徐永瑞

摘 要：社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，公共交通產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，一方面為地鐵交通體系的建設(shè)與完善提供了有力的保障；另一方面也使得供電系統(tǒng)的安全性與可靠性成為地鐵運行的重要基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上，本文通過對斷路設(shè)備監(jiān)測裝置現(xiàn)存問題及改進措施的有效分析，為在線監(jiān)測系統(tǒng)的合理應(yīng)用提供簡單的參考。

關(guān)鍵詞：外設(shè)功能；開發(fā)環(huán)境；模擬信號

在線監(jiān)測技術(shù)采用A -D程序進行數(shù)據(jù)收集，能夠保證檢測系統(tǒng)的高效性與程序操控的準確性，利用模擬信號實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。在此基礎(chǔ)上，通過ARM芯片及Linux監(jiān)測程序，保證了對供電系統(tǒng)的動態(tài)管理，降低了供電變斷路設(shè)備的維修養(yǎng)護成本。

一、當前階段斷路系統(tǒng)的發(fā)展狀況

1、斷路器的常見故障

目前，在地鐵供電系統(tǒng)中，常見的斷路器故障原因以操動機構(gòu)的機械故障為主。因此，為了保證斷路系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，地鐵運營部門每年都要投入大量的成本，對斷路系統(tǒng)進行維修、養(yǎng)護，這種情況不僅影響了地鐵供電體系的正常運轉(zhuǎn)，提升了系統(tǒng)的運營成本，還在一定程度上增加了人為損壞設(shè)備的可能性，埋下了安全隱患。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)部門通過在線監(jiān)測設(shè)備對斷路器進行實時監(jiān)控，成為了當前階段保證地鐵供電安全的首要選擇。

2、在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的電路監(jiān)測系統(tǒng)，是以單片機為設(shè)備的核心，對斷路器實施監(jiān)測的，由于硬件設(shè)施的限制，使得監(jiān)測功能較為單一，核心芯片的擴展性不強。與此同時，單片機監(jiān)測系統(tǒng)并沒有設(shè)置操作程序，因此在可視性與系統(tǒng)操作性方面存在缺陷?；谶@種情況，在線監(jiān)測系統(tǒng)逐步替代了原有的監(jiān)測裝置，以ARM芯片為操作核心的系統(tǒng)，不僅保留了單片機的功能，還以此為基礎(chǔ)提升了可視化效果，運用網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸。在系統(tǒng)方面，搭載了Linux程序，在獲取動態(tài)信息的基礎(chǔ)上，通過該平臺對斷路器進行控制，提升了供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。

二、監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能

結(jié)合地鐵供電程序的客觀需求，該種監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)了以下幾方面的功能：

1、對斷路器進行機械性的功能監(jiān)測

斷路器整體系統(tǒng)的機械安裝牢固性與使用質(zhì)量都直接影響著供電體系的運行效率，但在機械的實際工作過程中，操動機構(gòu)以及斷路設(shè)備的機械失效情況頻發(fā)，電氣控制系統(tǒng)及電路問題不僅增加了斷路器發(fā)生故障的可能性，還為供電設(shè)備的控制埋下隱患。因此，為提升異常情況的監(jiān)測效率，在最短的時間內(nèi)解決故障問題，在線監(jiān)測設(shè)備通過對分、合閘電流、線圈狀態(tài)、周期性機械振動等方面的監(jiān)管、控制，來提升對斷路器機械設(shè)備的管理效率。

2、對斷路設(shè)備電流、電壓的實時監(jiān)測

在線監(jiān)測程序通過測量設(shè)備中一次電流的電壓、損耗情況，來確定觸頭的使用情況，觀察設(shè)備的實際磨損程度。同時，對斷路設(shè)備儲能電機流經(jīng)的電流量、工作時間以及承受電壓等方面進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息測算儲能電機的運行狀態(tài)。結(jié)合檢測數(shù)據(jù)可以客觀的對斷路設(shè)備進行質(zhì)量評估，從而利用操作系統(tǒng)進行合理的調(diào)整，結(jié)合歷史故障原因及發(fā)生規(guī)律，開展維護/檢修工作。

3、在線監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)通信及可視化功能

在監(jiān)測設(shè)備設(shè)置對應(yīng)的信號接收端口，能夠?qū)κ占降男畔⑦M行及時的抄錄，并在此基礎(chǔ)上利用以太網(wǎng)將信息傳送到主控平臺，由主站對數(shù)據(jù)進行分析、處理，并反饋異常情況。監(jiān)測系統(tǒng)的顯示功能是通過LCD的模塊顯示設(shè)備，將收集到的數(shù)據(jù)在窗口顯現(xiàn)出來。

三、在線監(jiān)測設(shè)備的硬件設(shè)計

1、模擬信號的采集、測量設(shè)計

在線監(jiān)測模擬信號的采集內(nèi)容包括：合分閘線圈電流信號、一次電流信號、合分閘控制電源電壓、儲能電機電壓、交流控制電源電壓、振動信號和行程信號等。具體的測量過程如下：線圈模擬信號的測量選擇的是霍爾傳感器，可以對交流電流信號進行測量，也可以測量直流信號（KT10A）；主回路相流經(jīng)的電流是交流信號，由電流互感器出發(fā)，經(jīng)過霍爾傳感器時變?yōu)槿蹼娦盘?；電壓信號的模擬信號測量主要包括電源電壓、電機電壓等，同樣使用霍爾傳感器進行測試；振動模擬信號的監(jiān)測則使用加速度型的傳感設(shè)備對振動信號的速率、振幅進行計算。

2、開關(guān)量測量的硬件模塊

開關(guān)量的內(nèi)容包括：斷路器的輔助節(jié)點，隔離開關(guān)輔助節(jié)點的位置，小車的位置，儲能系統(tǒng)的狀態(tài)等。在實際測量階段，選擇光耦隔離對具體數(shù)據(jù)進行檢測。

3、電路的調(diào)理硬件模塊

在傳感器中收集的模擬信號主要指工頻電壓，有時也會出現(xiàn)高頻信號。為此，在監(jiān)測系統(tǒng)中通常會設(shè)置低通濾波的電路設(shè)備作為電路的調(diào)理模塊，降低高頻信號對傳感設(shè)備的干擾，地鐵斷路器主要使用二階Sallen-Key型號的濾波器。

4、外設(shè)功能的硬件模塊設(shè)計

除了上述的硬件功能模塊外，在線監(jiān)測系統(tǒng)還包括外設(shè)功能，當主控制設(shè)備對測試數(shù)據(jù)進行讀取后，為了保證數(shù)據(jù)安全，通常會利用存儲器保存數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)斤@示器上。在這一過程中，需要設(shè)備提供電源才能確保數(shù)據(jù)收集、傳輸、存儲工作的正常進行。

四、監(jiān)測系統(tǒng)中Linux軟件程序的應(yīng)用設(shè)計

在線監(jiān)測利用ADC程序?qū)?shù)據(jù)進行全面、系統(tǒng)的采集，并以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。因此，程序系統(tǒng)中包含A-D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的設(shè)計移植、網(wǎng)卡驅(qū)動程序的移植和Socket通信程序的設(shè)計移植。

1、構(gòu)建Linux系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

由于Linux程序?qū)儆谇度胧降脑O(shè)備運行系統(tǒng)，因此，其本身不具有開發(fā)能力，只有構(gòu)建出與系統(tǒng)配套的開發(fā)環(huán)境，才能保證在線監(jiān)測的實時性。構(gòu)建開發(fā)環(huán)境的主要流程如下：首先，建立起可交叉的程序編譯環(huán)境；其次，通過平臺構(gòu)建內(nèi)核環(huán)境；第三，根據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)計需求，建立集成開發(fā)的環(huán)境；最后在控制芯片上安裝Linux程序。

2、A-D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的設(shè)計移植

A-D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的原理為Linux在內(nèi)核態(tài)下與硬件通信完成數(shù)據(jù)采集，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳遞給用戶態(tài)下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。采集的數(shù)據(jù)量包括電流、電壓和振動等模擬量。本設(shè)計采用外擴ADC芯片方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，當A-D轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生A-D中斷，在中斷服務(wù)程序中來讀取。

3、監(jiān)測裝置的通信協(xié)議

本監(jiān)測裝置采用的通信規(guī)約完全遵循國標《遠動設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第101篇基本遠動任務(wù)配套標準》。本標準規(guī)定了電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）中主站和子站（遠動終端）之間以問答方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷健㈡溌穼拥膫鬏斠?guī)則、服務(wù)原語、應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用數(shù)據(jù)編碼、應(yīng)用功能和報文格式。

4、Socket通信程序設(shè)計移植

本設(shè)計采用基于TCP/IP的以太網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計上層通信模塊，通過調(diào)用Socket函數(shù)來實現(xiàn)各種功能，包括數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，數(shù)據(jù)的校驗等。采用自帶TCP/IP協(xié)議的Linux操作系統(tǒng)，它可以直接調(diào)用底層的函數(shù)，驅(qū)動上層模塊完成Socket通信。

結(jié)語：地鐵斷路設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)主要以RAM芯片為核心設(shè)備，運載Linux 程序系統(tǒng)，通過模擬信號將設(shè)備運行的狀態(tài)及時的反饋到主站，并通過操作系統(tǒng)對信息進行處理，降低了斷路器機械故障的發(fā)生頻率。與此同時，由于具備可視化功能以及較強的擴展性，使得數(shù)據(jù)收集更為全面、準確，搭載的操作程序能夠控制斷路器的運行狀況，因此，現(xiàn)階段該監(jiān)測技術(shù)在供電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在逐步擴大。

參考文獻：

[1]金輝，胡德兆.直流斷路器動作特性在線錄波裝置開發(fā)和應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2017（6）；

[2]何艷楠.基于ZigBee技術(shù)的斷路器真空度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].大連理工大學(xué)，2016；

[3]李冰冰.隧道不均勻沉降影響下的地鐵安全運營在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].青島理工大學(xué)，2016.