室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元系統(tǒng)說明
一、系統(tǒng)實施意義
室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元是鐵路專用信號微機監(jiān)測設備，可作為電務維護管理的輔助工具。室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元利用計算機高速信息處理能力實現(xiàn)不間斷的全面、自動的對信號設備進行實時監(jiān)測。能夠取得完整、連續(xù)、主動的上傳實時數(shù)據(jù)，避免人為因素的干擾和影響，提高信號設備管理的質(zhì)量，防止隱性事故發(fā)生。
室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元主要以軌道電路主要監(jiān)測對象，實時、動態(tài)監(jiān)測設備的工作狀態(tài)，為設備故障分析處理提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，系統(tǒng)存錄的大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)對分析事故原因，了解設備狀況有很大的幫助。室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元是現(xiàn)有信號微機監(jiān)測系統(tǒng)對室外設備監(jiān)測的重要補充部分，既可以自成獨立系統(tǒng)，也可以融合到信號微機監(jiān)測系統(tǒng)里。
二、 系統(tǒng)功能
室外信號綜合監(jiān)測系統(tǒng)（區(qū)間）主要監(jiān)測的模擬量有：軌道電路的發(fā)送端電纜側(cè)（E1\E2）主頻電壓、發(fā)送端電纜側(cè)主頻電流、發(fā)送端主軌軌面(V1\V2)電壓、發(fā)送端主軌軌面(V1\V2)低頻碼、發(fā)送端主軌50HZ電壓、發(fā)送端主軌短外鋼包銅線電流、發(fā)送端主軌短內(nèi)鋼包銅線電流、發(fā)送端主軌長內(nèi)鋼包銅線電流、發(fā)送端主軌長外鋼包銅線電流、發(fā)送端小軌軌面電壓、接受端電纜側(cè)（E1\E2）主頻電壓、接受端電纜側(cè)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(nèi)鋼包銅線電流、接受端主軌長內(nèi)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(nèi)溫度與濕度等，主要功能有以下幾點：
1、 系統(tǒng)通過監(jiān)測軌道電路發(fā)送器的軌面電壓、電流可以監(jiān)測軌道電路發(fā)送器的工作狀態(tài)。相應數(shù)據(jù)的分析能對軌道電路發(fā)送器的匹配單元（TAD）、調(diào)諧單元（BA）和空芯線圈的工作性能進行定量分析。
2、 系統(tǒng)通過監(jiān)測軌道電路接收器的接收電壓、電流可以監(jiān)測軌道電路接收器的工作狀態(tài)。相應數(shù)據(jù)的分析能對軌道電路接收器的匹配單元（TAD）和調(diào)諧單元（BA）的工作性能進行定量分析。
3、 系統(tǒng)動態(tài)記錄軌道電路的低頻信息，為室內(nèi)微機監(jiān)測系統(tǒng)和機車信號顯示提供現(xiàn)場的信息記錄。
4、 系統(tǒng)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(xiàn)象。為故障分析提供第一現(xiàn)場的可靠數(shù)據(jù)。
5、 系統(tǒng)同時還監(jiān)測器材箱內(nèi)的工作溫度與濕度，動態(tài)描述現(xiàn)場監(jiān)測裝置的溫升情況，通過橫向比對可以及時發(fā)現(xiàn)裝置本身的故障。
三、 系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)設計主要分三部分：室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)ZXCGD4-A采集單元，室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)室內(nèi)集中管理機和監(jiān)測終端系統(tǒng)軟件（包括微機監(jiān)測系統(tǒng)的接口協(xié)議）。
室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)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(cè)（E1\E2）主頻電壓、電纜側(cè)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(nèi)鋼包銅線電流、主軌長內(nèi)鋼包銅線電流、主軌長外鋼包銅線電流、小軌軌面電壓、箱內(nèi)溫度與濕度的采集，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞覂?nèi)。室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)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(fā)送器/接受器的電壓和5路對應軌道電路發(fā)送器/接受器的電流。為了分析相應器件的阻抗，發(fā)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(xiàn)場采集位置和接口設計如下圖：
2、 室外綜合監(jiān)測系統(tǒng)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(diào)迅速。軟件濾波算法可同時監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)室內(nèi)集中管理機
室內(nèi)集中管理機通過電力載波技術(shù)接收室外監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行相應的儲儲、分析和報警，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給危機監(jiān)測。
系統(tǒng)構(gòu)成框圖如下：
集中管理機簡介
1． 產(chǎn)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(jiān)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(tài)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(jiān)測通信正常閃爍。
“復位按鈕”按“復位按鈕”可使系統(tǒng)重新啟動。
“開關按鈕”打開則上電，系統(tǒng)開始運行。系統(tǒng)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(diào)整”：可以調(diào)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(jiān)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(jiān)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給PC機。
標有“微機監(jiān)測CAN”位置是將與河南輝煌科技的微機監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測單元進行通信控制。
四、ZXC區(qū)間綜合監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)指標：
1)采樣周期：小于1秒；
2)傳輸時延：V1V2數(shù)據(jù)變化大于3%時小于2秒
3)監(jiān)測量程：
發(fā)送端電纜側(cè)（E1\E2）主頻電壓：(0-100V)
發(fā)送端電纜側(cè)主頻電流: (0-1A)
發(fā)送端主軌軌面(V1\V2)電壓: (0-5V)
發(fā)送端主軌軌面(V1\V2)低頻碼: (10-30Hz)
發(fā)送端主軌50HZ電壓: (0-5V)
發(fā)送端主軌短外鋼包銅線電流: (0-5A)
發(fā)送端主軌短內(nèi)鋼包銅線電流: (0-5A)
發(fā)送端主軌長內(nèi)鋼包銅線電流: (0-5A)
發(fā)送端主軌長外鋼包銅線電流: (0-5A)
發(fā)送端小軌軌面電壓: (0-5V)
接受端電纜側(cè)（E1\E2）主頻電壓: (0-100V)
接受端電纜側(cè)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(nèi)鋼包銅線電流: (0-5A)
接受端主軌長內(nèi)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(nèi)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(nèi)溫度： ±3℃
5) 室外裝置總功耗： 小于10W
6) 室外裝置使用環(huán)境：溫度：-40℃～+70℃；相對濕度：小于90%
7) 系統(tǒng)主設備平均無故障時間：大于10000小時
8) 數(shù)據(jù)傳輸方式：電力載波總線
9)數(shù)據(jù)傳輸距離： 10Km；
10)最大CAN節(jié)點數(shù)：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(shù)據(jù)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(jù)運基信號【2010】709號文《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件》以及運基信號【2011】377號關于《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)安全要求》，本系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)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(jīng)過100mA 的PTC自恢復保險（規(guī)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(xù)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(tǒng)輸出報警線采用了SSLP-385VB(S)系列浪涌保護器。它依據(jù)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(jiān)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(nèi)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(shù)據(jù)傳輸通信線（采用電力載波技術(shù)）；
2、利用4#電纜中2芯備用芯作為電源貫通線和數(shù)據(jù)傳輸通信線（采用電力載波技術(shù)）；
3、接收/發(fā)送調(diào)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(shù)據(jù)傳輸通信線（采用電力載波技術(shù)）；
2、發(fā)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(diào)諧單元背面有空心線圈，因此設備不能安裝在蘑菇盒內(nèi)：因此必須將設備安裝在蘑菇盒的外側(cè)。具體如圖:
