【文章內(nèi)容簡介】 完成監(jiān)測信息及系統(tǒng)工作狀態(tài)信息的顯示、打印及報警。從系統(tǒng)中各部分的連接方式來講，一般有兩種方式：一種是采用總線插接的形式，即將檢測量的采集和接口電路制作成印刷電路板或是采用一些標(biāo)準(zhǔn)插件板配以一定的采樣電路，通過微機箱中的拓展插槽與主機相連。這時，各插件板與主機之間交換信息的方式一般為中斷方式。圖31 微機監(jiān)測系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)另一種連接方式即采用多模塊結(jié)構(gòu)。在這種方式中，考慮到信號微機監(jiān)測系統(tǒng)自身具有的特殊性：監(jiān)測對象密集、采集量大、多個對象同時并行工作，為此，把檢測對象進(jìn)行分類，分別有各自微機來檢查，這些微機并行獨立工作。采集到的信息在通過串行總線送到主機（上位管理機）進(jìn)行處理，這樣一方面保證了系統(tǒng)的實時性，同時使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰明了。在系統(tǒng)設(shè)計時，考慮到采集機的任務(wù)比較單一，信息存儲量的要求不高，從降低整個系統(tǒng)的成本角度來講，一般采用單片機來完成。目前，在微機監(jiān)測系統(tǒng)中廣泛使用的一種串行總線是CAN總線。CAN總線屬于現(xiàn)場總線的范疇，它特別適用于工業(yè)控制系統(tǒng)，具有通信速率高、可靠性強、連接方便、性價比高等特點。由此構(gòu)成的控制器局域網(wǎng)(CAN)是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。圖52為基于CAN總線的微機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖52 基于CAN總線的微機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在圖52中，個采集機除具有為完成指定采集任務(wù)而設(shè)置的硬件模塊外，都擴展有CAN控制器82C200和CAN總線接口芯片82C250，已構(gòu)成智能化的CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。上位管理機采用PC工控機，主要完成數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示、打印、報警燈功能，為了與各采集機通信，在上位管理機中設(shè)有CAN適配帶，其主要器件仍是82C200。這樣，利用CAN總線就可以連接各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，構(gòu)成多主機控制器局域網(wǎng)。采用這樣的結(jié)構(gòu)還便于多個系統(tǒng)的構(gòu)成，構(gòu)成微機監(jiān)測網(wǎng)。 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的輸入通道微機監(jiān)測系統(tǒng)在輸入通道有兩種類型，開關(guān)量輸入通道和模擬量輸入通道。微機監(jiān)測系統(tǒng)中的開關(guān)量主要有關(guān)鍵繼電器狀態(tài)、按鈕狀態(tài)、信號機燈絲狀態(tài)等，模擬量主要有軌道電路接收端電壓、轉(zhuǎn)轍機動作電流、電纜絕緣電阻等。 開關(guān)量輸入通道開關(guān)量輸入通道是將具有兩態(tài)開關(guān)或高低形式的電平信號，變換成計算機能夠接受的數(shù)字信號。通道一般具有隔離、整形和消除因接點抖動而產(chǎn)生的錯誤信號的能力。當(dāng)監(jiān)測的開關(guān)數(shù)量較多時，可將消除抖動干擾的功能有軟件完成。一般情況下，一個開關(guān)量對應(yīng)接口中數(shù)據(jù)寄存器的一位（1bit），在接點數(shù)量較大而且集中的情況下，如電氣集中控制臺按鈕、關(guān)鍵繼電器狀態(tài)等，這時，可將這些開關(guān)量以矩陣方式連接，以達(dá)到節(jié)省電路的目的，形成電平信號的電路有多種方案，圖53是用光電耦合器構(gòu)成的信號形成電路。光電耦合器的輸入側(cè)由外部電源供電，被檢測的節(jié)點串接在輸入電路中以控制耦合器的發(fā)光二極管的導(dǎo)通和截止，從而使耦合器輸出高電壓發(fā)生高低變化。由于電—光—電的變換，一方面使外部電源與微機電源隔離開來，另一方面外部電路上的較弱的干擾信號不致在接點斷開時激勵二極管發(fā)光，從而起到抗干擾作用。圖中輸入電路上接有R1和C，用于消除接點抖動所形成的錯誤信號。圖53 電平信號形成電路當(dāng)被檢測的開關(guān)量很多時，為了節(jié)省接口電路，可采用多路開關(guān)按分時控制方式將多路通道共用一個接口的方法，圖54就是一個例子。圖中先將開關(guān)信號存到寄存器中，然后每個寄存器中的數(shù)據(jù)在多路開關(guān)的控制下分時送到接口電路中。圖54 多通道接口電路 模擬量輸入通道微機監(jiān)測系統(tǒng)中的模擬量一般為電量，如電壓、電流、電阻等。若對一些非電的物理量進(jìn)行監(jiān)測時，首先必須采用相應(yīng)的變換器件（傳感器），把非電量變換成電量。之后，再對該電信號進(jìn)行處理、采樣、量化和編碼，形成數(shù)字信號供計算機采用。圖55就是一個典型的模擬量輸入通道框圖。其中包括信號處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D等。信號處理部分可能包括對模擬信號的放大、濾波、衰減、阻抗匹配、電平交換、非線性以及電流/電壓變換等。在一個具體系統(tǒng)中，根據(jù)實際情況需對上述內(nèi)容進(jìn)行選擇。圖55 模擬量輸入通道框圖在通道中設(shè)置多路轉(zhuǎn)換器的目的是使多個模擬量信號源共用一個通道。為了保證模擬量輸入通道的精度，對模擬量多路轉(zhuǎn)換器的要求與開關(guān)的多路轉(zhuǎn)換器相比要高。理想的多路轉(zhuǎn)換器應(yīng)是開關(guān)電阻無限大，導(dǎo)通電阻無限小，而且切換速度快、噪音小、壽命長、工作穩(wěn)定。對多路轉(zhuǎn)換器可根據(jù)需要選用。當(dāng)信號源電平相差懸殊時，需將電平進(jìn)行適當(dāng)變換，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求。采用可編程放大器，調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，使A/D轉(zhuǎn)換器的信號滿量程達(dá)到均一化，以提高信號采集的精度。通道中采樣保持器的作用是在A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換的過程中，保持最大的信號幅度變化以滿足誤差的需要。當(dāng)信號變化緩慢而A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相對足夠快時，可以不采用采樣保持器。通道中的A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號變成數(shù)字信號的主要部件。目前A/D轉(zhuǎn)換器已形成集成電路，可根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)，如分辨率、量程、轉(zhuǎn)換時間、輸入邏輯電平、工作溫度范圍及基準(zhǔn)電壓等選擇。 微機監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)隨著鐵路信號朝著信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，鐵路信號的微機監(jiān)測系統(tǒng)也具有網(wǎng)路功能。根據(jù)管理、維修和工程的需求，目前的微機監(jiān)測系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分三個層次，即電務(wù)段層、領(lǐng)工區(qū)層（車間層）和車站層，這三個層次在地域上按鐵路線路和車站的位置分布，通常在幾十公里至幾百公里范圍內(nèi)。圖56是一個網(wǎng)絡(luò)化微機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖56 網(wǎng)絡(luò)化微機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖從該圖可以看出，微機監(jiān)測系統(tǒng)是一個遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)，它由電務(wù)段的計算機設(shè)備、領(lǐng)工區(qū)（車間）計算機、車站計算機和信息采集機以及連接它們的通信和網(wǎng)路設(shè)備組成。電務(wù)段層監(jiān)視計算機為信號調(diào)度管理和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。另一臺監(jiān)測計算機，為信號實驗室掌握現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及指導(dǎo)現(xiàn)場維修是使用。必要時監(jiān)視計算機還可通過段內(nèi)局域網(wǎng)增加計算機終端，或者通過其他遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)為局或更高層傳輸信息。監(jiān)視計算機可對所轄各站發(fā)布控制命令。領(lǐng)工區(qū)層（車間層）設(shè)計算機一臺，在硬件上和本站計算機共用，它通過網(wǎng)絡(luò)接收各站的監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警信息，根據(jù)需要向電務(wù)段轉(zhuǎn)發(fā)；接收段監(jiān)視機的控制命令，并向各站發(fā)布控制命令。車站層在車站設(shè)一臺計算機和多臺信息采集機，多臺信息采集機通常集中安裝在一個采集機柜中，信息采集機按功能分，由獨立微處理器控制，通電后即能自動投入運行。從技術(shù)上講，每臺采集機都是特殊設(shè)計的多對象的微處理智能測試系統(tǒng)。車站層自動完成從信息采集到處理、顯示等全過程。微機監(jiān)測網(wǎng)的電務(wù)段層的監(jiān)視機應(yīng)具有與上層網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的功能。監(jiān)視機與監(jiān)視機之間采用局域網(wǎng)連接。電務(wù)段管理機至車間機的連接采用高速Modem通過專用通道連接，滿足實時傳遞信息或調(diào)用信息的需要。車間（領(lǐng)工區(qū)）機與所轄各站機間采用星形方式連接，由于采用了星形組網(wǎng)方案，當(dāng)通過某一處故障時并不影響微機監(jiān)測系統(tǒng)的運行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。戰(zhàn)績與所轄各采集機之間采用CAN總線方式連接，在CAN方式下，采用多主方式與各采集機建立正確的通信關(guān)系，完成實時數(shù)據(jù)傳輸。這種方案能大大提高采集機與站機間的傳輸速率和抗干擾能力。微機監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化不僅使得信號設(shè)備實現(xiàn)了集中維修和集中管理，而且更重要的是它為實現(xiàn)基層綜合信息網(wǎng)尊定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。按照我國日前的鐵路運輸指揮管理系統(tǒng)，是以行車指揮為核心，站、段為基礎(chǔ)，實行站、段，路局兩級運輸管理體制?；鶎泳C合信息網(wǎng)正是運輸指揮管理系統(tǒng)中作為基礎(chǔ)的站、段信息網(wǎng)絡(luò)。顯然，這個網(wǎng)絡(luò)中必須綜合包括微機監(jiān)測系統(tǒng)在內(nèi)的各種專業(yè)系統(tǒng)。第四章 微機監(jiān)測系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 微機監(jiān)測軟件系統(tǒng)架構(gòu)該系統(tǒng)兩種軟件架構(gòu)見圖41和圖42。圖41表示每一個車站都設(shè)有一臺監(jiān)測主機，上面裝有站機程序。所有站機程序通過使用相同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議連接到電務(wù)處、電務(wù)段兩個服務(wù)器上；各家終端只連接自己的服務(wù)器。圖42表示每一個車站也都裝有一臺監(jiān)測主機，上面裝有站機程序。電務(wù)處終端要查看的各個站機送來的信息，都是經(jīng)過電務(wù)段服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給電務(wù)處服務(wù)器，然后再由電務(wù)處服務(wù)器發(fā)送到各個終端；反之，電務(wù)處終端的查詢命令也是先要經(jīng)過電務(wù)處服務(wù)器發(fā)送到電務(wù)段服務(wù)器，再由電務(wù)段服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到各個車站。圖41 微機監(jiān)測軟件架構(gòu)模式1圖42 微機監(jiān)測軟件架構(gòu)模式2上面兩種方式，都有以下一些缺點：（1）系統(tǒng)運行效果很大程度上依賴于服務(wù)器的穩(wěn)定性，服務(wù)器出現(xiàn)問題時，整個網(wǎng)絡(luò)看不到數(shù)據(jù)。（2）站機層面，所有的設(shè)備驅(qū)動都在一個程序模塊類，可重用性差。各個廠家的設(shè)備接口眾多，缺乏統(tǒng)一的接口協(xié)議，修改程序影響范圍大。（3）終端軟件調(diào)看數(shù)據(jù)如日曲線的數(shù)據(jù)量少，且功能單一。（4）與其他既有系統(tǒng)，如電務(wù)信息管理系統(tǒng)CSMIS的交互不方便，采用數(shù)據(jù)庫交互的方式效率較低。（5）與信號專家診斷系統(tǒng)的交互不方便，采用socket通信的方式較為麻煩。 面向?qū)ο蟮慕M件技術(shù)與問題這里的組件技術(shù)是指微軟公司提出的COM/DCOM技術(shù)。COM（組件對象模型）是一種以組件為架構(gòu)單元的對象模型，這種模型使系統(tǒng)中各個組件能夠以二進(jìn)制接口的方式進(jìn)行交互。該模型具有3個特性：語言無關(guān)性、進(jìn)程透明性和可重用性。DCOM（分布式組件對象模型）是COM的無縫擴展，它支持不同計算機上的組件對象與客戶對象之間的相互通信。對于客戶程序而言，這些組件程序所在的位置是透明的，編程人員不用考慮不同機器上程序之間的通信的具體細(xì)節(jié)，而是關(guān)注于系統(tǒng)業(yè)務(wù)本身的實現(xiàn)上。有了組件技術(shù)，就可以將一些可重用模塊如微機聯(lián)鎖、智能電源屏等I/O驅(qū)動程序做成組件，然后在這些組件的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有微機監(jiān)測軟件系統(tǒng)進(jìn)行重新架構(gòu)。 基于COM/DCOM的微機監(jiān)測軟件架構(gòu)采用組件技術(shù)后，微機監(jiān)測軟件系統(tǒng)是用戶界面交互程序和實時值、日報表等模塊以及各個I/O驅(qū)動模塊。在基于組件的微機監(jiān)測軟件架構(gòu)里，服務(wù)器程序可以不用，以前的終端程序也就相當(dāng)于一個用戶界面程序去連接遠(yuǎn)端的硬件I/O驅(qū)動模塊。具體的模塊劃分和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)鎖、智能電源屏等I/O驅(qū)動模塊位于軟件系統(tǒng)的最低層，所有這些模塊和CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊CanModuleEx（通過CAN協(xié)議收集軌道電壓、絕緣漏流、道岔電流等數(shù)據(jù)）組成一個軟件虛擬層，這個虛擬軟件層由許多組件組成。這些組件對外提供接口，通過這些接口，就可以獲取緩存在這些組件中的數(shù)據(jù)。另外，對數(shù)據(jù)的處理過程如報警、實時值、日報表等也可以編寫成獨立模塊，這樣可以針對不同的應(yīng)用場合使用不同的模塊。模塊與模塊之間則是采用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，交互的接口使用自定義結(jié)構(gòu)體。對于在有多個微機監(jiān)測廠商的環(huán)境里，如電務(wù)段里往往會有多個廠商的軟件和設(shè)備，在新的軟件架構(gòu)下就不需要另外再設(shè)立各自的服務(wù)器，而是只要將用戶界面主程序直接連接到相應(yīng)的車站機中的相應(yīng)的I/O模塊即可。重新架構(gòu)后的微機監(jiān)測軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖43所示。圖43 微機監(jiān)測軟件架構(gòu)圖 多線程與組件的關(guān)系由于微機監(jiān)測軟件系統(tǒng)采用了MFC多線程方式實現(xiàn)，因此不可避免的牽涉到多線程調(diào)用組件的問題。在本軟件中，我們使用了STA（單線程套間）啟動線程，同時通過列集和散集將COM對象的指針傳遞到各個線程。 微機監(jiān)測采用組件技術(shù)的難點鐵路上對信號設(shè)備的監(jiān)測具有采集點眾多，數(shù)據(jù)量較大，各個模塊之間關(guān)聯(lián)緊密，實時性要求高等特點。微機監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)了10多年，鐵路內(nèi)有數(shù)千個微機監(jiān)測系統(tǒng)使用的都是老的系統(tǒng)架構(gòu)，在這基礎(chǔ)上又有一系列應(yīng)用層通信協(xié)議，而且每個微機監(jiān)測廠家又有自己的一些特色功能，這些都使得微機監(jiān)測的功能變得比較復(fù)雜。 微機監(jiān)測軟件使用組件技術(shù)的優(yōu)勢與不利采用組件技術(shù)的優(yōu)勢：（1）所有的驅(qū)動程序都被獨立出來，如同在硬件層之上行成一個與硬件無關(guān)的虛擬層，在此基礎(chǔ)上可以形成統(tǒng)一接口協(xié)議。（2）由于這些組件繼承了自動化接口ID ispatch，因此可以采用ASP或者JSP進(jìn)行編程，通過Web界面與微機監(jiān)測系統(tǒng)交互。（3）一定程度上增強程序的穩(wěn)定性，因為當(dāng)出現(xiàn)異常時，可以隔離到個別模塊，其他模塊仍然可以照常運行，從而增強軟件系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。（4）更容易添加擴展功能，如信號故障診斷分析等。（5）可以不用專門的終端軟件，甚至服務(wù)器軟件。（6）再需要下載配置庫，因此站機配置的改變會實時反映出來。采用組件技術(shù)的不利之處：（1）軟件開發(fā)和運行環(huán)境的配置較為復(fù)雜，軟件調(diào)試不如以前方便。（2）網(wǎng)絡(luò)中各個主機須有相同的用戶名和密碼，或者需要配置網(wǎng)絡(luò)的工作域。第五章 微機監(jiān)測系統(tǒng)對信號設(shè)備的監(jiān)測 道岔監(jiān)測監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)換全過程中電動轉(zhuǎn)轍機動作、故障電流、動作時間，采用隨機測試方式。采樣速率不大于40ms。 道岔動作電流監(jiān)測通過對道岔動作電流的實時監(jiān)測，可分析判斷道岔轉(zhuǎn)轍機的電氣德行、時間特性和機械特性。直流電動轉(zhuǎn)轍機在分線盤或組曲動作電流回線，三相交流電動轉(zhuǎn)轍機在組合后面選取A、B、C三相動作線。采用開口式道岔動作電流采樣模塊，利用霍爾原理獲得采樣電流。直流采樣模塊主要用于ZD6型電動轉(zhuǎn)轍機動作電流隔離采樣。模塊為開口模塊，中間為穿線孔，穿線有方向性。直流采樣模塊可用環(huán)氧樹脂全封閉封裝后，分散直接安裝在道岔組合后面；亦可以集中放置在道岔傳感器箱內(nèi)，每箱容納16組道岔傳感器模塊。傳感器箱安裝在分線盤附近的墻上。三相交流采樣模塊主要用于提速道岔三相交流電動轉(zhuǎn)轍機動作電流隔離采樣，穿線無方向性。三相交流采樣模塊為分散安裝，將模塊用樹脂全封閉就近安裝在提速組合里，斷相保護(hù)器DBQ后面。A、B、C三相動作線分別對應(yīng)穿入3個孔。三相交流采樣模塊如圖51所示。圖51 三相交流采集模塊三相交流采集模塊采集到三相電動轉(zhuǎn)轍機動作電流后，每相采樣電流都會經(jīng)過放大、整流、再放大，轉(zhuǎn)換成三路a、b、c（分別對應(yīng)三相A、B、C）動作電流的0~5V直流標(biāo)準(zhǔn)電壓，送入道岔采集機模擬量輸入板，分別經(jīng)過選通至CPU進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量暫存采集機，當(dāng)站機索要數(shù)據(jù)時再將完整的電流曲線數(shù)據(jù)送至站機。 道岔定位/反位表示監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測道岔定位/反位表示燈電路的繼電器接通條件，記錄道岔位置、描繪站場狀態(tài)。由于是