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1、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
2、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
3、、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
4、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：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
5、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：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
6、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。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
7、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。 开关量采集机结构示意图 四. CPU板的构成及数据处理流程CAN通信片程序片存
8、储片CPU1. 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
9、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。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
10、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.D12 1= SFBD-L, 0, 128, 0, 19, 2= SJBD-U, 1, 128, 0, 19, 3= SJBD-H, 2, 128, 0, 19, 4= SJBD-L, 3,
11、 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,STAJ 15= SYA-B, 1
12、4, 00, 0, 19, 16= IIBG-H, 15, 01, 0, 19, 17= IIBG-B, 16, 128, 0, 19, 18= SLA-L, 17, 03, 0, 19,SLAJ 19= D2A-B, 18, 03, 0, 19,D2AJ 20= 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,SNTAJ 25= SNYA-B, 24, 00, 0, 19, 26= SNLA-L, 25, 03, 0, 19,SNLAJ 27= XDZA-B, 26, 03, 0, 19,XDZAJ 28= 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=
