鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障的在線監(jiān)測研究

歐陽輝

摘 要：文章分析了信號微機監(jiān)測、SSTDR和TFDR監(jiān)測手段對鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障的在線檢測技術(shù)，對信號微機監(jiān)測技術(shù)進行了詳細(xì)的設(shè)計，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、網(wǎng)絡(luò)平臺和廣域網(wǎng)的設(shè)計等方面，達到提高在線監(jiān)測效率的目的。鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障通過這種在線檢測系統(tǒng)，創(chuàng)建了系統(tǒng)化的檢測平臺，實現(xiàn)了故障的自動化定位，以供廣大讀者參考。

關(guān)鍵詞：鐵路信號電纜；信號微機監(jiān)測；SSTDR；TFDR

前言

隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，運輸量也在不斷提升，作為鐵路運輸部門信號傳遞的重要組成部分，鐵路信號電纜在傳遞列車輸運控制信息的作用越來越突出，鐵路信號電纜發(fā)生故障對整個列車的安全影響越來越大。同時再加上鐵路信號電纜在進行故障定位和分析研究時難度很大，無法快速確定隱蔽的故障，這樣就加大了對列車正常使用的干擾，同時對列車上人民的生命安全造成很大的損失。所以要提高檢測鐵路信號電纜故障的速度，研發(fā)出效率較高的在線檢測系統(tǒng)，針對鐵路信號電纜隱蔽性的特點，設(shè)計出快速確定電纜故障方位的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

1 鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測方法

隨著鐵路運輸業(yè)的提升，鐵路對提高信號電纜的要求也在不斷提升，要實現(xiàn)鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障的自動監(jiān)測和處理，達到減少人工參與的目的，這樣即可以提高信號電纜使用的可靠性，又實現(xiàn)了鐵路的自動化運營。信號微機監(jiān)測、擴展頻譜時域反射法和時頻域反射法的結(jié)合使用，具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用，同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障具體類型的功能。

1.1 信號微機監(jiān)測

信號微機監(jiān)測是集合了現(xiàn)場總線、計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信等方面要素為一體的可靠網(wǎng)絡(luò)體系，可以實現(xiàn)對鐵路設(shè)備的在線監(jiān)測，并將獲得的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給各分局，以供工作人員進行分析和統(tǒng)計，為以后解決故障提供保證。

信號微機監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前廣泛運用在我國鐵路行業(yè)中，是主要的行車安全監(jiān)測設(shè)備，對鐵路運輸?shù)陌踩涂茖W(xué)化管理有著重大作用，同時也對鐵路信號的維修提供了可靠技術(shù)支持。

1.2 擴展頻譜時域反射法

擴展頻譜時域反射法稱為SSTDR，是一種可以在線檢測信號電纜的故障檢測方法，這種方法主要是依賴于擴展頻譜技術(shù)[1]。在SSTDR進行在線監(jiān)測發(fā)出信號時，不僅不會影響信號電纜的正常工作，而且還具有能預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用[1]。SSTDR的工作原理是通過向檢測的電纜發(fā)射偽隨機碼和調(diào)制信號，得出故障部門的反射時間，主要是因為SSTDR發(fā)射的偽隨機碼和調(diào)制信號的自噪聲均是零，所以這種信號的發(fā)出對電纜的正常工作沒有任何影響，同時還能起到在線檢測故障的目的。

1.3 時頻域反射法

時頻域反射法稱之為TFDR，比較方便用于分析高斯包絡(luò)的線性調(diào)頻信號，因為通常電纜信號都是非平穩(wěn)信號，而是以高斯分布為特征的，這樣就需要TDR來得出更為精確的測量精度。TFDR的工作原理是向檢測電纜發(fā)射高斯包絡(luò)調(diào)頻信號，這些信號接收Wigner的處理，得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終還可以確定故障的具體類型[2]。

2 鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 信號微機監(jiān)測設(shè)計

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

信號微機監(jiān)測系統(tǒng)主要是對鐵路信號設(shè)備進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對信號設(shè)備電氣特性進行在線監(jiān)測及預(yù)警。整個信號微機監(jiān)測系統(tǒng)包括電務(wù)段層、車間層和車站層三個部分，其中電務(wù)段終端應(yīng)該與上級保持溝通狀態(tài)。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)平臺

信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺是PC機，整個監(jiān)測中心都采用TCP/IP協(xié)議，在終端使用PC機，保持相互間聯(lián)系。

2.1.3 廣域網(wǎng)的設(shè)計

廣域網(wǎng)的設(shè)計要采用最先進的技術(shù)手段、系統(tǒng)的端口要滿足標(biāo)準(zhǔn)化的要求、整個系統(tǒng)要確保安全、方便。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括各個連接設(shè)備、調(diào)解器和布線系統(tǒng)等，支撐著所有應(yīng)用軟件的使用，其可靠性是整個微機監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常使用的關(guān)鍵。整個廣域網(wǎng)要以電務(wù)段局為中心，實現(xiàn)段局域網(wǎng)之間互聯(lián)，通常采用串聯(lián)的方式把整個鐵路現(xiàn)場連接起來，這樣既可靠又節(jié)省空間。通信信道要保證質(zhì)量高、穩(wěn)定度高，這樣才能提高整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。結(jié)構(gòu)化布線要保證入網(wǎng)節(jié)點與局域網(wǎng)之間的距離在100m之內(nèi)，采用一級星形布線方式，達到減少投資的目的。結(jié)構(gòu)化布線是整個系統(tǒng)極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以設(shè)備要選擇最高品質(zhì)的產(chǎn)品，滿足未來網(wǎng)絡(luò)擴展的需求。

這樣設(shè)置局域網(wǎng)可以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能高、網(wǎng)絡(luò)可靠性高、系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性、可以架構(gòu)企業(yè)內(nèi)部的管理網(wǎng)等。

通過信號微機監(jiān)測實現(xiàn)了對鐵路信號設(shè)備隱患的在線監(jiān)測，可以及時反映設(shè)備的運行情況，并且根據(jù)提交的報道信息可以進行及時的現(xiàn)場維修，保證整個列車的正常運行。

2.2 SSTDR和TFDR測試方法設(shè)計

通過以上分析可以知道，SSTDR檢測方法具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用，TFDR具有得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障的具體類型的功能。在實際工作中，這兩種方法并不是單獨使用的，經(jīng)常結(jié)合在統(tǒng)一硬件平臺上檢測電纜故障，這樣即可以確定檢測電纜信號的高阻故障和低阻故障，還可以明確檢測信號電纜故障的精確位置[3]。系統(tǒng)以DSP+CPLD模塊為核心電路，主要包括信號發(fā)射模塊、信號采集模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。

CPLD在信號發(fā)射模塊中需要控制直接數(shù)字合成芯片產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)射信號，這些發(fā)射信號要經(jīng)過驅(qū)動放大線路，由驅(qū)動放大線路的兩條不同線路產(chǎn)生大小相同、極性相反的電壓信號。

對于信號采集模塊的設(shè)計要注意在實際工作中檢測電纜的反射信號比較微弱，并且其幅值具有不穩(wěn)定的特點，所以前段緩沖放大電路需要使用大小可進行隨意調(diào)節(jié)的放大緩沖電路[4]。

數(shù)據(jù)通信模塊是為了適應(yīng)實際工作中電磁環(huán)境復(fù)雜、通信距離大等因素而設(shè)計的一種抗干擾系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信的上位機PC端通過與總線連接可以利用數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對鐵路信號電纜的故障檢測，這樣就方便了后續(xù)的處理工作，提高了硬件平臺的通用性和實用性。

3 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，信號微機監(jiān)測實現(xiàn)了對鐵路信號設(shè)備隱患的在線監(jiān)測，可以及時反映設(shè)備的運行情況，并且根據(jù)提交的報道信息可以進行及時的現(xiàn)場維修，保證整個列車的正常運行。而SSTDR和TFDR的故障檢測方法作為補充手段進行結(jié)合使用，共同對鐵路信號電纜網(wǎng)絡(luò)故障進行在線檢測，具有預(yù)測到信號電纜低阻故障的作用，同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障具體類型的功能。這三種方法應(yīng)該在鐵路系統(tǒng)大力推廣，只有這樣才能更好地排除電纜網(wǎng)絡(luò)故障，實現(xiàn)鐵路的自動化運營。

參考文獻

[1]王立華.通信電纜斷點故障自動檢測報警電路的設(shè)計[J].自動化儀表，2010，9（12）：98-99.

[2]王國權(quán).鐵路信號電纜對外來地電容不平衡的探討[J].鐵道通信信號，2008，2（27）：38-39.

[3]馬全松，秦亞明，廖立平.鐵路信號電纜絕緣在線測試[J].測控技術(shù)，2009，12（4）：34-35.

[4]顏秋容，徐勛建.基于DSP的智能隔離檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2006，4（11）：54-55.