林保羅，付斌

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511436）

計軸是用于檢測地鐵線路區(qū)間空閑與占用狀態(tài)的一種設(shè)備，在廣州地鐵線路中有著十分廣泛的應(yīng)用。由于計軸室外設(shè)備處于惡劣的自然環(huán)境中，經(jīng)常會發(fā)生計軸磁頭受干擾故障，給行車安全帶來隱患，嚴(yán)重時會導(dǎo)致大面積列車晚點，影響行車效率。為了預(yù)防計軸受干擾故障發(fā)生，提高計軸故障處理效率，研制了一套計軸遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，通過對室外計軸參數(shù)的實時監(jiān)測，掌握室外計軸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時對狀態(tài)不良的計軸進(jìn)行維護(hù)維修，通過分析計軸室外信號波形，準(zhǔn)確定位計軸受干擾的故障原因，及時制定有效的預(yù)防措施，提高故障處理效率，保證行車安全。

1 系統(tǒng)原理及組成

計軸遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)分室內(nèi)、室外兩大部分，其中室外部分主要通過對室外計軸設(shè)備信號進(jìn)行采集處理，然后通過光纖將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)，室內(nèi)采集部分主要對室內(nèi)計軸設(shè)備信號進(jìn)行實時監(jiān)測。通過對室內(nèi)外計軸設(shè)備的實時監(jiān)測，當(dāng)計軸信號幅值低于閾值時，發(fā)出預(yù)警信息，提醒檢修人員及時到現(xiàn)場檢查處理；當(dāng)發(fā)生計軸磁頭受干擾故障時，通過分析發(fā)生故障時的室外計軸信號波形，可快速定位故障點，制定故障處理措施。另外，通過分析室外計軸信號頻譜，可分析出干擾頻率及干擾強(qiáng)度，及時定位干擾源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 室外監(jiān)測部分

由電源模塊、信號處理模塊、溫濕度檢測模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、MCU模塊、光電轉(zhuǎn)換器組成，如圖2所示。

圖2 室外部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中電源模塊用于將計軸的60V供電電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V電壓；信號處理模塊用于接收和處理計軸磁頭發(fā)射信號Fs、計軸磁頭接受信號UE1和UE2、頻率信號F1和F2、傳輸信號UL以及調(diào)整電壓UR1和UR2；溫濕度檢測模塊用于實時監(jiān)測室外計軸箱盒內(nèi)的溫濕度，以便了解計軸室外設(shè)備的工作環(huán)境，研究環(huán)境溫濕度對計軸設(shè)備的影響；網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于將采集的信號數(shù)據(jù)發(fā)送至室內(nèi)主機(jī)，為了得到計軸實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)接口模塊采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，高速實時的傳輸速率可為捕獲瞬間的計軸干擾信號提供了技術(shù)保證；MCU模塊是室外采集單元的核心，采用32位的STM32單片機(jī)作為主控單元，保證了數(shù)據(jù)的處理效率；光電轉(zhuǎn)換器用于將室外電信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后通過光纖連接到室內(nèi)交換機(jī)上。

1.2 室內(nèi)采集單元

各功能模塊與室外一致,主要用于對室內(nèi)頻率信號F1和F2、標(biāo)準(zhǔn)電壓信號U1和U2進(jìn)行采集。

1.3 交換機(jī)

由于工控機(jī)只有一個網(wǎng)口，而室外計軸設(shè)備有多個，為了方便管理，在工控機(jī)與室外設(shè)備之前設(shè)置交換機(jī)，用于實現(xiàn)室內(nèi)外信號的交換，組網(wǎng)方式簡單靈活。

1.4 工控機(jī)

用于接收室外計軸信號，為上位機(jī)軟件提供運(yùn)行平臺。

1.5 上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟體主要用于處理計軸信號，完成計軸信號數(shù)據(jù)的處理、計軸信號波形顯示、室外計軸技參數(shù)顯示、波形分析、頻譜分析等，如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件處理流程

2 系統(tǒng)安裝與測試

在廣州地鐵四號線試車線對計軸遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了安裝與測試。室外采集單元安裝于室外計軸組匣的測試插槽上，如圖4所示。

圖4 室外采集單元安裝位置

經(jīng)測試，在室內(nèi)可完成室外計軸信號F1、F2、UE1、UE2、UR1、UR2的信號波形測量、頻譜分析、溫濕度監(jiān)測等工作。圖5為在無干擾情況下F1的測試波形，F(xiàn)1信號波形并非規(guī)則的正弦信號，通過其信號頻譜分析得知F1信號疊加了部分F2信號。

圖5 無干擾時F1的測試波形

3 測量誤差分析

分別利用萬用表、西門子計軸測試箱，本系統(tǒng)對同一室外計軸設(shè)備的信號進(jìn)行了5次測試，并以萬用表的測量平均值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如表1所示。（表1中的測量值均為5次測量結(jié)果的平均值）。

表1 三種不同測試方法測試數(shù)據(jù)對比分析

通過表1的對比分析可知，本系統(tǒng)的所有參數(shù)測量誤差不超過1%，系統(tǒng)采取嚴(yán)格的隔離措施，現(xiàn)場測試不會對計軸系統(tǒng)的工作造成影響，滿足現(xiàn)場的使用要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一套計軸遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對計軸室外技術(shù)參數(shù)的實時遠(yuǎn)程測量，參數(shù)測量誤差不超過1%，測量精度高，可靠性好，組網(wǎng)簡單。

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