CN209566931U - 一种铁路道岔安全参数监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁路道岔安全参数监测系统，包括设置在车站控制室的用户工作站、网管工作站、中央处理服务器，以及设置在道岔轨旁或车站机械室的多个现场监测单元，其中，所述现场监测单元通过分布在车站内的的现场控制总线与中央处理服务器相连接，所述中央处理服务器通过所述分布在车站内的数据传输网络与用户工作站和网管工作站相连接；所述现场监测单元与各种传感器相连接，用于将传感器获取的安全参数传输给中央处理服务器进而发送到网络工作站和用户工作站。通过阈值设计和趋势分析，向用户发出警告和预警，使用户可以采取适当的预防措施和维护手段，使得由于道岔相关设备引起的对列车运营的影响降到最小。

Description

一种铁路道岔安全参数监测系统

技术领域

本实用新型属于轨道交通技术领域，具体涉及一种铁路道岔安全参数监测系统。

背景技术

随着铁路各主要干线的全面提速和快速客运通道的开通，以及现在300km/h以上高速铁路的实施和发展，铁路道岔转换设备成为铁路运营安全的主要焦点之一，道岔转换设备状态的好坏将直接影响到列车安全。目前我国的道岔维修大都为故障后的维修，在高速线路上，道岔一旦出现故障将严重影响铁路的运营，甚至会发生灾难性的事故。另外，为保证列车和线路的运营效率，高速运行的列车要求对线路的维护和维修次数越少越好、时间越短越好，由于我国铁路目前尚无对道岔实施行之有效的自动监测手段，道岔的日常维护和故障道岔的维修，势必占用较多的运营时间。这种形势标明，目前道岔的维护和维修方式，已不能适应铁路运营的发展。

国外高速铁路对道岔状态的实时监测高度重视，都研制开发了相应的道岔监测系统 (如奥地利的Roadmaster2000道岔监测系统、俄罗斯的无接触道岔自动控制器ΑБKС用于检测尖轨密贴、法国的Track and Turnout monitoring system以及德国等都研制了相应的道岔监控系统)。随着铁路运营速度的提高，结合我国的铁路发展的现状和国际经验，对铁路道岔转换设备状态的实时监测，已是保障道岔设备安全和实现状态修的关键手段。

故，针对现有技术存在的技术缺陷，实有必要提出一种技术方案以克服现有技术存在的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种铁路道岔安全参数监测系统，从而实现高速铁路道岔转换设备的实时监测，保障道岔设备安全和实现状态修，同时提高高速铁路的运行效率。

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型目的技术方案如下：

一种铁路道岔安全参数监测系统，包括设置在车站控制室的用户工作站、网管工作站、中央处理服务器，以及设置在道岔轨旁或车站机械室的多个现场监测单元，其中，

所述现场监测单元通过分布在车站内现场控制总线与中央处理服务器相连接，所述中央处理服务器通过所述分布在车站内的数据传输网络与用户工作站和网管工作站相连接；

所述现场监测单元与各种传感器相连接，用于将传感器获取的安全参数传输给中央处理服务器进而发送到网络工作站和用户工作站。

作为优选的技术方案，所述现场监测单元至少包括主处理板和多路模拟输入接口模块，每路模拟输入接口模块用于接入一个传感器；所述主处理板通过RS485总线与多路模拟输入接口模块相连接。

作为优选的技术方案，所述主处理板采用主从模式与多路模拟输入接口模块相连接，其中，所述主处理板作为主方，所述模拟输入接口模块作为从方。

作为优选的技术方案，所述传感器至少包括位移传感器、力传感器、压力传感器、电流/电压传感器、环境温湿度传感器、振动传感器和缺口监测传感器。

作为优选的技术方案，所述主处理板进一步包括主处理芯片、神经元芯片和收发器，其中，主处理芯片与神经元芯片通过SCI/SPI串行连接，使用ShortStack技术通信。

作为优选的技术方案，所述用户工作站与所述中央处理服务器采用TCPIP通信相连，用于接收中央处理服务器的数据并呈现给用户同时把用户命令下发到中央处理服务器。

作为优选的技术方案，所述网管工作站接入车站内的局域网以及现场控制网络，用于实时监测该道岔监测系统自身的节点在线/离线状况、网络内各子网的流量评估以及完成系统的自诊断功能。

作为优选的技术方案，所述中央处理服务器与所述现场监测单元相连接，用于接收道岔实时传感状态数据并根据其状态决定是否向相应道岔的现场监测单元发送道岔转换启动指令以使得所述现场监测单元启动转换参数的实时监测采样。

作为优选的技术方案，所述中央处理服务器和所述用户工作站相连，接收用户指令并转发给所述现场监测单元。

作为优选的技术方案，用户通过所述用户工作站主动发送指令经中央处理服务器到现场监测单元采集指定实时数据以完成主动测动作；所述中央处理服务器周期发送指令给所述现场监测单元定期采集道岔参数以完成周期测动作。

与现有技术相比，本实用新型通过设置现场监测单元和中央处理服务器实现高速铁路道岔转换设备的实时监测，保障道岔设备安全和实现状态修，同时提高高速铁路的运行效率。

附图说明

图1是本实用新型铁路道岔安全参数监测系统的系统示意图。

图2是本实用新型中现场处理单元(FMU)硬件结构示意图。

图3是本实用新型数据交互示意图。

具体实施方式

参见图1，所示为本实用新型铁路道岔安全参数监测系统的系统示意图，包括设置在车站控制室的用户工作站(MMI：Man Machine Interface)、网管工作站(NMW： NetworkManagement Workstation)、中央处理服务器(CPS：Centre Process Server)，以及设置在道岔轨旁或车站机械室的多个现场监测单元(FMU：Field Monitoring Unit)，其中，所述现场监测单元通过分布在车站内现场控制总线 (LonWorks)与中央处理服务器(CPS)相连接，所述中央处理服务器(CPS)通过所述分布在车站内的数据传输网络(LAN)与用户工作站(MMI：Man Machine Interface)和网管工作站(NMW：Network Management Workstation)进行数据通信。

以下对本实用新型的主要配件详细介绍：

1)现场监测单元(FMU)，是道岔监测系统(PMS：Point Monitoring System) 的主要组成部分，负责道岔轨旁现场实时状态数据的模/数转换、缓存和转发，并根据来自中央处理服务器(CPS)的指令进行相应的通信处理和过程控制；进一步的，现场监测单元的硬件结构划分为主处理板MPB和模拟量采集板(AIB)。

2)中央处理服务器CPS，位于车站控制室的中央处理服务器CPS，是道岔监测系统PMS的主处理服务器，是系统逻辑处理核心。

中央处理服务器CPS从分布在道岔轨旁的现场监测单元和室内监测单元接收道岔实时状态数据，对接收到的数据进行逻辑处理和分析，如存储归档、阈值比较、阈值调优和趋势分析等，并根据分析的结果通过用户工作站MMI向用户发布事件、警告和预警信息。

同时，中央处理服务器CPS根据室内现场监测单元实时监测到的开关量1DQJ 的值，向相应道岔的现场监测单元FMU发送道岔转换启动指令，指示该道岔监测单元FMU启动道岔转换参数的实时监测采样。

另外，中央处理服务器CPS接收并处理用户通过用户工作站MMI发出的“点播”、“开启”/“关闭”某个监测对象的实时监测采样等指令，并向相应的现场监测单元FMU 转发指令。

3)用户工作站(MMI)，用户工作站位于车站控制室，运行在其上的MMI软件直接面向操作员，所有从现场实时监测到的数据及中央处理服务器CPS分析判断的结果均通过MMI向用户呈现，MMI是PMS系统最重要的部分之一。

MMI提供一个整个车站的轨道视图，在该轨道视图上，无岔轨道是简化显示，监测的道岔为重点显示对象，另外，还可以看到道岔对应的现场监测单元FMU。正常情况下，监测某个道岔的FMU为绿色显示。如果监测到故障(FMU故障或监测值超过阈值)，FMU将用红色闪烁显示并伴随声光报警。如果监测值趋势分析产生预警时，FMU将用黄色闪烁显示。

用户可以通过MMI“点播”某个现场监测单元FMU的某个监测对象的实时动态变化曲线，也可以通过MMI启动或关闭某个FMU对某个监测对象的监测。

4)网管工作站NMW，帮助用户及时定位和排除局域网和现场控制网络的故障，是道岔监测系统的辅助功能组成部分。网管工作站NMW同时与局域网和现场控制网络相连，运行在网管工作站NMW上的网管软件可以集中监视两个网络的状态。支持局域网每个节点的在线/离线、每个节点与CPS直接的流量估算，现场控制网络上每个节点的在线/离线、每个子网的流量估算、干线网络的流量估算。

参见图2，所示为本实用新型中现场处理单元(FMU)硬件结构示意图。在实际应用中，现场处理单元根据站场的大小来配置。现场道岔监测传感器和在现场道岔监测对象连接，传感器和现场处理单元的模拟量输入接口模块(AIB)连接，在现场处理单元(FMU)内部，模拟输入接口模块与主处理板(MPB)节点内RS485总线交互信息。MPB作为主方(master),AIB作为从方(slave)。

进一步的，现场监测单元(FMU)由带电源的欧标机箱，带主处理芯片、神经元芯片和收发器的主处理板(MPB：Main Process Board)，模拟输入接口模块(AIB： Analog InputBoard)组成。MPB上的主处理芯片与神经元芯片通过SCI/SPI串行连接，使用ShortStack技术通信。MPB与AIB之间通过节点内RS485总线交互信息。

为了持续正确地采集道岔安全参数，当控制网或通信介质故障时，FMU可以在自身本地对监测到的数据进行分析处理，并将报警等信息记录在本地，一旦通信回复，记录在本地的报警等重要数据可以立即上传到CPS。再通过CPS上传到用户工作站，供用户查看和分析。

如图3所示，本实用新型数据交互示意图。各子网FMU数据经MPB处理后通过现场控制网络(LonWorks)连接传输到中央处理服务器，由中央处理服务器完成数据分析、阈值调优和比较、趋势分析以及数据转储。并把处理的实时数据上传至用户工作站。在用户工作站提供一个整个车站的轨道视图，在轨道视图上用于查看各实时数据和相关的历史曲线和趋势曲线。

网管工作站作为整个道岔监测系统的辅助功能，它同时和现场控制网络以及局域网相连，帮助用户及时定位和排除局域网和现场控制网络的故障，确保整个道岔监测系统稳定可靠运行。

进一步的，系统处理逻辑分为数据采集、数据分析和加工、数据显示给用户三个环节。分别由本系统功能设备的现场监测单元、中央处理服务器和用户工作站以及分布在它们上面的软件负责完成。

本道岔监测系统软件采用分层的模块结构，对于FMU和CPS的应用软件均划分为接口和通信层、数据交换和缓冲层、逻辑处理层。对于MMI和NMW来说，由于要处理界面显示和用户交互，采用MVC结构。

进一步的，从现场通过道岔各安全参数传感器采集到对应安全参数，到对数据进行逻辑处理、阈值比较到用户工作站显示道岔的工作状态，实现道岔监测系统的所有应用逻辑功能，其具体实现流程如下：

1:安装在道岔现场的各安全参数传感器采集相应的安全参数模拟量，并把数据上传至安装在道岔现场的现场处理单元(FMU)。

2:现场处理单元(FMU)采集到各传感器的模拟量数据后，进行模数转换，并根据网络通信状态选择缓存或者是转发，最终把数据传送给中央处理单元(CPS)。

3:中央处理单元把收到的数据进行处理，主要完成数据和用户设定的阈值进行比较，并根据以往数据的趋势分析或进行阈值调优；或直接和阈值进行比较，判断相应设备是否出现异常。如果产生异常，CPS根据异常的程度产生预警或者报警，并在用户工作站MMI上产生文字和声光报警，提示用户密切关注或者直接更换相关设备，实现道岔设备的故障修到状态修的转变。中央处理服务器同时为了减轻网络传输流量，把采集的大量设备状态数据进行压缩，压缩后的数据传输到用户工作站。

4:用户工作站处理所有从现场实时监测到的道岔安全数据及中央处理服务器分析判断的结果，以可视化的形式呈现给用户。同时也向用户呈现系统自身处理单元的设备状态，如本系统的现场处理单元的设备状态(正常-绿色、故障-红色闪烁、声光报警、预警-黄色闪烁)。

进一步的，中央处理服务器CPS根据室内现场监测单元实时监测到的开关量 1DQJ的值，向对应的道岔的现场处理单元发送道岔转换启动指令，以便该道岔监测单元FMU启动道岔转换参数的实时监测采样，实现设备状态的变化测。其具体实现流程如下：

1:中央处理服务器CPS实时监测室内现场处理单元监测的开关量1DQJ的开关量，当监测到开关量1DQJ落下时，向该开关量对应的室外道岔的现场处理单元发送道岔转换启动指令。

2:道岔现场处理单元收到CPS的道岔转换启动指令后，该FMU启动道岔转换参数的实时监测采样，采集道岔动态设备参数，并上传至中央处理单元。

3：中央处理单元对道岔设备的动态数据分析、保存，将分析结果上传至用户工作站。

4：在用户工作站上呈现道岔设备的动态动作曲线。如曲线产生异常，则以预警或报警的形式显示给用户。

进一步的，用户通过用户工作站发送点播、开启或关闭指令，指定一个监测对象的实时监测采样。其具体实现流程如下：

1：通过用户工作站针对特定监测对象发送点播【采集指定监测对象的实时数据】、开启【开启采集指定监测对象的实时数据采集】、关闭【关闭采集指定监测对象的实时数据采集】指令。

2:中央处理服务器CPS收到上述指令并转发到现场处理单元。

3:现场处理单元处理从中央处理服务器收到的对应指令，对采集某监测对象进行实时数据采集，或开启某监测对象的数据采集、或关闭某监测对象的数据采集功能。

4：现场处理单元返回指令执行结果到中央处理服务器，最后到用户工作站显示处理结果。

作为整个道岔监测系统的辅助功能，帮助用户定位和排除局域网和现场控制网络的故障，系统设置网管工作站用来监测上述网络的至少以下网络状态。

1、局域网每个节点的在线/离线；

2、局域网每个节点与中央处理服务器直接的流量估算；

3、现场控制网络上每个节点的在线/离线；

4、现场控制网络每个子网的流量估算；

5、现场控制网络上干线网络的流量估算。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，包括设置在车站控制室的用户工作站、网管工作站、中央处理服务器，以及设置在道岔轨旁或车站机械室的多个现场监测单元，其中，

所述现场监测单元通过分布在车站内现场控制总线与中央处理服务器相连接，所述中央处理服务器通过所述分布在车站内的数据传输网络与用户工作站和网管工作站相连接；

所述现场监测单元与传感器相连接，用于将传感器获取的安全参数传输给中央处理服务器进而发送到网络工作站和用户工作站。

2.根据权利要求1所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述现场监测单元至少包括主处理板和多路模拟输入接口模块，每路模拟输入接口模块用于接入一个传感器；所述主处理板通过RS485总线与多路模拟输入接口模块相连接。

3.根据权利要求2所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述主处理板采用主从模式与多路模拟输入接口模块相连接，其中，所述主处理板作为主方，所述模拟输入接口模块作为从方。

4.根据权利要求1或2所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述传感器至少包括位移传感器、力传感器、压力传感器、电流/电压传感器、环境温湿度传感器、振动传感器和缺口监测传感器。

5.根据权利要求2所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述主处理板进一步包括主处理芯片、神经元芯片和收发器，其中，主处理芯片与神经元芯片通过SCI/SPI串行连接，使用ShortStack技术通信。

6.根据权利要求1所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述用户工作站与所述中央处理服务器采用TCPIP通信相连，用于接收中央处理服务器的数据并呈现给用户同时把用户命令下发到中央处理服务器。

7.根据权利要求1所述的铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述网管工作站接入车站内的局域网以及现场控制网络，用于实时监测该道岔监测系统自身的节点在线/离线状况、网络内各子网的流量评估以及完成系统的自诊断功能。

8.根据权利要求1所述铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述中央处理服务器与所述现场监测单元相连接，用于接收道岔实时传感状态数据并根据其状态决定是否向相应道岔的现场监测单元发送道岔转换启动指令以使得所述现场监测单元启动转换参数的实时监测采样。

9.根据权利要求1所述铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，所述中央处理服务器和所述用户工作站相连，接收用户指令并转发给所述现场监测单元。

10.根据权利要求1所述铁路道岔安全参数监测系统，其特征在于，用户通过所述用户工作站主动发送指令经中央处理服务器到现场监测单元采集指定实时数据以完成主动测动作；所述中央处理服务器周期发送指令给所述现场监测单元定期采集道岔参数以完成周期测动作。