微机监测原理与工程设计

信号微机监测原理与工程设计1.开关量—是指类似开通或关断的、在时间上和数值上断续变化的数值量。如通和断、亮和灭、有和无、高和低等，开关量可用数字信号表示。2.数字信号—是表示数字量的信号。数字信号是在两个稳定状态之间作阶跃式、断续变化的信号，常用0和1表示。其一般的表示意义为：0表示：低电位、无脉冲、关断、灯灭；1表示：高电位、有脉冲、开通、灯亮。3.模拟量—自然界大量出现的，在时间上和数值上均作连续变化的物理量。如压力、重量、温度、密度、流量、转速、位移、电压、电流等4.模拟信号：表示模拟量的信号。5.模拟/数字转换（A/D）和数字/模拟转换（D/A）计算机不能直接接受模拟信号。它所加工处理的数据（机器数）都是用二进制数，即数字信号表示的。若对模拟信号进行计算机控制，须首先用传感器和信号整理电路将其量化转换为标准逻辑电压（0-5V直流信号电压），下一步通过“模拟/数字转换器—ADC”转换成相应的数字信号，再送入计算机处理。计算机处理后的结果仍是数字信号，如用它控制执行机构（伺服马达等控制对象），则须通过“数字/模拟转换器—DAC”转换成相应的模拟信号（回控信号）去控制对象。如控制温度、压力、流量，控制飞机、导弹等。6.采样：在模拟/数字转换的过程中，首先要将在时间上连续的模拟信号（通过传感器和模/数转换）变成不连续的数字信号序列，这个过程叫采样。7.实时控制：实时—立即、及时、足够快的意思。实时控制就是及时响应外部信息数据，及时分析处理，及时作出反应。这里的“及时”是毫秒级，比如导弹修正方向就小于毫秒级。第一节开关量的监测一监测对象1.实时监测控制台、人工解锁按钮盘全部按钮的操作，包括进路操作按钮、铅封按钮和单操按钮。记录按钮按下时间、闭合时间和按下次数。2.记录控制台盘面上进路、闭塞主要设备以及行车运行等表示信息。3.采集有关继电器（LJJ、LFJ、DJJ、DFJ、1DQJ、2DQJ、FMJ、CJ、DGJ等）的状态，记录值班人员的操作，为实现进路跟踪和故障诊断提供原始状态数据。二监测电路1.大量用于行车作业实时记录和进路跟踪的开关量信息，一般从控制台表示灯取样，经整流、滤波及光电隔离后送入开关量输入板。固态光隔模块采用了高阻加光电隔离的工作方式，输出的开关量信息经选通送入CPU。原理图如下所示：开关量采集原理图光隔离器：也叫光耦合器、光子耦合器，俗称隔离模块。它用于一个电路与另一个电路的隔离，或让一个电路影响另一个电路。光隔离器有光源（发光二极管）和光传感器（光电晶体管）组成。装置在隔光容器中。从光源到光传感器有光的耦合，用5V脉冲导通发光二极管，控制着连接+15V或更高电源的光电晶体管。光隔离器只有光的耦合，没有电的联系。如图所示：电压输出光晶体管电压输入屏蔽光藕合2.对按钮的监测，优先采样按钮继电器的空接点，若无空接点，则从表示灯两端采样。人工解锁按钮则直接采按钮空接点（第2组接点，没有第2组接点的应更换）3.对继电器开关量的采样隔离有两种方式，有空接点的优先采样空接点；少量无空接点的关键继电器，采用专门设计的固态光隔模块从继电器线包励磁电压采样，获取开关量信息。固态光隔模块采用了高阻加光电隔离的工作方式，输出的开关量信息直接送入开关量输入板。如下图所示：区间采集机光电模块开入板开入板监测端子4.继电器半组空接点采样：继电器半组空接点的采样使用开关量采集器，开关量采集器依据电磁感应原理，通过线圈间的磁耦合实现开关量状态的传感。原理见下图,图中J是待检测继电器，接点1-2被信号设备使用，接点1-3为未使用的空接点。由于接点1是公共的，因此1-3称为半组空接点。传感器的一组感应线圈L2接在接点1-3间，另一组线圈接检测电路。检测电路检测线圈L1的电感量及其损耗，L1和L2通过磁场耦合。当1-3断开时，L2上无电流。L1为自身的电感和损耗。当1-3闭合时，L2上产生感应电流。因此L1的损耗增大。同时L1的电感量减小。这样继电器的状态在电感线圈L1上得到反映。通过检测L1的电感量和损耗，就可得知继电器的状态。开关量采集器隔离性能好，和信号设备只有一点接触，不并接也不串接在设备中，因此不取设备的任何电流和电压。即不取设备能源，对设备无任何影响。感抗检测电路三设备构成--------分组输入方式开关量的监测由开关量采集机完成。开关量采集机由电源板（DY），CPU板和开关量输入板（KR）组成，如下图。开关量采集机组匣示意图1.电源板（DY）：给采集机提供各种工作电源。2.CPU板是采集机的核心，对模拟量进行A/D转换，转换成数字量并通过CAN总线通信。3.开关量输入板，将控制台各种信息转换成CPU接受的开关量（1或0）。4.每一台开关量采集机占用一个抽匣，可插入8块开入板，每块开入板输入48路开关量信息，共可输入384路开关量信息。当某车站开关量信息大于384路时，应另增设一台开关量采集机。开关量采集机CPU板将采集得的状态数据暂存在缓冲单元（CPU板上的存储片）内，通过CAN总线完成与站机的数据交换。其结构框图如下。开入板开关量采集电源开入板开关量采集开入板开关量采集开关量采集机结构示意图四.CPU板的构成及数据处理流程1.CPU板是采集机核心，首先对本采集机的所有模拟量分时、分组进行A/D转换，将各种各样的开关信号转换成数字信号。简单说来，分时分组处理数据的过程大致是：CPU按着程序指令依次分别向每块开入板板选信号选中某个开入板（依据地址码），进一步发出片选信号依次分别选中某个芯片，亦即某个分组（共6组，每组8个数据量）。这样按着时间顺序先处理第一块开入板的6组48个数据，再依次处理第二块开入板的48个数据，依次类推。CPU采集得到的信息数据暂存在存储片RAM中，后来的信息覆盖先到的信息。2.CPU板上装配有程序芯片ROM（只读存储器），芯片里写有开关量采集机的软件程序，通电后CPU按该程序运行。系统经自检程序和初始化后，由软件定时器启动，以巡测方式巡测开关量的状态，每位数据对应一路开关量。3.站机配置有CAN通信卡，CPU板配置有CAN通信芯片，构成CAN总线局域通信。站机每1秒钟向分机索要数据1次，当接受到站机命令时，除与站机校对时钟外，并将暂存在存储片的全部开关量数据送入站机。4.根据技术要求，开关量采集机应向站机一是传送全部开关量的目前状态，二是传送开关量的变化状态信息。CPU存储片程序片CAN通信片开关量显示表格：开关量数据文件[开关量]总路数=722;;开关量类型定义：15类;;///破封按钮灯(00);;///区段红光带(01);;///信号机开放信号(02);;///按钮灯(03);;//道岔定位表示绿灯(08);;//挤岔红灯(16);;///熔丝为1报警开关量(17);;///区间为1报警开关量(18);;///区间为0报警开关量(19);;///道岔缺口为1报警开关量(20);;///错序为1报警开关量(21);;///断相为1报警开关量(22);;//传输继电器CJ（64）;;//其它灯(128);;//开关量为空(255);;序号=开关量名称，开关量序号，开关量类型，取反标志，分机号;;每行长度不得大于80;;开关量分机的开关量数据;;查开关量采样配图C2-D10.D11.D121=SFBD-L,0,128,0,19,2=SJBD-U,1,128,0,19,3=SJBD-H,2,128,0,19,4=SJBD-L,3,128,0,19,5=SFBD-U,4,128,0,19,6=SFBD-H,5,128,0,19,7=SNFBD-L,6,128,0,19,8=SNJBD-U,7,128,0,19,9=SNJBD-H,8,128,0,19,10=SNJBD-L,9,128,0,19,11=SNFBD-U,10,128,0,19,12=SNFBD-H,11,128,0,19,13=SJG-H,12,01,0,19,14=STA-L,13,03,0,19,STAJ15=SYA-B,14,00,0,19,16=IIBG-H,15,01,0,19,17=IIBG-B,16,128,0,19,18=SLA-L,17,03,0,19,SLAJ19=D2A-B,18,03,0,19,D2AJ20=D2-B,19,02,0,19,21=S-L,20,02,0,19,22=SYX-B,21,02,0,19,23=SNJG-H,22,01,0,19,24=SNTA-L,23,03,0,19,SNTAJ25=SNYA-B,24,00,0,19,26=SNLA-L,25,03,0,19,SNLAJ27=XDZA-B,26,03,0,19,XDZAJ28=SN-L,27,02,0,19,29=SNYX-B,28,02,0,19,30=2-QB,29,128,0,19,31=2-QH,30,01,0,19,32=4-QB,31,128,0,19,33=4-QH,32,01,0,19,34=6-QB,33,128,0,19,35=6-QH,34,01,0,19,36=D4A-B,35,03,0,19,D4AJ37=D4-B,36,02,0,19,38=8-QB,37,128,0,19,39=8-QH,38,01,0,19,40=D6A-B,39,03,0,19,D6AJ41=D6-B,40,02,0,19,42=SIILA-L,41,03,0,19,SIILAJ43=SIIDA-B,42,03,0,19,SIIDAJ44=SII-B,43,02,0,19,45=SII-L,44,02,0,19,46=SILA-L,45,03,0,19,SILAJ47=SIDA-B,46,03,0,19,SIDAJ48=SI-B,47,02,0,19,49=SI-L,48,02,0,19,50=S3LA-L,49,03,0,19,S3LAJ51=S3DA-B,50,03,0,19,S3DAJ52=S3-B,51,02,0,19,53=S3-L,52,02,0,19,54=S5LA-L,53,03,0,19,S5LAJ55=S5DA-B,54,03,0,19,S5DAJ56=S5-B,55,02,0,19,57=S5-L,56,02,0,19,58=11-QB,57,128,0,19,59=11-QH,58,01,0,19,60=D7A-B,59,03,0,19,D7AJ61=D7-B,60,02,0,19,62=7-QB,61,128,0,19,63=7-QH,62,01,0,19,64=D5A-B,63,03,0,19,D5AJ65=D5-B,64,02,0,19,66=5-QB,65,128,0,19,67=5-QH,66,01,0,19,68=XFBD-L,67,128,0,19,69=XJBD-U,68,128,0,19,70=XJBD-H,69,128,0,19,71=XJBD-L,70,128,0,19,72=XFBD-U,71,128,0,19,73=XFBD-H,72,128,0,19,74=X4LA-L,73,03,0,19,X4LAJ75=X4DA-B,74,03,0,19,X4DAJ76=X4-B,75,02,0,19,77=X4-L,76,02,0,19,78=IG-H,77,01,0,19,79=IG-B,78,128,0,19,80=IIG-H,79,01,0,19,81=IIG-B,80,128,0,19,82=3G-H,81,01,0,19,83=3G-B,82,128,0,19,84=4G-H,83,01,0,19,85=4G-B,84,128,0,19,86=5G-H,85,01,0,19,87=5G-B,86,128,0,19,88=16/18G-B,87,128,0,19,89=16/18G-H,88,01,0,19,90=D10G-H,89,01,0,19,91=D14G-H,90,01,0,19,92=SZR-H,91,00,0,19,93=SZQ-H,92,03,0,19,SZQJ94=S