基于TCP/IP協(xié)議的微機監(jiān)測系統(tǒng)研究

孫會儒 高 玉

（1.西安鐵路職業(yè)技術學院，陜西 西安710014；2.西安鐵路職業(yè)技術學院，陜西 西安710014）

鐵路交通的快速發(fā)展對鐵路信號設備的可靠性、安全性提出了更高要求，任何一個故障如不能被及早發(fā)現(xiàn)及時處理都可能影響行車安全［1］。新技術條件下的信號微機監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測范圍、測試精度上都有了大幅度的提高。運用信號微機監(jiān)測系統(tǒng)對電務設備的運行狀態(tài)進行全面、實時、科學的檢測監(jiān)控，做到預防性檢測、針對性維修，及時發(fā)現(xiàn)、預防、分析故障和指導現(xiàn)場維修［2］，使得在故障發(fā)生之前將故障和隱患消滅在萌芽狀態(tài)［3］。

利用成熟的視頻監(jiān)控技術，對車站的站場、機房、關鍵設備進行實時監(jiān)控，當設備發(fā)生故障的時候，能夠自動控制攝像頭指向故障設備，利用互聯(lián)網(wǎng)將有關故障信息和報警信息上傳至控制中心，大大減輕日常人員巡視的工作量，便于及時發(fā)現(xiàn)危險隱患、遠程指揮處理故障，保障列車運行安全，提高運輸效率。

1 信號微機監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展簡史

信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到1985年。當時，計算機和通信技術都有了長足的發(fā)展，計算機在現(xiàn)場的應用也比較廣泛。在計算機技術的支持下，有些鐵路局將微機監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)提到議事日程上來，并很快付諸了實踐。短短的一年之后，已有20多家單位開始研制，一些車站認識到了微機監(jiān)測系統(tǒng)的先進性，也先后配備了該系統(tǒng)。截止1996年底，有200多個車站擁有自己的微機監(jiān)測系統(tǒng)。

相比較，最初的微機監(jiān)測系統(tǒng)，由各鐵路局自行研制，缺乏統(tǒng)一標準，技術差異較大，另外，受技術、經(jīng)濟等方面的限制,系統(tǒng)精度不高，可靠性差，運行狀況不佳，各站之間處于獨立狀態(tài)，幾乎沒有集中聯(lián)網(wǎng)。

經(jīng)過一年的發(fā)展，信號微機監(jiān)測技術發(fā)展很快，鐵路上級部門也高度重視其發(fā)展。1997年，原鐵道部兩次對信號微機監(jiān)測系統(tǒng)進行了大規(guī)模調(diào)研，并制定了技術原則，組織專家和技術人員聯(lián)合攻關，研制開發(fā)了第一代TJWX-97型信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，這一系統(tǒng)最初推廣應用的范圍是五大干線，為監(jiān)督、衡量電務設備運行狀況和維護鐵路運輸安全做出了貢獻。

第一代信號微機監(jiān)測系統(tǒng)在五大干線推廣應用后，原鐵道部和各鐵路局對信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的重要性有了新的認識。因此，原鐵道部在2000年初明確提出：信號微機監(jiān)測系統(tǒng)是保證鐵路運輸安全的首要措施，并將其按行車安全設備對待。因此，微機監(jiān)測系統(tǒng)也有電務系統(tǒng)的“黑匣子”之稱。

原鐵道部2006年3月新公布的《信號微機監(jiān)測系統(tǒng)技術條件》，對微機監(jiān)測系統(tǒng)有了更高要求。對微機監(jiān)測系統(tǒng)的測試精度、穩(wěn)定性都重新做了規(guī)定。2006年TJWX-2006型信號微機監(jiān)測系統(tǒng)問世。該系統(tǒng)采用DSP數(shù)字信號處理技術，提高了測試精度和穩(wěn)定性，增加并完善了監(jiān)測內(nèi)容，增強了可靠性。

隨著鐵路運營規(guī)模的不斷擴大和互聯(lián)網(wǎng)技術的迅速發(fā)展，信號微機監(jiān)測系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡化、專家系統(tǒng)方向不斷完善和發(fā)展，并同調(diào)度集中系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)和運輸信息管理系統(tǒng)匯接合成，更好地為鐵路運輸服務。

2 微機監(jiān)測系統(tǒng)的結構

2.1 總體結構

微機監(jiān)測系統(tǒng)結構采用基于TCP/IP協(xié)議的廣域網(wǎng)模式，層次化和結構化的系統(tǒng)配置和數(shù)據(jù)通信是微機監(jiān)測系統(tǒng)的結構特點。微機監(jiān)測系統(tǒng)是鐵路總公司、鐵路局、電務段；鐵路總公司電務監(jiān)測中心、鐵路局電務監(jiān)測中心、電務段監(jiān)測中心、車站監(jiān)測網(wǎng)的“三級四層”的結構。這是完全按照電務部門監(jiān)測、維修、維護、管理的實際需要劃分的，其結構如圖1所示。

圖1 機監(jiān)測系統(tǒng)“三級四層”結構

2.2 電務處調(diào)看中心

電務處調(diào)看中心配置遠程調(diào)看終端，用于查看車站信息。電務處調(diào)看中心終端可以調(diào)看全局的聯(lián)網(wǎng)車站，實時查看車站信號設備的工作狀態(tài)及視頻信息，回放站場存儲信息、視頻信息和報表信息，顯示車站設備故障信息，遠程進行故障診斷分析查看。

2.3 電務段中心

電務段監(jiān)測中心是整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的中樞部分，是電務段管內(nèi)各站的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡通信的管理中心。整個系統(tǒng)以電務段中心為集中管理、監(jiān)控的中心，包括應用服務器和網(wǎng)絡設備。

2.4 車間終端和段終端

車間終端、段終端可以調(diào)看權限范圍內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)車站，實時查看車站信號設備的工作狀態(tài)及視頻信息，回放站場存儲信息、視頻信息和報表信息，顯示車站設備故障信息，遠程進行故障診斷分析查看。

2.5 車站系統(tǒng)

車站系統(tǒng)是微機監(jiān)測系統(tǒng)的基礎部分，可實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的功能。車站、區(qū)間信號設備的狀態(tài)監(jiān)測、故障數(shù)據(jù)和曲線顯示、查看、分析、人機對話也都依靠車站系統(tǒng)。車站系統(tǒng)包括站機、采集機、視頻服務器、視頻監(jiān)控終端、網(wǎng)絡視頻編碼器、無線網(wǎng)橋、攝像機、網(wǎng)絡設備等。

采集機和站機是整個微機檢測系統(tǒng)的基礎，所有信號設備的原始數(shù)據(jù)均來自于采集機、站機，所以對它們的要求是相當高的。最低要求是，系統(tǒng)主機能夠穩(wěn)定、可靠的工作；采集機必須精確地從各信號設備處采集信息。視頻服務器接收室外固定攝像機、室內(nèi)固定攝像機和移動攝像機的視頻信息，對信息進行處理和存儲，向遠程終端提供視頻信息。并通過與站機共享設備故障信息，進行報警聯(lián)動，實現(xiàn)攝像頭的自動控制。

3 通信網(wǎng)絡技術要求

3.1 局域網(wǎng)

在統(tǒng)一、安全、可靠、方便管理的原則下設計局域網(wǎng)。標準采用以太網(wǎng)技術標準，并采用TCP/IP協(xié)議、RJ45接口標準，有線傳輸介質(zhì)為5類或超5類非屏蔽雙絞線。受地理條件等外界因素影響的地方，可采用標準為802.11/b/g/n無線局域網(wǎng)標準，通過無線或有線與無線相結合的局域網(wǎng)方式進行連接。

3.2 廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)利用鐵路基礎通信平臺，采用TCP/IP協(xié)議，為防止地址沖突，IP地址分配時全路統(tǒng)一編碼，以便微機監(jiān)測全路聯(lián)網(wǎng)。廣域網(wǎng)傳輸通道的傳輸速率不低于2Mbps，誤碼率≤10-7。

4 系統(tǒng)功能

4.1 常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)具有常規(guī)的監(jiān)測功能，集中處理從各種采集機采集的實時信息，并進行顯示和存儲，同時又為操作人員提供人機界面。根據(jù)對信號設備監(jiān)測的結果，人機界面實現(xiàn)車站作業(yè)狀態(tài)及設備運行狀態(tài)的實時顯示和各種數(shù)據(jù)的查詢功能。

常規(guī)監(jiān)測通過接口與其他系統(tǒng)互通信息，可以通過接口采集其他智能設備信息，也可以通過接口向其他系統(tǒng)提供微機監(jiān)測的信息。

4.2 實時、可靠、高精度信息采集

實時可靠的數(shù)據(jù)是微機監(jiān)測系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用的基礎，如果沒有實時可靠的數(shù)據(jù)，再先進的系統(tǒng)都無法做出正確地分析和診斷。因此微機監(jiān)測系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時、可靠和高精度。通過對開關量信息的高速、動態(tài)采樣保證開關量數(shù)據(jù)的實時和可靠，通過提高傳感器和采集電路的精度，使用DSP技術對采集數(shù)據(jù)進行高速處理，保證采集信息的實時和高精度。

4.2.1 開關量采集

開關量采集中采取了高速動態(tài)信號采樣的方法，每3毫秒對采集信號作一次采樣，連續(xù)10次采樣作為一個周期，如果在一次周期內(nèi)所采的信號既有高電平也有低電平，說明這個信號是處于動態(tài)變化中，這時才認為這個信號是有效地。每個采集板包括兩套獨立的采樣電路，即每一路信號通過兩套采樣電路分別采集，CPU通過對兩套采樣電路采集信息的比較來確定采樣信息的有效性。

4.2.2 常規(guī)模擬量采集

監(jiān)測系統(tǒng)對模擬量采集精度的要求越來越高，為滿足這一要求采取了以下幾個主要措施：

①選用高精度低漂移的傳感器；

②提高調(diào)整電路中的元件精度，如選用高精度（+0.5%）低溫漂（50ppm）電阻器；

③對于傳輸距離較遠的信號采用4～20mA電流環(huán)傳輸；

④對容易受到干擾的小信號采用屏蔽雙絞線傳輸信號。

⑤采取以上措施，保證模擬量采集過程中獲得預期的模擬量精度。

4.3 顯示及存儲

顯示和存儲的主要信息包括：可實時顯示與回放站場運用狀態(tài)圖；可以查看開關量的實時和歷史狀態(tài)；轉(zhuǎn)轍機動作電流、功率、轉(zhuǎn)換力曲線；道岔表示電壓變化曲線；電源屏電壓、電流、功率等實時值和曲線；控制臺按鈕操作記錄；關鍵設備動作次數(shù)及時間表；測試電纜絕緣和電源對地漏泄電流；軌道電路分路殘壓測試報表記錄等。

模擬量數(shù)據(jù)可以通過實時測試值表格、歷史值表格、日報表、實時曲線、日曲線、月曲線、年趨勢線等表現(xiàn)形式。

所有數(shù)據(jù)存儲以滾動方式進行，存儲時間要求為大站不少于3天，小站不小于10天。

4.4 數(shù)據(jù)處理及控制

微機監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過優(yōu)盤、移動硬盤等移動存儲工具進行導出和存儲。系統(tǒng)本身提供的回放工具可以多歷史數(shù)據(jù)進行回放。通過回放功能用戶可以很方便的調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)進行分析。同時，用戶對存儲的再現(xiàn)文件可以進行管理。微機監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)以曲線和報表2種方式進行輸出。無論曲線還是報表都可以進行打印。除此之外，曲線可以bmp、jpg的格式導出為圖形文件。報表可以excel的文件形式導出方便用戶資料的采集及調(diào)閱以及上級部門的管理。另外，通過系統(tǒng)功能可以對用戶權限、密碼進行管理，授權用戶可以對電氣特性參數(shù)和報警上下限進行調(diào)整，還可以根據(jù)個人偏好和使用習慣對菜單欄和工具欄進行設置。

4.5 智能診斷

系統(tǒng)具有智能診斷功能，能夠利用實時采集的控制臺狀態(tài)數(shù)據(jù)、開關量和模擬量測試數(shù)據(jù)進行綜合分析，加強對信號設備的運行質(zhì)量分析、設備故障分析定位功能，充分發(fā)揮計算機強大的數(shù)據(jù)運算分析能力。大幅度提高了信號設備管理的針對性、準確性、時效性和管理效率［4］。

［1］夏國生.TJWX-2000型微機監(jiān)測系統(tǒng)故障分析［J］.電子科技，2012（7）：35-36，42.

［2］陳關喜.信號微機監(jiān)測信息系統(tǒng)平臺的應用［J］.鐵道通信信號，2008（2）：29-31.

［3］俞鵬.網(wǎng)絡話務控制［J］.中國新通信，2007（1）：41-43.

［4］王民湘.鐵路信號微機監(jiān)測智能分析與設備運用質(zhì)量管理系統(tǒng)［J］.鐵道通信信號，2011（5）：22-24.