本發(fā)明涉及軌旁監(jiān)測，尤其是涉及一種用于移頻軌道電路軌旁設(shè)備的監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著zpw-2000型無絕緣軌道電路的廣泛使用，電務(wù)維護(hù)單位對軌道電路系統(tǒng)的可維護(hù)性提出了更高要求，對軌道電路的監(jiān)測采集點(diǎn)和采集范圍，由傳統(tǒng)針對室內(nèi)的采集，擴(kuò)展到室外軌旁。由于zpw-2000移頻軌道電路室外設(shè)備遠(yuǎn)離信號樓，軌旁沒有供電電源，軌旁采集設(shè)備電源線不可能另鋪電纜單獨(dú)從室內(nèi)拉到軌旁，造成電務(wù)維護(hù)單位對軌旁設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修效率低下，軌旁設(shè)備的故障處理時(shí)間較長，容易造成長時(shí)間的故障延時(shí)，甚至導(dǎo)致d類事故的發(fā)生。

專利cn201620449431提出了一種用于鐵路室外軌旁信號設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)，通過供電電源、室外軌旁信號設(shè)備采集器、plc協(xié)議轉(zhuǎn)換器、通信接口分機(jī)和集中監(jiān)測站機(jī)實(shí)現(xiàn)對鐵路室外軌旁信號設(shè)備的監(jiān)測，然而這種監(jiān)測系統(tǒng)雖然提高了故障處置時(shí)間，但采集的方式是電壓采集，電壓傳感器直接并聯(lián)到主體設(shè)備，故障時(shí)很有可能引起主體設(shè)備的電路參數(shù)發(fā)生變化，影響主體設(shè)備正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種用于移頻軌道電路軌旁設(shè)備的監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于移頻軌道電路軌旁設(shè)備的監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括位于室外的采集分機(jī)以及位于室內(nèi)的通信模塊和維護(hù)終端，所述采集分機(jī)一端通過移頻軌道電路的備用電纜線與通信模塊連接，另一端與移頻軌道電路軌旁設(shè)備中的軌旁調(diào)諧匹配單元連接，所述通信模塊通過can總線與維護(hù)終端連接，所述采集分機(jī)的數(shù)量與軌旁調(diào)諧匹配單元的數(shù)量相匹配。

所述采集分機(jī)包括穿心式電流傳感器，所述穿心式電流傳感器與軌旁調(diào)諧匹配單元的發(fā)送端電纜側(cè)、接收端電纜側(cè)和鋼軌引出線連接。

所述采集分機(jī)的連接方式包括星形連接方式或總線連接方式。

所述通信模塊包括通信分機(jī)和室外監(jiān)測通信處理器，所述通信分機(jī)分別與采集分機(jī)和室外監(jiān)測通信處理器連接，所述室外監(jiān)測通信處理器與維護(hù)終端連接。

所述通信分機(jī)包括電源單元、通信傳輸控制器和rs485收發(fā)單元，所述電源單元分別與通信傳輸控制器和rs485收發(fā)單元連接，所述通信傳輸控制器通過備用電纜線與采集分機(jī)連接。

所述電源單元包括交流隔離變壓器，所述交流隔離變壓器分別與外接電源、通信傳輸控制器和rs485收發(fā)單元連接。

所述rs485收發(fā)單元包括rs485驅(qū)動器。

所述室外監(jiān)測通信處理器包括嵌入式arm控制芯片以及設(shè)置在嵌入式arm控制芯片上的rs485接口、can總線接口、以太網(wǎng)接口和usb接口，所述rs485接口與通信分機(jī)連接，所述can總線接口與維護(hù)終端連接。

所述室外監(jiān)測通信處理器還包括用于顯示采集分機(jī)的采集信號與采集分機(jī)入網(wǎng)狀態(tài)的第一顯示屏，以及保存歷史數(shù)據(jù)的存儲卡。

所述維護(hù)終端包括上位機(jī)，所述上位機(jī)上設(shè)有用于顯示采集分機(jī)的采集信號與采集分機(jī)入網(wǎng)狀態(tài)的第二顯示屏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)通過置于室內(nèi)的通信模塊和維護(hù)終端，與室外的采集分機(jī)相互配合，且室外的采集分機(jī)與室內(nèi)的通信模塊是通過zpw-2000移頻軌道本身的備用電纜線來進(jìn)行連接，這種連接方式解決了軌旁采集設(shè)備電源線不可能另鋪電纜單獨(dú)從室內(nèi)拉到軌旁的問題，而且直接使用移頻軌道電路的備用電纜作為采集分機(jī)的供電線和數(shù)據(jù)傳輸線，大大節(jié)省了成本，實(shí)用性能強(qiáng)。

(2)采集單元采用穿心式電流傳感器非直接接觸移頻軌道電路，從而保證了本設(shè)備即能采集軌旁調(diào)諧匹配單元發(fā)送端、接收端電纜側(cè)電流及鋼軌引出線電流又不對被測設(shè)備造成影響。

(3)采集分機(jī)的連接方式包括星形連接方式或總線連接方式，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自主選擇，使用靈活，易于實(shí)現(xiàn)。

(4)通信模塊中的通信分機(jī)通過電源單元內(nèi)部的交流隔離變壓器可以將電壓分為兩組輸出，一組傳遞至通信傳輸控制器，另一組傳遞至rs485收發(fā)單元，實(shí)現(xiàn)了高效供電，提高了供電效率，節(jié)省成本。

(5)室外監(jiān)測通信處理器包括arm控制芯片以及設(shè)置在芯片上的rs485接口、can總線接口、以太網(wǎng)接口和usb接口，通過上述接口可以實(shí)現(xiàn)通信分機(jī)與維護(hù)終端的流暢的數(shù)據(jù)收發(fā)，且通過usb接口，可以對室外監(jiān)測通信處理器進(jìn)行升級，保證了通訊的穩(wěn)定性。

(6)室外監(jiān)測通信處理器還包括第一顯示屏和存儲卡，通過第一顯示屏可以顯示采集分機(jī)的入網(wǎng)狀態(tài)和采集信號的幅度、載頻、低頻與測試點(diǎn)的環(huán)境溫度，通過存儲卡可以將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，便于工作人員隨時(shí)查看歷史信息。

(7)維護(hù)終端包括上位機(jī)，且上位機(jī)設(shè)有第二顯示屏，可以實(shí)時(shí)顯示采集分機(jī)的入網(wǎng)狀態(tài)和采集信號的幅度、載頻、低頻與測試點(diǎn)的環(huán)境溫度，同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示根據(jù)用戶查看調(diào)節(jié)顯示的采集分機(jī)數(shù)據(jù)曲線。

(8)第一顯示屏和第二顯示屏均可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示，記錄軌旁所有采集分機(jī)的采集數(shù)據(jù)，通過設(shè)置兩個(gè)顯示屏，一方面可以有助于比較采集數(shù)據(jù)內(nèi)容是否一致，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題，另一方面也便于維護(hù)人員在不同地點(diǎn)查看采集的數(shù)據(jù)，方便性能強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為通信分機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為采集分機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為維護(hù)終端，2為通信模塊，3為采集分機(jī)，21為室外監(jiān)測通信處理器，22為通信分機(jī)，221為rs485收發(fā)單元，222為電源單元，223為通信傳輸控制器，31為耦合電路，32為供電電源，33為信號傳輸單元，34為mcu控制器，35為dsp信號處理器，36為采樣電路，37為穿心式電流傳感器，38為數(shù)字溫度計(jì)，39為撥碼開關(guān)，331為電力載波傳輸線，332為can總線，333為rs485總線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本實(shí)施例提供了一種用于移頻軌道電路軌旁設(shè)備的監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)，包括位于室外的采集分機(jī)3以及位于室內(nèi)的通信模塊2和維護(hù)終端1，采集分機(jī)3一端通過移頻軌道電路的備用電纜線與通信模塊2連接，另一端與移頻軌道電路軌旁設(shè)備中的軌旁調(diào)諧匹配單元連接，通信模塊2通過can總線與維護(hù)終端1連接，采集分機(jī)3的數(shù)量與軌旁調(diào)諧匹配單元的數(shù)量相匹配。

其中，采集分機(jī)3包括穿心式電流傳感器，穿心式電流傳感器與軌旁調(diào)諧匹配單元的發(fā)送端電纜側(cè)、接收端電纜側(cè)和鋼軌引出線連接。采集分機(jī)3的連接方式包括星形連接方式或總線連接方式。通信模塊2包括通信分機(jī)22和室外監(jiān)測通信處理器21，通信分機(jī)22分別與采集分機(jī)3和室外監(jiān)測通信處理器21連接，室外監(jiān)測通信處理器21與維護(hù)終端1連接。通信分機(jī)22包括電源單元222、通信傳輸控制器223和rs485收發(fā)單元221，電源單元222分別與通信傳輸控制器223和rs485收發(fā)單元221連接，通信傳輸控制器223通過備用電纜線與采集分機(jī)3連接。電源單元222包括交流隔離變壓器，交流隔離變壓器分別與外接電源、通信傳輸控制器223和rs485收發(fā)單元221連接。rs485收發(fā)單元221包括帶有隔離的增強(qiáng)型rs485驅(qū)動器，該rs485驅(qū)動器采用自收發(fā)電路。室外監(jiān)測通信處理器21包括嵌入式arm控制芯片以及設(shè)置在嵌入式arm控制芯片上的rs485接口、can總線接口、以太網(wǎng)接口和usb接口，rs485接口與通信分機(jī)22連接，can總線接口與維護(hù)終端1連接。室外監(jiān)測通信處理器21還包括用于顯示采集分機(jī)3的采集信號與采集分機(jī)3入網(wǎng)狀態(tài)的第一顯示屏，以及保存歷史數(shù)據(jù)的存儲卡。維護(hù)終端1包括上位機(jī)，上位機(jī)上設(shè)有用于顯示采集分機(jī)3的采集信號與采集分機(jī)3入網(wǎng)狀態(tài)的第二顯示屏。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)如圖1所示，從圖中可以看出，該系統(tǒng)用于zpw-2000軌道電路，主要包括的幾個(gè)模塊為采集分機(jī)3、通信分機(jī)22、室外監(jiān)測通信處理器21和維護(hù)終端1，其中維護(hù)終端1、室外監(jiān)測通信處理器21、通信分機(jī)22放在室內(nèi)，采集分機(jī)3放在室外。室外監(jiān)測通信處理器21與通信分機(jī)22連接，又與維護(hù)終端1連接，通信分機(jī)22與采集分機(jī)3連接。

其中，采集分機(jī)3通過5個(gè)穿心式電流傳感器鉗在軌旁調(diào)諧匹配單元發(fā)送端、接收端電纜側(cè)電流及鋼軌引出線，電流經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號后進(jìn)行調(diào)理，ad轉(zhuǎn)換，dsp解碼出fsk信號幅度、載頻、低頻信號，解碼數(shù)據(jù)通過spi接口轉(zhuǎn)發(fā)為spi數(shù)據(jù)，arm控制芯片同時(shí)讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，重新打包后輸出到室外zpw-2000軌道電路備用電纜線。

通信模塊2包括通信分機(jī)22和室外監(jiān)測通信處理器21，通信分機(jī)22通過zpw-2000軌道電路備用電纜線與采集分機(jī)3連接。通信分機(jī)22包括電源單元222、通信傳輸控制器223、rs485收發(fā)單元221，電源單元222與通信傳輸控制器223連接，同時(shí)與rs485收發(fā)單元221連接。通信分機(jī)22同時(shí)為上行、下行、進(jìn)站、出站、發(fā)送、接收8個(gè)方向的室外軌旁采集分機(jī)3提供220v交流輸入或300v直流輸入，其中4路電源單元222、4個(gè)通信傳輸控制器223、4路rs485收發(fā)單元221安裝在一個(gè)通信分機(jī)22中，8個(gè)方向設(shè)備共需2個(gè)通信分機(jī)22。室外監(jiān)測通信處理器21與通信分機(jī)22采用隔離的rs485接口連接，控制通信分機(jī)22內(nèi)的通信傳輸控制器223數(shù)據(jù)收發(fā)，把接收的數(shù)據(jù)存儲在tf卡上，數(shù)據(jù)重新打包后轉(zhuǎn)發(fā)到維護(hù)終端1，并在4.3英寸的液晶屏上實(shí)時(shí)顯示出所有采集分機(jī)3入網(wǎng)狀態(tài)及采集的數(shù)據(jù)信息。室外監(jiān)測通信處理器21具有查看歷史記錄、修改日期時(shí)間等功能，通過usb接口可以升級軟件。室外監(jiān)測通信處理器21與維護(hù)終端1接口采用can總線或以太網(wǎng)。維護(hù)終端1包括上位機(jī)。系統(tǒng)在工作時(shí)，維護(hù)終端1接收室外監(jiān)測通信處理器21的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示出zpw-2000區(qū)段內(nèi)所有采集分機(jī)3的工作狀況，并在故障時(shí)報(bào)警。通信分機(jī)22安裝在19英寸寬3u高的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)籠里。室外監(jiān)測通信處理器21安裝在19英寸寬2u高的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)籠里。

本實(shí)施例中，提出的采集分機(jī)3，主要是通過穿心式電流傳感器采集電流信號，但是該采集分機(jī)3的具體結(jié)構(gòu)包括：信號采集模塊，與軌道電路連接，用于對軌道電路的信號進(jìn)行采集和采樣處理；信號傳輸模塊，與信號采集模塊連接，用于將信號采集模塊采集的信號傳輸至外界；供電電源32，分別與信號采集模塊和信號傳輸模塊連接，用于為信號采集模塊和信號傳輸模塊供電。

其中，信號采集模塊包括：信號采集傳感器，與軌道電路連接，用于對軌道電路的信號進(jìn)行采集；采樣電路36，與信號采集傳感器連接，用于對信號采集傳感器采集的信號進(jìn)行采樣；dsp信號處理器35，分別與采樣電路36和信號傳輸模塊連接，用于對采樣電路36得到的采樣信號進(jìn)行信號處理。信號采集傳感器包括穿心式電流傳感器37，穿心式電流傳感器37分別與軌道電路和采樣電路36連接。采樣電路36包括ad轉(zhuǎn)換器和多個(gè)采樣通道，采樣通道的數(shù)量與信號采集傳感器的數(shù)量相匹配，采樣通道分別與信號采集傳感器和ad轉(zhuǎn)換器連接，ad轉(zhuǎn)換器與dsp信號處理器35連接。采樣通道包括采樣電阻、穩(wěn)壓管、同相放大電路和低通濾波器，所述采樣電阻與低通濾波器連接，所述穩(wěn)壓管分別與低通濾波器和同相放大電路連接。信號處理包括數(shù)據(jù)濾波和fsk信號解碼。信號傳輸模塊包括：信號傳輸單元33，用于將信號采集模塊采集的信號傳輸至外界；信號傳輸控制單元，分別與信號采集模塊和信號傳輸單元33連接，用于控制信號傳輸單元33對信號的收發(fā)。信號傳輸單元3包括電力載波傳輸線331、can總線332或rs485總線333。信號傳輸控制單元包括：mcu控制器34，分別與信號采集模塊和信號傳輸單元33連接，用于控制信號傳輸單元33對信號的收發(fā)；撥碼開關(guān)39，與mcu控制器34連接，用于切換信號傳輸單元33的傳輸方式；數(shù)字溫度計(jì)38，與mcu控制器34連接，用于向mcu控制器34反饋外界溫度。裝置還包括耦合電路31，耦合電路31與信號傳輸模塊采用電力載波傳輸線時(shí)與其連接。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的采集分機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，下面對圖中的各個(gè)模塊進(jìn)行描述：首先是采樣電路36，本實(shí)施例中采樣電路36內(nèi)部有8個(gè)通道，每個(gè)通道具有5v的穩(wěn)壓管、同相放大電路和低通濾波器，8個(gè)通道連接到一個(gè)具有8通道das，內(nèi)置16位，雙極性輸入，同步采樣的ad轉(zhuǎn)換器，采用同相運(yùn)放電路，最大程度減少對電流傳感器取樣電阻值的影響，由于取樣電壓≤1v，信號需要放大，取樣電阻選用0.1％的精度。dsp信號處理器35完成ad采樣、數(shù)據(jù)濾波、fsk信號解碼、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?。通過spi接口把數(shù)據(jù)傳給mcu控制器34，mcu控制器34控制信號傳輸單元33的收發(fā)，spi接口接收dsp解碼后的數(shù)據(jù)。dsp的程序放在mcu中，上電時(shí)通過spi接口，存在mcu內(nèi)部flash的程序轉(zhuǎn)移到dsp內(nèi)存中。為區(qū)別每一個(gè)站點(diǎn)地址，一個(gè)串口用于寫入id號到flash中。同時(shí)通過單總線方式讀寫數(shù)據(jù)溫度計(jì)的溫度。信號傳輸單元33采用單板可選模塊，根據(jù)現(xiàn)場需要可插電力載波模塊或can總線驅(qū)動模塊或rs485總線驅(qū)動模塊。模塊控制信號由撥碼開關(guān)39位置決定。電力載波模塊支持總線型、星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為使電力載波信號不應(yīng)對zpw-2000設(shè)備造成干擾，plc通信頻點(diǎn)范圍應(yīng)在30khz以上。供電電源32提供信號采集模塊和信號傳輸模塊所需的±5v、3.3v、1.2v。為避免采集分機(jī)啟動電流大造成電源芯片過流保護(hù)，選用最大工作電流3a的電源芯片。耦合電路31接收電力載波信號的發(fā)送與接收，提供防雷，避免信號衰減，與遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)隔離。撥碼開關(guān)39根據(jù)現(xiàn)場選擇的模塊配置參數(shù)，mcu控制器34根據(jù)撥碼開關(guān)39的狀態(tài)提供不同的控制信號。

該裝置的工作過程如下：首先穿心式電流傳感器37將采集的信號傳輸至采樣電路36，采樣電路36通過多個(gè)采樣通道對每個(gè)傳感器的信號進(jìn)行采樣后共同傳輸至ad轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號傳輸至dsp信號處理器35，經(jīng)過dsp信號處理器35進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和fsk信號解碼后，再傳輸至信號傳輸控制單元，信號傳輸控制單元的mcu控制器34根據(jù)撥碼開關(guān)39的設(shè)置選定傳輸方式，mcu控制器34讀取撥碼開關(guān)39的數(shù)據(jù)后，根據(jù)讀取結(jié)果將mcu控制器34的控制模塊的引腳配置為與傳輸方式相對應(yīng)的串口，從而使得信號傳輸單元33對信號進(jìn)行收發(fā)，信號傳輸單元33的收發(fā)途徑可以為電力載波傳輸線331、can總線332或rs485總線333中的一種，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，在can總線和rs485總線的情況下，mcu控制器直接控制信號傳輸單元實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)，在電力載波的傳輸方式下，mcu控制器按照設(shè)定的時(shí)鐘，控制信號傳輸單元實(shí)現(xiàn)信號的周期性的發(fā)送與信號幅度跳躍發(fā)送，與通信分機(jī)進(jìn)行通信。該采集分機(jī)通過設(shè)置撥碼開關(guān)39，可以選擇多種不同的傳輸方式，且信號傳輸單元中每次在電力載波傳輸、rs485傳輸或can總線傳輸?shù)娜N方式中選擇一種配置，大大減小了采集分機(jī)的體積，同時(shí)也節(jié)省了采集分機(jī)的制造成本，從而節(jié)省了監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)的成本。