據(jù)通信模塊是為了適應(yīng)實際工作中電磁環(huán)境復(fù)雜、通信距離大等因素而設(shè)計的一種抗干擾系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信的上位機(jī)PC端通過與總線連接可以利用數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對鐵路信號電纜的故障檢測,這樣就方便了后續(xù)的處理工作,提高了硬件平臺的通用性和實用性。
3 結(jié)束語
通過以上分析可以看出,信號微機(jī)監(jiān)測實現(xiàn)了對鐵路信號設(shè)備隱患的在線監(jiān)測,可以及時反映設(shè)備的運(yùn)行情況,并且根據(jù)提交的報道信息可以進(jìn)行及時的現(xiàn)場維修,保證整個列車的正常運(yùn)行。而SSTDR和TFDR的故障檢測方法作為補(bǔ)充手段進(jìn)行結(jié)合使用,共同對鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行在線檢測,具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用,同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗,最終確定故障具體類型的功能。這三種方法應(yīng)該在鐵路系統(tǒng)大力推廣,只有這樣才能更好地排除電纜網(wǎng)絡(luò)故障,實現(xiàn)鐵路的自動化運(yùn)營。
參考文獻(xiàn)
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[3]馬全松,秦亞明,廖立平.鐵路信號電纜絕緣在線測試[J].測控技術(shù),2009,12(4):34-35.
[4]顏秋容,徐勛建.基于DSP的智能隔離檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2006,4(11):54-55.