歐陽(yáng)輝

摘 要：文章分析了信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)、SSTDR和TFDR監(jiān)測(cè)手段對(duì)鐵路信號(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障的在線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和廣域網(wǎng)的設(shè)計(jì)等方面，達(dá)到提高在線監(jiān)測(cè)效率的目的。鐵路信號(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障通過(guò)這種在線檢測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)建了系統(tǒng)化的檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了故障的自動(dòng)化定位，以供廣大讀者參考。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)電纜；信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)；SSTDR；TFDR

前言

隨著我國(guó)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(hào)傳遞的重要組成部分，鐵路信號(hào)電纜在傳遞列車輸運(yùn)控制信息的作用越來(lái)越突出，鐵路信號(hào)電纜發(fā)生故障對(duì)整個(gè)列車的安全影響越來(lái)越大。同時(shí)再加上鐵路信號(hào)電纜在進(jìn)行故障定位和分析研究時(shí)難度很大，無(wú)法快速確定隱蔽的故障，這樣就加大了對(duì)列車正常使用的干擾，同時(shí)對(duì)列車上人民的生命安全造成很大的損失。所以要提高檢測(cè)鐵路信號(hào)電纜故障的速度，研發(fā)出效率較高的在線檢測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)鐵路信號(hào)電纜隱蔽性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出快速確定電纜故障方位的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1 鐵路信號(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測(cè)方法

隨著鐵路運(yùn)輸業(yè)的提升，鐵路對(duì)提高信號(hào)電纜的要求也在不斷提升，要實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理，達(dá)到減少人工參與的目的，這樣即可以提高信號(hào)電纜使用的可靠性，又實(shí)現(xiàn)了鐵路的自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)。信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)、擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法和時(shí)頻域反射法的結(jié)合使用，具有預(yù)測(cè)到信號(hào)電纜低阻故障的作用，同時(shí)還可以得出故障的精確測(cè)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(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)

信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)是集合了現(xiàn)場(chǎng)總線、計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，并將獲得的信息通過(guò)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(jì)，為以后解決故障提供保證。

信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前廣泛運(yùn)用在我國(guó)鐵路行業(yè)中，是主要的行車安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩涂茖W(xué)化管理有著重大作用，同時(shí)也對(duì)鐵路信號(hào)的維修提供了可靠技術(shù)支持。

1.2 擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法

擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法稱為SSTDR，是一種可以在線檢測(cè)信號(hào)電纜的故障檢測(cè)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(cè)發(fā)出信號(hào)時(shí)，不僅不會(huì)影響信號(hào)電纜的正常工作，而且還具有能預(yù)測(cè)到信號(hào)電纜低阻故障的作用[1]。SSTDR的工作原理是通過(guò)向檢測(cè)的電纜發(fā)射偽隨機(jī)碼和調(diào)制信號(hào)，得出故障部門的反射時(shí)間，主要是因?yàn)镾STDR發(fā)射的偽隨機(jī)碼和調(diào)制信號(hào)的自噪聲均是零，所以這種信號(hào)的發(fā)出對(duì)電纜的正常工作沒(méi)有任何影響，同時(shí)還能起到在線檢測(cè)故障的目的。

1.3 時(shí)頻域反射法

時(shí)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(hào)，因?yàn)橥ǔｋ娎|信號(hào)都是非平穩(wěn)信號(hào)，而是以高斯分布為特征的，這樣就需要TDR來(lái)得出更為精確的測(cè)量精度。TFDR的工作原理是向檢測(cè)電纜發(fā)射高斯包絡(luò)調(diào)頻信號(hào)，這些信號(hào)接收Wigner的處理，得出故障的精確測(cè)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(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)信號(hào)設(shè)備電氣特性進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警。整個(gè)信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括電務(wù)段層、車間層和車站層三個(gè)部分，其中電務(wù)段終端應(yīng)該與上級(jí)保持溝通狀態(tài)。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是PC機(jī)，整個(gè)監(jiān)測(cè)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(jì)

廣域網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)要確保安全、方便。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括各個(gè)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(gè)微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常使用的關(guān)鍵。整個(gè)廣域網(wǎng)要以電務(wù)段局為中心，實(shí)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(gè)鐵路現(xiàn)場(chǎng)連接起來(lái)，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(gè)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(jí)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(gè)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(lái)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(guò)信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備隱患的在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行情況，并且根據(jù)提交的報(bào)道信息可以進(jìn)行及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)維修，保證整個(gè)列車的正常運(yùn)行。

2.2 SSTDR和TFDR測(cè)試方法設(shè)計(jì)

通過(guò)以上分析可以知道，SSTDR檢測(cè)方法具有預(yù)測(cè)到信號(hào)電纜低阻故障的作用，TFDR具有得出故障的精確測(cè)量距離和故障阻抗，最終確定故障的具體類型的功能。在實(shí)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(tái)上檢測(cè)電纜故障，這樣即可以確定檢測(cè)電纜信號(hào)的高阻故障和低阻故障，還可以明確檢測(cè)信號(hào)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(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)采集模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。

CPLD在信號(hào)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(hào)，這些發(fā)射信號(hào)要經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大線路，由驅(qū)動(dòng)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(hào)。

對(duì)于信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)要注意在實(shí)際工作中檢測(cè)電纜的反射信號(hào)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(shí)際工作中電磁環(huán)境復(fù)雜、通信距離大等因素而設(shè)計(jì)的一種抗干擾系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信的上位機(jī)PC端通過(guò)與總線連接可以利用數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)電纜的故障檢測(cè)，這樣就方便了后續(xù)的處理工作，提高了硬件平臺(tái)的通用性和實(shí)用性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出，信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備隱患的在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行情況，并且根據(jù)提交的報(bào)道信息可以進(jìn)行及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)維修，保證整個(gè)列車的正常運(yùn)行。而SSTDR和TFDR的故障檢測(cè)方法作為補(bǔ)充手段進(jìn)行結(jié)合使用，共同對(duì)鐵路信號(hào)電纜網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行在線檢測(cè)，具有預(yù)測(cè)到信號(hào)電纜低阻故障的作用，同時(shí)還可以得出故障的精確測(cè)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(shí)現(xiàn)鐵路的自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王立華.通信電纜斷點(diǎn)故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2010，9（12）：98-99.

[2]王國(guó)權(quán).鐵路信號(hào)電纜對(duì)外來(lái)地電容不平衡的探討[J].鐵道通信信號(hào)，2008，2（27）：38-39.

[3]馬全松，秦亞明，廖立平.鐵路信號(hào)電纜絕緣在線測(cè)試[J].測(cè)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2006，4（11）：54-55.