轨道电路区间监测系统

室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元系统说明

一、系统实施意义
室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元是铁路专用信号微机监测设备，可作为电务维护管理的辅助工具。室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元利用计算机高速信息处理能力实现不间断的全面、自动的对信号设备进行实时监测。能够取得完整、连续、主动的上传实时数据，避免人为因素的干扰和影响，提高信号设备管理的质量，防止隐性事故发生。
室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元主要以轨道电路主要监测对象，实时、动态监测设备的工作状态，为设备故障分析处理提供现场数据，系统存录的大量现场数据对分析事故原因，了解设备状况有很大的帮助。室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元是现有信号微机监测系统对室外设备监测的重要补充部分，既可以自成独立系统，也可以融合到信号微机监测系统里。

二、系统功能
室外信号综合监测系统（区间）主要监测的模拟量有：轨道电路的发送端电缆侧（E1\E2）主频电压、发送端电缆侧主频电流、发送端主轨轨面(V1\V2)电压、发送端主轨轨面(V1\V2)低频码、发送端主轨50HZ电压、发送端主轨短外钢包铜线电流、发送端主轨短内钢包铜线电流、发送端主轨长内钢包铜线电流、发送端主轨长外钢包铜线电流、发送端小轨轨面电压、接受端电缆侧（E1\E2）主频电压、接受端电缆侧主频电流、接受端主轨轨面(V1\V2)电压、接受端主轨轨面(V1\V2)低频码、接受端主轨50HZ电压、接受端主轨短外钢包铜线电流、接受端主轨短内钢包铜线电流、接受端主轨长内钢包铜线电流、接受端主轨长外钢包铜线电流、接受端小轨轨面电压、箱内温度与湿度等，主要功能有以下几点：
1、系统通过监测轨道电路发送器的轨面电压、电流可以监测轨道电路发送器的工作状态。相应数据的分析能对轨道电路发送器的匹配单元（TAD）、调谐单元（BA）和空芯线圈的工作性能进行定量分析。
2、系统通过监测轨道电路接收器的接收电压、电流可以监测轨道电路接收器的工作状态。相应数据的分析能对轨道电路接收器的匹配单元（TAD）和调谐单元（BA）的工作性能进行定量分析。
3、系统动态记录轨道电路的低频信息，为室内微机监测系统和机车信号显示提供现场的信息记录。
4、系统对轨道电路相关电压、电流、相位的分析计算，可以得出道床泄露、补偿电容失效和钢轨断轨大概位置等的故障现象。为故障分析提供第一现场的可靠数据。
5、系统同时还监测器材箱内的工作温度与湿度，动态描述现场监测装置的温升情况，通过横向比对可以及时发现装置本身的故障。

三、系统设计
本系统设计主要分三部分：室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元，室外综合监测系统室内集中管理机和监测终端系统软件（包括微机监测系统的接口协议）。
室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元：
1、采集单元主要完成模拟量轨道电路的电缆侧（E1\E2）主频电压、电缆侧主频电流、主轨轨面(V1\V2)电压、主轨轨面(V1\V2)低频码、主轨50HZ电压、主轨短外钢包铜线电流、主轨短内钢包铜线电流、主轨长内钢包铜线电流、主轨长外钢包铜线电流、小轨轨面电压、箱内温度与湿度的采集，并将数据传输到室内。室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元设计7路模拟量的采集，2路对应轨道电路发送器/接受器的电压和5路对应轨道电路发送器/接受器的电流。为了分析相应器件的阻抗，发送器/接受器的电压和电流保证同时采样。轨道电路采集单元的现场采集位置和接口设计如下图：

2、室外综合监测系统ZXCGD4-A采集单元采用精简指令的单时钟高速单片机，频率测量精度高，低频解调迅速。软件滤波算法可同时监测主频电压/电流、副频电压/电流和低频信息，进一步计算相应的零阻抗和极阻抗。其原理框图如下：

室外综合监测系统室内集中管理机

室内集中管理机通过电力载波技术接收室外监测数据，并进行相应的储储、分析和报警，将数据转发给危机监测。

系统构成框图如下：

集中管理机简介

1．产品型号：ZXDG -G（尺寸：340×280×180 重量：8.5kg）

2．前面板各部分功能

如图1所示，当点灯监测单元向管理机报警时，则“报警指示灯”会亮，并会在液晶显示屏上报出具体的灯位，无报警则灭。

“通信指示灯”在通信的状态下会闪烁。

“电源指示灯”则表示有没有电源。

“TX、RX指示灯”表示管理机与微机监测通信正常闪烁。

“复位按钮”按“复位按钮”可使系统重新启动。

“开关按钮”打开则上电，系统开始运行。系统运行之后，可以通过“按键”操作界面，查看各种相关的信息。

“SD”卡：在此插入“SD”卡，导入配置信息。

“对比度调整”：可以调整液晶对比度。

如图2 所示，“INA、INB”，则接载波通信线。

标注为“上行报警”、“下行报警”、“报警3”、“报警4”、“报警5”、“报警6”的，则接报警继电器，当终端的监测单元向管理机报警时，则管理机吸合报警继电器，使之报警，通知值班人员有故障。“AC220”接管理机的电源线。

“微机监测串口”，接PC机的RS232串口，把管理机收到的点灯报警信息，信号机的实时电压、轨道电路的实时数据转发给PC机。

标有“微机监测CAN”位置是将与河南辉煌科技的微机监测软件CAN总线通信接口，①脚位定义CANH，②脚定义CANL，

“通信指示灯”表示管理机与终端有没有通信。

室外综合监测系统集中管理机能对50架信号机的点灯信息进行管理和控制，同时可以对最多50个ZXCGD4-A轨道电路通信监测单元进行通信控制。

四、ZXC区间综合监测系统技术指标：

1)采样周期：小于1秒；

2)传输时延：V1V2数据变化大于3%时小于2秒

3)监测量程：

发送端电缆侧（E1\E2）主频电压：(0-100V)

发送端电缆侧主频电流: (0-1A)

发送端主轨轨面(V1\V2)电压: (0-5V)

发送端主轨轨面(V1\V2)低频码: (10-30Hz)

发送端主轨50HZ电压: (0-5V)

发送端主轨短外钢包铜线电流: (0-5A)

发送端主轨短内钢包铜线电流: (0-5A)

发送端主轨长内钢包铜线电流: (0-5A)

发送端主轨长外钢包铜线电流: (0-5A)

发送端小轨轨面电压: (0-5V)

接受端电缆侧（E1\E2）主频电压: (0-100V)

接受端电缆侧主频电流: (0-1A)

接受端主轨轨面(V1\V2)电压: (0-5V)

接受端主轨轨面(V1\V2)低频码: (10-30Hz)

接受端主轨50HZ电压: (0-5V)

接受端主轨短外钢包铜线电流: (0-5A)

接受端主轨短内钢包铜线电流: (0-5A)

接受端主轨长内钢包铜线电流: (0-5A)

接受端主轨长外钢包铜线电流: (0-5A)

接受端小轨轨面电压: (0-5V)

箱内温度与湿度 (-40+85)

4)精度：轨道电路电压：±3%

轨道电路电流：±3%

低频信息码： ±0.1Hz

箱内温度： ±3℃

5) 室外装置总功耗：小于10W

6) 室外装置使用环境：温度：-40℃～+70℃；相对湿度：小于90%

7) 系统主设备平均无故障时间：大于10000小时

8) 数据传输方式：电力载波总线

9)数据传输距离： 10Km；

10)最大CAN节点数：128

11)电压采集接口隔离：PT电磁隔离+自恢复保险丝；

PT输入阻抗：大于20KΩ

(12) 数据传输速率：5Kbit/s~100Kbit/s

五、采集单元轨道电压采集采用的安全隔离措施

根据运基信号【2010】709号文《铁路信号集中监测系统技术条件》以及运基信号【2011】377号关于《铁路信号集中监测系统安全要求》，本系统采集轨道电路电压轨面电压V1,V2端子电压和电流的安全接口需要满足377号文中1.2.5的条款，即监测系统内部安全分级为第2，第3采集项目，设备绝缘耐压大于AC1200V。本系统中电压传感器输入阻抗应大于量程*500的电阻值(采集轨面电压量程5V，输入阻抗值大于2.5K欧以上)，电压采集电路电流小于1mA。在本系统中，轨面电压采集端子V1,V2端子到采集单元电压采集端子之间为了提高安全性，在采集线中串接R1,R2两个电阻，该电阻均为2K/3W金属膜电阻。采集单元电压采集单元V+,V-端子经过100mA 的PTC自恢复保险（规格MSM030）限流，电压互感器采用输入量程15V，电压输出2V，输入阻抗大于4K，绝缘耐压3000V的电压互感器。电压互感器的输出通过100mA的PTC自恢复保险限流，然后采用AC6.2V的TVS管防止过压冲击，对后续的采样电路保护。

PT1电压传感器型号：LDPT1-15/2.0，初、次级耐压3000V。

电流传感器采用开口钳式电流传感器，安装方便，隔离电压高。

3、防雷单元设计及说明

本系统输出报警线采用了SSLP-385VB(S)系列浪涌保护器。它依据铁路相关标准设计，属信号用浪涌保护器，其性能符合铁道部CRCC测试标准，应用于信号机，轨道电路等铁路设备的雷电流保护，为防止监测设备受到过电压干扰。SSLP-385VB(S)系列浪涌保护器安装在室内往外输出报警线上分线盘上，每对输出报警线需要三个防雷单元，具体配线方法如图：