CN110751822A - 铁路信号设备室外智能监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了铁路信号设备室外智能监测系统，属于铁路监测技术领域，信号室内设置有信号集中监测系统，所述的智能监测系统包括用来采集室外信号设备信息的室外采集分机，关键在于：所述的智能监测系统还包括手机客户端、室内报警单元以及连接在室外采集分机的输出端与信号集中监测系统的输入端之间的室内报警总机，室内报警总机的输出端还与室内报警单元、手机客户端通信连接。大大降低了信号监测工作量，不需要对既有的室外信号设备进行改造，手机客户端可以及时查看待监测室外信号设备的信息，不需要在室外增加报警电缆，有利于施工，不会提升工程造价。

Description

铁路信号设备室外智能监测系统
技术领域
本发明属于铁路监测技术领域，涉及到智能监测系统，特别是铁路信号设备室外智能监测系统。
背景技术
智能监测系统作为信号设备的综合集中监测平台，在设备日常维护、故障排查与维修过程中发挥了重要作用。大幅提高了电务部门的维护水平和维护效率。
进入高铁时代，对于设备的维护水平和故障排查效率提出了更高的要求，加之“白天不能上道、不能进入机械室”等维护方式的限制，电务维护人员对于智能监测系统的依赖度越来越高，对于采集对象、分析内容等都提出了更多的需求。
信号集中监测系统，目前只是在信号室内监测，虽然可以做到区分室内设备故障还是室外设备故障，但室外设备包括电缆、补偿电容、变压器、钢包铜线、调谐设备、电码化设备等诸多环节，目前均无监测手段；尤其在一些疑难问题分析中所需要的干扰类信息缺少监测，比如电气化工频谐波干扰、线间串扰等，这些干扰的源头多在室外。另外，排查室外设备故障，特别是区间，如果没有智能监测系统，就会耗费大量的时间，增加了故障延时。
截止2018年，室外信号设备具有监测功能的，仅限于信号机构、道岔缺口。至于和此二者构成室外设备三大件的轨道电路系统则没有监测措施。
铁总运【2017】94号文《ZPW2000区间轨道电路室外监测及诊断系统暂行技术条件》，提出了针对ZPW2000区间轨道电路室外设备的监测需求。
河南辉煌科技股份有限公司(002296)、北京全路通信信号研究设计院、以及黑龙江瑞兴科技股份有限公司已经开发出第一代ZPW2000区间轨道电路室外设备的监测产品。辉煌公司产品是安装在既有的室外箱盒(调谐单元和匹配变压器盒)内部，采集板卡安装在调谐单元箱盒内，采集匹配变压器电流传感器安装在匹配变压器盒内，采集钢包铜线电流传感器安装在钢包铜引接线上。瑞兴公司是在室外单设一个通信机柜，将室外产品安装在通信机柜内。
以上系统仅限于ZPW2000区间移频轨道电路的室外设备监测，其缺陷表现在：首先，与既有的信号机构、道岔缺口监测不能形成统一的系统，致使信号监测工作量增大；其次，安装不便，需要对室外既有设备进行改造，影响火车运行，降低运营效率；再次，增加报警电缆，不利于施工且提升工程造价。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷，设计了铁路信号设备室外智能监测系统，大大降低了信号监测工作量，不需要对既有的室外信号设备进行改造，不会影响火车运行，不会降低运营效率，安装方便，手机客户端可以及时查看室外信号设备的信息，可以提高工作效率，节约劳动力，降低劳动强度，不需要增加报警电缆，有利于施工，不会提升工程造价。
本发明所采取的具体技术方案是：铁路信号设备室外智能监测系统，信号室内设置有信号集中监测系统，所述的智能监测系统包括用来采集室外信号设备信息的室外采集分机，关键在于：所述的智能监测系统还包括手机客户端、室内报警单元以及连接在室外采集分机的输出端与信号集中监测系统的输入端之间的室内报警总机，室内报警总机的输出端还与室内报警单元、手机客户端通信连接。
所述的室内报警总机包括依次连接的通道防雷模块、第一电力载波模块、信息处理模块、报警驱动模块，还包括连接在信息处理模块与信号集中监测系统之间的协议转换模块、连接在信息处理模块与手机客户端之间的无线通信模块、以及与第一电力载波模块的输入端连接的浪涌抑制模块，通道防雷模块的输入端与室外采集分机的输出端连接，报警驱动模块的输出端与室内报警单元连接；
所述的信息处理模块包括CPU1信息处理单元、CPU2信息处理单元和动态安全与门，CPU1信息处理单元和CPU2信息处理单元的输入端都与第一电力载波模块连接、输出端都与动态安全与门的输入端连接，动态安全与门的输出端同时与报警驱动模块、协议转换模块、无线通信模块连接。
所述的室内报警总机与室外采集分机电连接形成为室外采集分机的供电机构。
所述的室内报警总机借助RJ45接口、CAN口、或TCP/IP接口与信号集中监测系统通信连接。
在信号室内设置有组合柜，信号集中监测系统和室内报警总机都设置在组合柜内。
所述的室外采集分机包括依次连接的电流传感器、采集板卡和第二电力载波模块，电流传感器连接在室外信号设备的钢轨引接线上，在信号室外设置有室外信号设备的箱盒或外壳，采集板卡设置在箱盒或外壳内，第二电力载波模块的输出端借助报警电缆与室内报警总机的输入端连接。
所述的智能监测系统的各个器件都是满足IP68防护等级的器件。
本发明的有益效果是：室外采集分机将采集到的室外信号设备的信息发送给位于信号室内的室内报警总机，室内报警总机经过收集、分析处理，得出模拟量监测信息、预警信息及报警信息，并实时地将室外信号设备的模拟量监测信息、预警信息、报警信息和自身故障信息发送给信号集中监测系统，由信号集中监测系统将室外信号设备与既有的信号机构、道岔缺口监测形成统一的系统，并扩展至扼流变压器、轨道电路设备、机车信号设备、补偿电容等一系列设备，大大降低了信号监测工作量。这种智能监测系统不需要对既有的室外信号设备进行改造，不会影响火车运行，不会降低运营效率，安装方便。室内报警总机将被监测室外信号设备的模拟量监测信息、预警信息、报警信息和自身故障信息实时发送至用户的手机客户端，方便及时查看，可以提高工作效率，节约劳动力，降低劳动强度。当被监测的室外信号设备出现故障时，室内报警总机驱动室内报警单元发出报警信号，同时给出显示定位，方便处理故障，缩短故障延时。本系统不需要在室外增加报警电缆，有利于施工，可以提升运营效率，降低维护成本，节约工程造价。
本发明还具有以下优点：
①监测范围广：适合室外轨旁所有信号设备，既包括既有的与信号集中监测系统连接的信号机构、转辙机缺口和移频轨道电路的监测，也包括钢包铜线、扼流变压器、25Hz相敏轨道电路设备、机车信号设备、补偿电容等多种室外信号设备的监测。
②人工智能：目前的监测设备，只有当设备故障时，才给出报警信息，本设计积累大量运行数据，分析设备的劣化指标，以预警的方式通知用户，使用户及时了解设备状态，能够防微杜渐，及时处理隐患，降低故障延时，并给出设备改进方向，从而做到有备无患。
③无接触式采集：采用安全隔离技术，在室外智能监测系统出现任何故障情况下，不会影响到被监测室外信号设备的正常运用。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明中室外采集分机的原理框图。
图3为本发明中室内报警总机的原理框图。
附图中，1代表室外采集分机，1-1代表电流传感器，1-2代表采集板卡，1-3代表第二电力载波模块，2代表室内报警总机，2-1代表通道防雷模块，2-2代表第一电力载波模块，2-3代表信息处理模块，2-4代表报警驱动模块，2-5代表协议转换模块，2-6代表无线通信模块，2-7代表浪涌抑制模块，3代表信号集中监测系统，4代表室内报警单元，5代表手机客户端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：
具体实施例，如图1所示，铁路信号设备室外智能监测系统，信号室内设置有信号集中监测系统3，所述的智能监测系统包括用来采集室外信号设备信息的室外采集分机1，所述的智能监测系统还包括手机客户端5、室内报警单元4以及连接在室外采集分机1的输出端与信号集中监测系统3的输入端之间的室内报警总机2，室内报警总机2的输出端还与室内报警单元4、手机客户端5通信连接。室内报警总机2用来收集、分析处理室外采集分机1传递的信息，给出模拟量监测信息、预警信息及报警信息，并实时向信号集中监测系统3传递模拟量监测信息、预警信息、报警信息和自身故障信息。在信号室内设置有组合柜，信号集中监测系统3和室内报警总机2都设置在组合柜内，整体更加整齐有序。
如图3所示，室内报警总机2包括依次连接的通道防雷模块2-1、第一电力载波模块2-2、信息处理模块2-3、报警驱动模块2-4，还包括连接在信息处理模块2-3与信号集中监测系统3之间的协议转换模块2-5、连接在信息处理模块2-3与手机客户端5之间的无线通信模块2-6、以及与第一电力载波模块2-2的输入端连接的浪涌抑制模块2-7，通道防雷模块2-1的输入端与室外采集分机1的输出端连接，报警驱动模块2-4的输出端与室内报警单元4连接；
信息处理模块2-3包括CPU1信息处理单元、CPU2信息处理单元和动态安全与门，CPU1信息处理单元和CPU2信息处理单元的输入端都与第一电力载波模块2-2连接、输出端都与动态安全与门的输入端连接，动态安全与门的输出端同时与报警驱动模块2-4、协议转换模块2-5、无线通信模块2-6连接。
通道防雷模块2-1用来泄放雷电流，起到安全防护的作用。第一电力载波模块2-2内置电源、信息隔离电路，一方面将电源传输至室外采集分机1为室外采集分机1供电，另一方面将室外信号设备信息传输至信息处理模块2-3。协议转换模块2-5将信息处理模块2-3产生的信息转换为与信号集中监测系统3相应的协议，使之能够识别。无线通信模块2-6将信息发送至用户的手机客户端5。报警驱动模块2-4用于驱动预警、报警电路，并显示于前端显示屏上。当供电线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌抑制模块2-7能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对设备造成损害，使系统能够稳定可靠地工作。
室外采集分机1采集到的信息通过防雷模块2-1和第一电力载波模块2-2输入至信息处理模块2-3，信息处理模块2-3采用双核处理，对信息进行精确的解调校对、分析处理，与标准数据进行比对，同时生成预警信息及报警信息，然后通过动态安全与门将处理后的信息传输至报警驱动模块2-4、协议转换模块2-5以及无线通信模块2-6，协议转换模块2-5将信息发送给信号集中监测系统3，无线通信模块2-6将信息发送给手机客户端5。
作为对本发明的进一步改进，室内报警总机2与室外采集分机1电连接形成为室外采集分机1的供电机构。由室内报警总机2为室外采集分机1供电，不用再为室外采集分机1单独设置电源，结构更加简单。
作为对本发明的进一步改进，室内报警总机2借助RJ45接口、CAN口、或TCP/IP接口与信号集中监测系统3通信连接。结构简单，拆装方便快捷，省时省力。
如图2所示，所述的室外采集分机1包括依次连接的电流传感器1-1、采集板卡1-2和第二电力载波模块1-3，电流传感器1-1连接在室外信号设备的钢轨引接线上，用来采集室外信号设备的电流信息，在信号室外设置有室外信号设备的箱盒或外壳，采集板卡1-2设置在箱盒或外壳内，第二电力载波模块1-3的输出端借助报警电缆与室内报警总机2的输入端连接。每个室外采集分机1的工作原理都相同，都是通过电流传感器1-1将采集到的信息发送给采集板卡1-2，采集板卡1-2将采集到的信息赋予指定的地址码，通过报警线缆传至室内报警总机2。根据待监测室外信号设备的类型不同，采用的电流传感器的数量和种类也有区别，例如，变压器类产品的输入和输出侧都需要连接电流传感器，而电容类产品则只需要连接一个电流传感器。
室内报警总机2经过收集、分析处理，得出预警信息及报警信息，并实时地将所监测设备的模拟量监测信息、预警信息、报警信息和自身故障信息显示于前端的显示屏上，同时发送给信号集中监测系统3和手机客户端5，从而实现对室外信号设备的监测，实时了解室外信号设备的工作状态，及时排查室外信号设备的故障，压缩故障延时，提高工作效率。
在信号室外还设置有轨道电路变压器箱(含电码化设备)、扼流变压器箱、电容安装壳，可用来安装采集板卡1-2。
作为对本发明的进一步改进，智能监测系统的各个器件都是满足IP68防护等级的器件，适应铁路室外的温度、湿度、暴晒、水浸、鼠咬、振动冲击、电气化干扰的实际环境，确保产品的长期稳定可靠性。
以监测变压器和钢包铜线为例，本发明在具体使用时包括以下步骤：
①考察现场室外信号设备的种类和数量，进行工程设计，并准备好相应的室外采集分机；
②向用户交图，并向铁路局申请要点，准备施工；
③将采集板卡安装到调谐单元箱盒内，第一电流传感器的输入端与匹配变压器盒内的变压器连接，第二电流传感器的输入端与匹配变压器盒外的钢包铜线连接，第一电流传感器和第二电流传感器的输出端都与采集板卡的输入端连接；
④在信号室内的组合柜上寻找相应的空位，安装室内报警总机，将采集板卡的输出端通过第二电力载波模块与室内报警总机的输入端连接，室内报警总机的输出端同时与信号集中监测系统、室内报警单元、手机客户端通信连接；
⑤确认室内报警单元，在报警电缆相应位置做出标记，必要时可增加电缆盒；
⑥将报警信息传输线接入相应的室内报警单元上；
⑦调整对应地址码及类型；
⑧通电测试；
⑨跟踪维护。
本发明通过人工智能技术的植入，解决铁路室外信号设备的“亚健康”问题，将故障隐患扼杀于摇篮状态，具体体现在以下方面：
①积累基础数据：经过大量的工厂化仿真试验，积累基础原始数据，掌握设备信息变化曲线，作为智能诊断的对比参照；
②现场学习：智能监测系统在现场上道使用中，不断采集和积累数据，补充工厂化试验中缺少的干扰信息，计算信干比，逐步完善数据库和工作曲线；
③预警模式：智能监测系统根据信号设备工作曲线变化，给出预警信息，根据系统的劣化趋势，预警可分为三个等级，黄色、蓝色和橙色，当彻底故障时，则上升为红色，红色为报警模式；
④故障代码：室内报警总机根据故障的不同，分别给出不同的故障代码，以便于用户维护和厂家技术支持(售后)；
⑤手机客户端：用户和厂家可在手机端安装报警系统APP，查看智能监测系统工作信息，接收预警信息和报警信息推送，随时掌握全站室外信号设备的工作情况；
⑥信息显示：智能监测系统采用实时值、曲线、报表、报警、预警的显示方式，方便用户综合观察、利用、比对同一信号设备的室内和室外采样信息。
本发明由信号集中监测系统将室外信号设备与既有的信号机构、道岔缺口监测形成统一的系统，并扩展至扼流变压器、轨道电路设备、机车信号设备、补偿电容等一系列设备，大大降低了信号监测工作量。这种智能监测系统不需要对室外既有设备进行改造，不会影响火车运行，不会降低运营效率，安装方便。室内报警总机将被监测室外信号设备的模拟量监测信息、预警信息、报警信息和自身故障信息实时发送至用户的手机客户端，方便及时查看，可以提高工作效率，节约劳动力，降低劳动强度。当被监测设备出现故障时，室内报警总机驱动室内报警单元发出报警信号，不需要在室外增加报警电缆，有利于施工，可以提升运营效率，降低维护成本，节约工程造价。

Claims (7)

1.铁路信号设备室外智能监测系统，信号室内设置有信号集中监测系统(3)，所述的智能监测系统包括用来采集室外信号设备信息的室外采集分机(1)，其特征在于：所述的智能监测系统还包括手机客户端(5)、室内报警单元(4)以及连接在室外采集分机(1)的输出端与信号集中监测系统(3)的输入端之间的室内报警总机(2)，室内报警总机(2)的输出端还与室内报警单元(4)、手机客户端(5)通信连接。
2.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：所述的室内报警总机(2)包括依次连接的通道防雷模块(2-1)、第一电力载波模块(2-2)、信息处理模块(2-3)、报警驱动模块(2-4)，还包括连接在信息处理模块(2-3)与信号集中监测系统(3)之间的协议转换模块(2-5)、连接在信息处理模块(2-3)与手机客户端(5)之间的无线通信模块(2-6)、以及与第一电力载波模块(2-2)的输入端连接的浪涌抑制模块(2-7)，通道防雷模块(2-1)的输入端与室外采集分机(1)的输出端连接，报警驱动模块(2-4)的输出端与室内报警单元(4)连接；
所述的信息处理模块(2-3)包括CPU1信息处理单元、CPU2信息处理单元和动态安全与门，CPU1信息处理单元和CPU2信息处理单元的输入端都与第一电力载波模块(2-2)连接、输出端都与动态安全与门的输入端连接，动态安全与门的输出端同时与报警驱动模块(2-4)、协议转换模块(2-5)、无线通信模块(2-6)连接。
3.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：所述的室内报警总机(2)与室外采集分机(1)电连接形成为室外采集分机(1)的供电机构。
4.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：所述的室内报警总机(2)借助RJ45接口、CAN口、或TCP/IP接口与信号集中监测系统(3)通信连接。
5.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：在信号室内设置有组合柜，信号集中监测系统(3)和室内报警总机(2)都设置在组合柜内。
6.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：所述的室外采集分机(1)包括依次连接的电流传感器(1-1)、采集板卡(1-2)和第二电力载波模块(1-3)，电流传感器(1-1)连接在室外信号设备的钢轨引接线上，在信号室外设置有室外信号设备的箱盒或外壳，采集板卡(1-2)设置在箱盒或外壳内，第二电力载波模块(1-3)的输出端借助报警电缆与室内报警总机(2)的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的铁路信号设备室外智能监测系统，其特征在于：所述的智能监测系统的各个器件都是满足IP68防护等级的器件。
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