室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元系統說明

一、系統實施意義
      室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元是鐵路專用信號微機監測設備,可作為電務維護管理的輔助工具。室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元利用計算機高速信息處理能力實現不間斷的全面、自動的對信號設備進行實時監測。能夠取得完整、連續、主動的上傳實時數據,避免人為因素的干擾和影響,提高信號設備管理的質量,防止隱性事故發生。
室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元主要以軌道電路主要監測對象,實時、動態監測設備的工作狀態,為設備故障分析處理提供現場數據,系統存錄的大量現場數據對分析事故原因,了解設備狀況有很大的幫助。室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元是現有信號微機監測系統對室外設備監測的重要補充部分,既可以自成獨立系統,也可以融合到信號微機監測系統里。

二、 系統功能
      室外信號綜合監測系統(區間)主要監測的模擬量有:軌道電路的發送端電纜側(E1\E2)主頻電壓、發送端電纜側主頻電流、發送端主軌軌面(V1\V2)電壓、發送端主軌軌面(V1\V2)低頻碼、發送端主軌50HZ電壓、發送端主軌短外鋼包銅線電流、發送端主軌短內鋼包銅線電流、發送端主軌長內鋼包銅線電流、發送端主軌長外鋼包銅線電流、發送端小軌軌面電壓、接受端電纜側(E1\E2)主頻電壓、接受端電纜側主頻電流、接受端主軌軌面(V1\V2)電壓、接受端主軌軌面(V1\V2)低頻碼、接受端主軌50HZ電壓、接受端主軌短外鋼包銅線電流、接受端主軌短內鋼包銅線電流、接受端主軌長內鋼包銅線電流、接受端主軌長外鋼包銅線電流、接受端小軌軌面電壓、箱內溫度與濕度等,主要功能有以下幾點:
1、 系統通過監測軌道電路發送器的軌面電壓、電流可以監測軌道電路發送器的工作狀態。相應數據的分析能對軌道電路發送器的匹配單元(TAD)、調諧單元(BA)和空芯線圈的工作性能進行定量分析。
2、 系統通過監測軌道電路接收器的接收電壓、電流可以監測軌道電路接收器的工作狀態。相應數據的分析能對軌道電路接收器的匹配單元(TAD)和調諧單元(BA)的工作性能進行定量分析。
3、 系統動態記錄軌道電路的低頻信息,為室內微機監測系統和機車信號顯示提供現場的信息記錄。
4、 系統對軌道電路相關電壓、電流、相位的分析計算,可以得出道床泄露、補償電容失效和鋼軌斷軌大概位置等的故障現象。為故障分析提供第一現場的可靠數據。
5、 系統同時還監測器材箱內的工作溫度與濕度,動態描述現場監測裝置的溫升情況,通過橫向比對可以及時發現裝置本身的故障。

 

三、 系統設計
      本系統設計主要分三部分:室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元,室外綜合監測系統室內集中管理機和監測終端系統軟件(包括微機監測系統的接口協議)。
室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元:
1、 采集單元主要完成模擬量軌道電路的電纜側(E1\E2)主頻電壓、電纜側主頻電流、主軌軌面(V1\V2)電壓、主軌軌面(V1\V2)低頻碼、主軌50HZ電壓、主軌短外鋼包銅線電流、主軌短內鋼包銅線電流、主軌長內鋼包銅線電流、主軌長外鋼包銅線電流、小軌軌面電壓、箱內溫度與濕度的采集,并將數據傳輸到室內。室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元設計7路模擬量的采集,2路對應軌道電路發送器/接受器的電壓和5路對應軌道電路發送器/接受器的電流。為了分析相應器件的阻抗,發送器/接受器的電壓和電流保證同時采樣。軌道電路采集單元的現場采集位置和接口設計如下圖:

2、 室外綜合監測系統ZXCGD4-A采集單元采用精簡指令的單時鐘高速單片機,頻率測量精度高,低頻解調迅速。軟件濾波算法可同時監測主頻電壓/電流、副頻電壓/電流和低頻信息,進一步計算相應的零阻抗和極阻抗。其原理框圖如下:

室外綜合監測系統室內集中管理機
室內集中管理機通過電力載波技術接收室外監測數據,并進行相應的儲儲、分析和報警,將數據轉發給危機監測。
系統構成框圖如下:
集中管理機簡介
1.  產品型號:ZXDG -G(尺寸:340×280×180  重量:8.5kg)
2.  前面板各部分功能
如圖1所示,當點燈監測單元向管理機報警時,則“報警指示燈”會亮,并會在液晶顯示屏上報出具體的燈位,無報警則滅。
“通信指示燈”在通信的狀態下會閃爍。
“電源指示燈”則表示有沒有電源。
“TX、RX指示燈”表示管理機與微機監測通信正常閃爍。
“復位按鈕”按“復位按鈕”可使系統重新啟動。
“開關按鈕”打開則上電,系統開始運行。系統運行之后,可以通過“按鍵”操作界面,查看各種相關的信息。
“SD”卡:在此插入“SD”卡,導入配置信息。
“對比度調整”:可以調整液晶對比度。
如圖2 所示,“INA、INB”,則接載波通信線。
標注為“上行報警”、“下行報警”、“報警3”、“報警4”、“報警5”、“報警6”的,則接報警繼電器,當終端的監測單元向管理機報警時,則管理機吸合報警繼電器,使之報警,通知值班人員有故障。“AC220”接管理機的電源線。
“微機監測串口”,接PC機的RS232串口,把管理機收到的點燈報警信息,信號機的實時電壓、軌道電路的實時數據轉發給PC機。
標有“微機監測CAN”位置是將與河南輝煌科技的微機監測軟件CAN總線通信接口,①腳位定義CANH,②腳定義CANL,
 “通信指示燈”表示管理機與終端有沒有通信。
   室外綜合監測系統集中管理機能對50架信號機的點燈信息進行管理和控制,同時可以對最多50個ZXCGD4-A軌道電路通信監測單元進行通信控制。
 
四、ZXC區間綜合監測系統技術指標:
1)采樣周期:小于1秒;
2)傳輸時延:V1V2數據變化大于3%時小于2秒
3)監測量程:
發送端電纜側(E1\E2)主頻電壓:(0-100V)
發送端電纜側主頻電流:         (0-1A)
發送端主軌軌面(V1\V2)電壓:    (0-5V)
發送端主軌軌面(V1\V2)低頻碼:  (10-30Hz)
發送端主軌50HZ電壓:          (0-5V)
發送端主軌短外鋼包銅線電流:   (0-5A)
發送端主軌短內鋼包銅線電流:   (0-5A)
發送端主軌長內鋼包銅線電流:   (0-5A)
發送端主軌長外鋼包銅線電流:    (0-5A)
發送端小軌軌面電壓:            (0-5V)
接受端電纜側(E1\E2)主頻電壓: (0-100V)
接受端電纜側主頻電流:          (0-1A)
接受端主軌軌面(V1\V2)電壓:     (0-5V)
接受端主軌軌面(V1\V2)低頻碼:   (10-30Hz)
接受端主軌50HZ電壓:           (0-5V)
接受端主軌短外鋼包銅線電流:    (0-5A)
接受端主軌短內鋼包銅線電流:    (0-5A)
接受端主軌長內鋼包銅線電流:    (0-5A)
接受端主軌長外鋼包銅線電流:    (0-5A)
接受端小軌軌面電壓:            (0-5V)
箱內溫度與濕度                 (-40+85)
4)精度:    軌道電路電壓:±3%
            軌道電路電流:±3%
            低頻信息碼:  ±0.1Hz
            箱內溫度:    ±3℃
5) 室外裝置總功耗:  小于10W
6) 室外裝置使用環境:溫度:-40℃~+70℃;相對濕度:小于90%
7) 系統主設備平均無故障時間:大于10000小時
8) 數據傳輸方式:電力載波總線
9)數據傳輸距離: 10Km;
10)最大CAN節點數:128
11)電壓采集接口隔離:PT電磁隔離+自恢復保險絲;
PT輸入阻抗:大于20KΩ
(12) 數據傳輸速率:5Kbit/s~100Kbit/s
   
五、采集單元軌道電壓采集采用的安全隔離措施
    根據運基信號【2010】709號文《鐵路信號集中監測系統技術條件》以及運基信號【2011】377號關于《鐵路信號集中監測系統安全要求》,本系統采集軌道電路電壓軌面電壓V1,V2端子電壓和電流的安全接口需要滿足377號文中1.2.5的條款,即監測系統內部安全分級為第2,第3采集項目,設備絕緣耐壓大于AC1200V。本系統中電壓傳感器輸入阻抗應大于量程*500的電阻值(采集軌面電壓量程5V,輸入阻抗值大于2.5K歐以上),電壓采集電路電流小于1mA。在本系統中,軌面電壓采集端子V1,V2端子到采集單元電壓采集端子之間為了提高安全性,在采集線中串接R1,R2兩個電阻,該電阻均為2K/3W金屬膜電阻。采集單元電壓采集單元V+,V-端子經過100mA 的PTC自恢復保險(規格MSM030)限流,電壓互感器采用輸入量程15V,電壓輸出2V,輸入阻抗大于4K,絕緣耐壓3000V的電壓互感器。電壓互感器的輸出通過100mA的PTC自恢復保險限流,然后采用AC6.2V的TVS管防止過壓沖擊,對后續的采樣電路保護。
PT1電壓傳感器型號:LDPT1-15/2.0,初、次級耐壓3000V。
電流傳感器采用開口鉗式電流傳感器,安裝方便,隔離電壓高。
3、防雷單元設計及說明
本系統輸出報警線采用了SSLP-385VB(S)系列浪涌保護器。它依據鐵路相關標準設計,屬信號用浪涌保護器,其性能符合鐵道部CRCC測試標準,應用于信號機,軌道電路等鐵路設備的雷電流保護,為防止監測設備受到過電壓干擾。SSLP-385VB(S)系列浪涌保護器安裝在室內往外輸出報警線上分線盤上,每對輸出報警線需要三個防雷單元,具體配線方法如圖:

電纜使用說明:
1、利用2#電纜中2芯備用芯作為電源和數據傳輸通信線(采用電力載波技術);
2、利用4#電纜中2芯備用芯作為電源貫通線和數據傳輸通信線(采用電力載波技術);
3、接收/發送調諧單元與分線盒之間需要利用既有軌道電路雙芯并用電纜(即將原有的雙芯并用的電纜拆一對給ZXCGD4-A采集單元用)。如果需要應急用到此對電纜時,再將我們這對電纜恢復還原,于保證列車的行駛安全。
電纜使用說明:
1、利用2#電纜中2芯備用芯作為電源和數據傳輸通信線(采用電力載波技術);
2、發送接收分線盒之間需要兩根短電纜勾通。

2、 進站口位置采集單元的安裝:
由于進站口調諧單元背面有空心線圈,因此設備不能安裝在蘑菇盒內:因此必須將設備安裝在蘑菇盒的外側。具體如圖: