铁路信号点灯监测系统及应用分析

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摘 要 本文在研究中以铁路信号点灯监测为核心，分析铁路信号点灯监测系统，提出铁路信号点灯监测系统的实际应用，加强对铁路信号点灯的监测效率，保证铁路系统的正常运行。
关键词 铁路信号点灯；监测系统；运行；应用
1 现有铁路信号点灯监测电路分析
现阶段，铁路信号机主要以点灯单元供电为主，实现主丝转换与报警功能，以XDJF 型智能点灯监测装置为例，借助单片机采集PLY继电器接点，以此判断灯丝点灯状态，而单片机会根据灯丝点灯状态产生码序，通过发送器经由报警通道传输到室内主机中，主机自动分析码序获取断丝灯位。这种点灯单元为主监督电路主要使用信号机点灯电源，存在安全隐患。同时，报警部分存在不足之处，一方面发送器信息内容较为单一，出现断丝故障时才会向主机发送信息，利用率较低，无法发送监测单元自身运行信息，很容易出现故障判断失误的情况。另一方面则是报警通道无法进行信号仲裁，当出现多架信号机时，断丝故障会造成数据混乱，影响传输信息的准确性。而宁波思高研制的智能点灯及综合监测装置，在一定程度上弥补了XDJF 型智能点灯监测装置的缺点，结构如图1所示，本装置以CAN总线为报警通道，通过数据成帧处理，丰富传输数据，使得室外各项数据可以通过报警通道传输给主机，监测信号机灯位断丝情况，测量顶端电压，及时自检，进而提高监测效率。但是在实际应用中，灯丝监测及报警电路以信号机点灯为电源，使用并联方式采集灯端电压，在一定程度上会出现安全隐患[1]。
2 现有铁路信号点灯监测电路中存在的问题
2.1 影响信号机点灯电路
无论是XDJF 型智能点灯监测装置还是宁波思高研制的智能点灯及综合监测装置，在实际运行中都会影响信号机点灯电路。一般情况下，信号变压器次级点灯电路维持在闭合状态，和变压器初级电路串联的DJ电路为励磁状态，若主副丝断丝，变压器次级线圈会切换到开放状态，电流迅速降低，使得DJ电路无法维持励磁状态而落下，向信号联锁设备传输信息，使得工作人员知道信号机某灯位灭了。若信号机点灯与监测电路共同使用同一电源，在发生灯丝断丝时，次级点灯线圈处于开放状态，但由于监测电路存在电流，DJ电路依然有电流维持保持励磁状态，不会发送断丝警报，进而降低监测效率。
2.2 影响主机设备
若室内电源发生熔丝故障无法送电，室外信号灯立即灭灯，监测系统会自动发出警报信息，由于室内220V电源为共用电源，监测单元会由于断电无法工作，无法监测灭灯故障，进而导致整个监测系统失效。在实际应用中，监测电路借助灯泡灯端电压的采集进行点灯实时监测，监测电路和点灯电路存在电气连接，若监测电路出现故障，直接影响信号机供电，进而影响信号主设备的运转和使用[2]。
3 铁路信号点灯监测系统应用实践
3.1 信号点灯监测系统运行原理
如图2所示，改进后的监测系统在每个信号机灯泡主副灯丝引线上设置电流传感器，采集灯泡主副灯丝电流信息，XB箱内设置监测分机，采集和计算灯端电压，并将监测结果及时传输到室内主机中，监测分机共用同一电源和数据，连接室内管理机，以达到实时监测的目的。
3.2 硬件设计
（1）主机单元。主机单元硬件选择ATMEIL公司的AT89S52单片机，通过外部中断方式和所属从机实时通信，若所属从机发生故障，会及时向主机传输故障信号，接收信号后，总计启动其他外部从机接收信号，开展一系列报警、显示和储存等操作，了解故障情况，做好故障记录，为维修工作提供信息。考虑到日后系统升级情况，可以在主机单元预留RS232、CAN总线端口，便于连接和升级。
（2）从机单元。从机单元硬件选择ATMEL公司的AT89C2051单片机，由于该单片机的引脚较少，可以减少整体体积，便于移动和管理。在实际应用中，信号变压器加电中主丝点亮，并处于正常工作状态，副丝为预热待机状态；若主丝发生断丝故障，系统会立即切换副丝，故障监测系统采集主丝监测模块与副丝监测模块的运行信号，分别判断主丝和副丝的工作状态，而單片机实时读取信息，向主机发送警报。在此过程中，监测模块结合收集到的故障代码进行自动组合，一旦发现故障，会及时向主机硬件报警电路发出报警信号，待主机确认信号，硬件报警信号连接报警线路继电器，以达到报警电路硬件冗余的目的。
3.3 软件设计
在进行软件设计的过程中，要根据系统实时性与安全性指标，落实到各个节点控制器上，保证各个信号灯监测信息的实时传送，为铁路信号点灯的正常运行提供重要保障。在系统上电复位后，以初始化程序进行系统运行，开启外部中断，查询方式同步，协同执行键盘处理与显示处理，当外部发生中断，系统自动切换到接收程序，接收和确认故障信号，开启发送程序，将确认信号传输给室内主机，并对故障信号进行综合分析和处理，根据故障信号结果显示声光报警或是故障，做好故障记录，方便管理人员的日后查询。在所属从机软件设计中，程序流程如图3所示，系统上电复位后，以查询方式进行故障信号解码，以此判断故障情况，规定时间间隔内传输清除信号，硬件报警系统接收到清除信号后，判断线路中的通信情况，若存在线路通信故障，待线路通信完毕后读取机位地址，向主机传输故障信号执行程序，开启接收电路，待主机确认。若规定时间没有检测到主机接收信号，循环重新发送，超过十次后判断主机故障，系统自动停止清除信号的发送，开启硬件报警程序；若规定时间内收到主机确认信号，从机自动停止清除信号的发送，返回故障诊断单元。
3.4 通信系统设计
为了发挥24V报警线路的作用，本系统采用自定义通信协议，结合铁路实际工作情况，设置光耦将各个主机和所属从机进行有效隔离，使得每一个从机成为智能节点，具备交流点灯和灯丝的切换功能、灯丝故障定位报警功能、副丝在线检测功能以及冗余报警功能，提高铁路信号点灯监测效率，进而保证铁路信号点灯的正常使用和运行[3]。
4 结束语
本文通过对铁路信号点灯监测系统及应用的研究，得出：（1）现有铁路信号点灯监测系统无论是发送信息内容还是在通信渠道方面都存在不足之处，影响铁路信号点灯监测工作，急需解决。（2）结合系统运行现状，明确现有监测电路对信号机点灯电路和主机设备存在双重威胁，无法发挥出自身的作用和价值，监测效率极低，存在较大的安全隐患。（3）为了解决传统铁路信号点灯监测系统存在的问题，本文在原有系统的基础上设置电流传感器和监测分机，优化硬件系统和软件系统，进而达到最佳监测效果。
参考文献
[1] 杨培刚.基于LPC2119的铁路区间信号点灯监测单元的设计与实现[J].铁道技术监督，2012，40（S1）：76-77.
[2] 徐炳辉.新型铁路信号点灯监测系统[J].铁道技术监督，2012，
40（S1）：78-80.
[3] 宋钢.便携式铁路信号微机监测仪的研制[J].北方交通大学学报，2013，（02）：86-89.