基于微机监测的故障信号研究与应用
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摘 要：與传统工作模式相比，现代铁路故障监测、处理更加智能，微机监测等先进技术的运用，使故障监测与处理效率、质量得到了显著提升，为国内铁路线路运输营造出了更加有利的环境。为达到最佳故障信号监测效果，及时做好故障防范与处理，该文将以某故障信号研究、应用平台设计为例，对基于微机监测的故障信号研究与应用展开深度分析，期望能够为我国铁路事业发展提供一些理论方面支持。
关键词：软件设计;硬件设计;故障信号;微机监测;平台设计方案
中图分类号：U284 文献标志码：A
信号微机系统属于我国自主研发项目，是专门面向铁路信号监测的实时监测网络系统。经过不断发展与完善，目前该系统已经升级成为信号集中监测系统，应用效果更加理想。在对该系统进行应用时，会对区域内所有铁路信号设备展开实时监测与管控，监测范围更广且信号监测结果更加准确，可实现对数据的远程传输与分析、保存，能够为维修人员维护工作开展提供可靠数据依据。
1 平台设计方案
该平台是以微机监测系统为依据展开设计的，平台核心功能以为微机监测系统提供信号，特别是故障信号为主。按照平台设计原理，在实施微机监测时，监测所用所有数据都是运用采集机经过CAN总线传输到站机之中的。平台主要分为硬件以及软件2个部分，故障信号发生器是其核心。监测故障信号发生系统属于上位机软件，会在运用CAN总线向相应端口发送数据信号的同时，对发生器发送信号实施全面管控。在计算机技术以及人机交互等技术的支持下，平台可将各项数据信息以可视化形式呈现出来，能够将轨道电路、道岔动作电流等信号真实反映出来。
2 平台设计
2.1 硬件设计
硬件部分设计主要以放大电路设计以及故障信号发生器设计为主。
2.1.1 故障信号发生器
在此平台中，故障信号发生器模块主要由LED显示模块、最小系统模块以及复位电路等部分组成。设计人员会按照相应用户手册内容，进行元器件选择以及发生器电路设计。其中在进行最小系统模块设计时，需要设置外部时钟，以及对系统工作速度进行设置，保证处理器工作质量;而在进行复位电路设计时，需设置备份区域复位、系统复位以及上电复位3种复位形式，确保复位引脚处于低电平时，系统便会自动进行复位操作。
2.1.2 电路板制作
实施电路板制作时，需要做好PCB制作。在对故障信号发生器模块电路进行设计时，需要运用相应软件展开故障信号发生器PCB图绘制。整体电路板分为2层，其中顶层为主要层，包括走线以及芯片等内容，而底层多会放置顶层放置不下的走线与元器件。同时需要进行发生器电路板焊接与调试，应按照绘制图，按照电源模块、USB串口模块、最小系统模块、LCD插座、输出模块的顺序进行电路板焊接、调试处理。
2.1.3 放大电路设计
因为故障信号发生器所形成信号和真实信号并不相同，还存在一定差异，所以为了能顺利开展后续采集工作，可通过放大电路对信号进行放大处理，以便采集机对其展开捕捉与采集。放大电路设计主要分为2个部分：第一，整流滤波电路设计。在电路中输入220 V工频交流电压，并利用变压器输出两路24 V电压，在电路中主变压器是电路的主要电源，整流电路主要分为负方向以及正方向两路，会在经过整流转换后形成直流电，再由电解电容滤波输出，获得相应电压源;第二，功率放大电路设计。该平台功率放大电路设计所用芯片为高性能放大芯片，在负载为4 Ω、电压为±28 V的环境中，其平均功率可以达到68 W左右。在开关机时会产生电流冲击，由于该芯片过热、过压、过流保护功能较为理想，对设备运行形成保护，该芯片的使用为功率放大电路设计与使用提供了支持。
2.2 软件设计
软件部分设计是整体平台设计的关键，该部分设计质量，会直接影响平台的应用。在进行软件设计时，设计人员不仅要营造嵌入式系统开发环境，做好故障发生器初始化程序设计以及道岔动作电流故障信号模拟设计，同时还要进行CAN通信程序设计、微机监测故障信号发生系统设计以及轨道电路故障信号模拟等一系列设计，由于时间限制，笔者无法一一对其展开详细介绍，所以在此将重点对几部分内容设计展开分析。
2.2.1 道岔动作电流故障信号模拟
道岔是铁路线路的重要组成部分，如果其在使用过程中出现故障，会给列车行车安全带来严重影响，是铁路故障信号监控主要内容之一。道岔动作电流是转辙机在进行运转时所产生的电流，在进行软件设计时，需要通过设计道岔动作电流故障信号模拟模块的方式，对该部分动作电流信号进行捕捉与整理，以达到对转辙机实施实时监控的目标，确保在道岔出现问题或异样时，可以及时发现并处理。
2.2.2 轨道电路故障信号模拟设计
由于铁路轨道处于较为开放的状态，整体应用环境相对较差，很容易会受到外界各项因素的影响，发生事故概率相对较高，是微机监测重点内容之一。该平台该模块设计以25 Hz相敏轨道电路设计为主，电路主要分为分路以及调整2种状态。该轨道电路是由50 Hz工频交流电经过分频所产生的，一共分为两路，其中一路为25 V向轨道进行供电，一路属于110 V局部电压，电路相位差为90°。如果接收端轨道电路状态二元二位继电器两端相位差在90°，就会自动吸起，如果没有达到相应相位差，便会下落。
（3）故障信号发生器初始化程序设计
程序设计主要分为主函数程序初始化以及故障信号模拟等2个部分，整体程序建设包括7项任务。其中信号选择菜单任务是整体程序任务的核心，主要用于选择发生器的信号，在用户完成信号选择后，程序会自动下发相应指示并由示波器任务进行信息传输，进而完成相应操作。而示波器任务主要用于信号样本数据获取，且会在LCD上进行波形显示。
2.3 平台验证测试
实时平台验证测试时，主要以故障信号发生系统、发生器实际应用情况检测为主，以便确定平台是否符合预期设计要求，能否满足信号监测应用需要。其中，在对故障信号发生器进行测试时，需要运用示波器，对发生器输出信号波形展开观察与分析，进而得到相应结论;而在对故障信号发生系统进行测试时，需要做好2个部分测试。第一，对CAN通信进行测试，确定信号发生器是否能够对CAN数据包进行接收与转发;第二，对发生器进行测试，确定其是否能满足系统要求。在进行实际测试时，因为多数电脑都没有设置CAN通信接口，因此该次测试采用USB-CAN转换器，为电脑提供了相应的通信接口，确保在电脑端便可使用串口调试手段对CAN总线数据进行检查。
通过故障信号发生系统、发生器联调联试发现，该平台可以准确接收各项故障信号发出的CAN数据包，与预期设计要求相符，所以可以投入使用。
3 结语
由于铁路运输较为特殊，对运输安全要求极为严格，所以铁路部门需要做好信号监测与管理，要通过对微机监测手段的合理运用，对信号设备运行状况进行全面监控，确保设备所存在的各项隐患可以得到及时排除，真正做好早发现、早预防，为铁路列车安全运行提供可靠保障。因为该文所介绍的平台设计方案未必适合所有工务段，具体平台设计也存在一定不足，因此各工务段需要根据自身实际情况，合理进行平台设计与调整，以达到最佳微机监测应用效果。
参考文献
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