【正文】 信號微機監(jiān)測原理與工程設(shè)計1. 開關(guān)量—是指類似開通或關(guān)斷的、在時間上和數(shù)值上斷續(xù)變化的數(shù)值量。如通和斷、亮和滅、有和無、高和低等，開關(guān)量可用數(shù)字信號表示。2. 數(shù)字信號—是表示數(shù)字量的信號。數(shù)字信號是在兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間作階躍式、斷續(xù)變化的信號，常用0和1表示。其一般的表示意義為： 0表示：低電位、無脈沖、關(guān)斷、燈滅； 1表示：高電位、有脈沖、開通、燈亮。 3. 模擬量—自然界大量出現(xiàn)的，在時間上和數(shù)值上均作連續(xù)變化的物理量。如壓力、重量、溫度、密度、流量、轉(zhuǎn)速、位移、電壓、電流等4. 模擬信號：表示模擬量的信號。5. 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換（D/A）計算機不能直接接受模擬信號。它所加工處理的數(shù)據(jù)（機器數(shù)）都是用二進制數(shù)，即數(shù)字信號表示的。若對模擬信號進行計算機控制，須首先用傳感器和信號整理電路將其量化轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)邏輯電壓（05V直流信號電壓），下一步通過“模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器—ADC”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，再送入計算機處理。計算機處理后的結(jié)果仍是數(shù)字信號，如用它控制執(zhí)行機構(gòu)（伺服馬達等控制對象），則須通過“數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器—DAC”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號（回控信號）去控制對象。如控制溫度、壓力、流量，控制飛機、導(dǎo)彈等。：在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的過程中，首先要將在時間上連續(xù)的模擬信號（通過傳感器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換）變成不連續(xù)的數(shù)字信號序列，這個過程叫采樣。：實時—立即、及時、足夠快的意思。實時控制就是及時響應(yīng)外部信息數(shù)據(jù)，及時分析處理，及時作出反應(yīng)。這里的“及時”是毫秒級，比如導(dǎo)彈修正方向就小于毫秒級。第一節(jié) 開關(guān)量的監(jiān)測一 監(jiān)測對象1. 實時監(jiān)測控制臺、人工解鎖按鈕盤全部按鈕的操作，包括進路操作按鈕、鉛封按鈕和單操按鈕。記錄按鈕按下時間、閉合時間和按下次數(shù)。2. 記錄控制臺盤面上進路、閉塞主要設(shè)備以及行車運行等表示信息。3. 采集有關(guān)繼電器（LJJ、LFJ、DJJ、DFJ、1DQJ、2DQJ、FMJ、CJ、DGJ等）的狀態(tài)，記錄值班人員的操作，為實現(xiàn)進路跟蹤和故障診斷提供原始狀態(tài)數(shù)據(jù)。二 監(jiān)測電路1. 大量用于行車作業(yè)實時記錄和進路跟蹤的開關(guān)量信息，一般從控制臺表示燈取樣，經(jīng)整流、濾波及光電隔離后送入開關(guān)量輸入板。固態(tài)光隔模塊采用了高阻加光電隔離的工作方式，輸出的開關(guān)量信息經(jīng)選通送入CPU。原理圖如下所示： 開關(guān)量采集原理圖光隔離器：也叫光耦合器、光子耦合器，俗稱隔離模塊。它用于一個電路與另一個電路的隔離，或讓一個電路影響另一個電路。光隔離器有光源（發(fā)光二極管）和光傳感器（光電晶體管）組成。裝置在隔光容器中。從光源到光傳感器有光的耦合，用5V脈沖導(dǎo)通發(fā)光二極管，控制著連接+15V或更高電源的光電晶體管。光隔離器只有光的耦合，沒有電的聯(lián)系。如圖所示：2. 對按鈕的監(jiān)測，優(yōu)先采樣按鈕繼電器的空接點，若無空接點，則從表示燈兩端采樣。人工解鎖按鈕則直接采按鈕空接點（第2組接點，沒有第2組接點的應(yīng)更換）3. 對繼電器開關(guān)量的采樣隔離有兩種方式，有空接點的優(yōu)先采樣空接點；少量無空接點的關(guān)鍵繼電器，采用專門設(shè)計的固態(tài)光隔模塊從繼電器線包勵磁電壓采樣，獲取開關(guān)量信息。固態(tài)光隔模塊采用了高阻加光電隔離的工作方式，輸出的開關(guān)量信息直接送入開關(guān)量輸入板。如下圖所示：4. 繼電器半組空接點采樣：繼電器半組空接點的采樣使用開關(guān)量采集器，開關(guān)量采集器依據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過線圈間的磁耦合實現(xiàn)開關(guān)量狀態(tài)的傳感。原理見下圖,圖中J是待檢測繼電器，接點12被信號設(shè)備使用，接點13為未使用的空接點。由于接點1是公共的，因此13稱為半組空接點。傳感器的一組感應(yīng)線圈L2接在接點13間，另一組線圈接檢測電路。檢測電路檢測線圈L1的電感量及其損耗，L1和L2通過磁場耦合。當(dāng)13斷開時，L2上無電流。L1為自身的電感和損耗。當(dāng)13閉合時，L2上產(chǎn)生感應(yīng)電流。因此L1的損耗增大。同時L1的電感量減小。這樣繼電器的狀態(tài)在電感線圈L1上得到反映。通過檢測L1的電感量和損耗，就可得知繼電器的狀態(tài)。開關(guān)量采集器隔離性能好，和信號設(shè)備只有一點接觸，不并接也不串接在設(shè)備中，因此不取設(shè)備的任何電流和電壓。即不取設(shè)備能源，對設(shè)備無任何影響。三 設(shè)備構(gòu)成分組輸入方式開關(guān)量的監(jiān)測由開關(guān)量采集機完成。開關(guān)量采集機由電源板（DY），CPU板和開關(guān)量輸入板（KR）組成，如下圖。 開關(guān)量采集機組匣示意圖 （DY）：給采集機提供各種工作電源。，對模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并通過CAN總線通信。，將控制臺各種信息轉(zhuǎn)換成CPU接受的開關(guān)量（1或0）。，可插入8塊開入板，每塊開入板輸入48路開關(guān)量信息，共可輸入384路開關(guān)量信息。當(dāng)某車站開關(guān)量信息大于384路時，應(yīng)另增設(shè)一臺開關(guān)量采集機。開關(guān)量采集機CPU板將采集得的狀態(tài)數(shù)據(jù)暫存在緩沖單元（CPU板上的存儲片）內(nèi)，通過CAN總線完成與站機的數(shù)據(jù)交換。其結(jié)構(gòu)框圖如下。 開關(guān)量采集機結(jié)構(gòu)示意圖 四. CPU板的構(gòu)成及數(shù)據(jù)處理流程CAN通信片程序片存儲片CPU1. CPU板是采集機核心，首先對本采集機的所有模擬量分時、分組進行A/D轉(zhuǎn)換，將各種各樣的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。簡單說來，分時分組處理數(shù)據(jù)的過程大致是：CPU按著程序指令依次分別向每塊開入板板選信號選中某個開入板（依據(jù)地址碼），進一步發(fā)出片選信號依次分別選中某個芯片，亦即某個分組（共6組，每組8個數(shù)據(jù)量）。這樣按著時間順序先處理第一塊開入板的6組48個數(shù)據(jù)，再依次處理第二塊開入板的48個數(shù)據(jù)，依次類推。CPU采集得到的信息數(shù)據(jù)暫存在存儲片RAM中，后來的信息覆蓋先到的信息。2. CPU板上裝配有程序芯片ROM（只讀存儲器），芯片里寫有開關(guān)量采集機的軟件程序，通電后CPU按該程序運行。系統(tǒng)經(jīng)自檢程序和初始化后，由軟件定時器啟動，以巡測方式巡測開關(guān)量的狀態(tài)，每位數(shù)據(jù)對應(yīng)一路開關(guān)量。3. 站機配置有CAN通信卡，CPU板配置有CAN通信芯片，構(gòu)成CAN總線局域通信。站機每1秒鐘向分機索要數(shù)據(jù)1次，當(dāng)接受到站機命令時，除與站機校對時鐘外，并將暫存在存儲片的全部開關(guān)量數(shù)據(jù)送入站機。4. 根據(jù)技術(shù)要求，開關(guān)量采集機應(yīng)向站機一是傳送全部開關(guān)量的目前狀態(tài)，二是傳送開關(guān)量的變化狀態(tài)信息。開關(guān)量顯示表格：
開關(guān)量數(shù)據(jù)文件
[開關(guān)量]
總路數(shù)=722。開關(guān)量類型定義：15類
。///破封按鈕燈(00)
。///區(qū)段紅光帶(01)
。///信號機開放信號(02)
。///按鈕燈(03)
。//道岔定位表示綠燈(08)
。//擠岔紅燈(16)
。///熔絲為1報警開關(guān)量(17)
。///區(qū)間為1報警開關(guān)量(18)
。///區(qū)間為0報警開關(guān)量(19)
。///道岔缺口為1報警開關(guān)量(20)
。///錯序為1報警開關(guān)量(21)
。///斷相為1報警開關(guān)量(22)
。//傳輸繼電器CJ（64）
。//其它燈(128)
。//開關(guān)量為空(255)
。序號=開關(guān)量名稱，開關(guān)量序號，開關(guān)量類型，取反標(biāo)志，分機號
。每行長度不得大于80
。開關(guān)量分機的開關(guān)量數(shù)據(jù)
。
1= SFBDL, 0, 128, 0, 19,
2= SJBDU, 1, 128, 0, 19,
3= SJBDH, 2, 128, 0, 19,
4= SJBDL, 3, 128, 0, 19,
5= SFBDU, 4, 128, 0, 19,
6= SFBDH, 5, 128, 0, 19,
7= SNFBDL, 6, 128, 0, 19,
8= SNJBDU, 7, 128, 0, 19,
9= SNJBDH, 8, 128, 0, 19,
10= SNJBDL, 9, 128, 0, 19,
11= SNFBDU, 10, 128, 0, 19,
12= SNFBDH, 11, 128, 0, 19,
13= SJGH, 12, 01, 0, 19,
14= STAL, 13, 03, 0, 19,STAJ
15= SYAB, 14, 00, 0, 19,
16= IIBGH, 15, 01, 0, 19,
17= IIBGB, 16, 128, 0, 19,
18= SLAL, 17, 03, 0, 19,SLAJ
19= D2AB, 18, 03, 0, 19,D2AJ
20= D2B, 19, 02, 0, 19,
21= SL, 20, 02, 0, 19,
22= SYXB, 21, 02, 0, 19,
23= SNJGH, 22, 01, 0, 19,
24= SNTAL, 23, 03, 0, 19,SNTAJ
25= SNYAB, 24, 00, 0, 19,
26= SNLAL, 25, 03, 0, 19,SNLAJ
27= XDZAB, 26, 03, 0, 19,XDZAJ
28= SNL, 27, 02, 0, 19,
29= SNYXB, 28, 02, 0, 19,
30= 2QB, 29, 128, 0, 19,
31= 2QH, 30, 01, 0, 19,
32= 4QB, 31, 128, 0, 19,
33= 4QH, 32, 01, 0, 19,
34= 6QB, 33, 128, 0, 19,
35= 6QH, 34, 01, 0, 19,
36= D4AB, 35, 03, 0, 19,D4AJ
37= D4B, 36, 02, 0, 19,
38= 8QB, 37, 128, 0, 19,
39= 8QH, 38, 01, 0, 19,
40= D6AB, 39, 03, 0, 19,D6AJ
41= D6B, 40, 02, 0, 19,
42= SIILAL, 41, 03, 0, 19,SIILAJ
43= SIIDAB, 42, 03, 0, 19,SIIDAJ
44= SIIB, 43, 02, 0, 19,
45= SIIL, 44, 02, 0, 19,
46= SILAL, 45, 03, 0, 19,SILAJ
47= SIDAB, 46, 03, 0, 19,SIDAJ
48= SIB, 47, 02, 0, 19,
49= SIL, 48, 02, 0, 19,
50= S3LAL, 49, 03, 0, 19,S3LAJ
51= S3DAB, 50, 03, 0, 19,S3DAJ
52= S3B, 51, 02, 0, 19,
53=