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ZPW-2000A轨道电路监测系统的设计探讨

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：高骏

[导读] 摘要：近年来轨道交通网建设速度越来越快，轨道交通网发展同时也加快了相应轨道电路设备的运用，ZPW-2000A轨道电路属于近年来投入使用较多的设备之一，该设备可以确保铁路安全稳定运行，加强对其监测系统的设计探讨对于保证轨道铁路安全具有深远意义。

        中国铁路北京局集团有限公司天津电务段天津市 300014
        摘要：近年来轨道交通网建设速度越来越快，轨道交通网发展同时也加快了相应轨道电路设备的运用，ZPW-2000A轨道电路属于近年来投入使用较多的设备之一，该设备可以确保铁路安全稳定运行，加强对其监测系统的设计探讨对于保证轨道铁路安全具有深远意义。本文分析一种ZPW-2000A轨道电路监测系统的设计，希望可以起到一定借鉴意义。
        关键词：电路；ZPW-2000A；轨道；监测系统
        铁路轨道电路属于铁路信号联锁的重要设备（室外），对于铁路轨道上运行的列车调车、行车等具有重要的保护作用，可以进一步保证铁路安全。通过铁路轨道电路可以监督与检查轨道的实际情况，避免办理进路出现错误，确保行程安全。故确保轨道电路本身的安全与正常十分必要，设计一个完善的监测系统，对ZPW-2000A轨道电路运行情况进行监控，确保电路可正常运行。
        1.系统通用函数设计
        设计的ZPW-2000A轨道电路监测系统可以对轨道电路实际运行情况进行监测，为了实现可自动化监测，在系统设计上运用通用函数，使得系统可以通过函数完成轨道电路监测操作。设所有需要采集的ZPW-2000A轨道电路变量为x，则系统中需要采集的所有变量值可能是x1、x2、……、xn，将其所对应的概率值用p表示，则p值可能是p1、p2、……、pn，依据概率与变量之间存在的一定关系，则可以生成函数式子（1-1）。

        式中 pi值为1，系统中各个部件的具体数学模型用μ（z）表示，该数学模型主要用来对系统中各个部件具体工作分布存在的不确定性进行描述。通过式子（1-1）可得到诸多项数式子，来更细致分析不同对应函数的具体概率质量函数，定义所需要的任意组合算子⊕f。
        并联系统对应组合算子可以用如下（1-2）式子表示：

        串联系统对应组合算子可以用如下（1-3）式子表示：

        2.ZPW-2000A监测系统软件设计
        设计该电路检测系统主要软件组成部分包括显示程序、AD转换程序、等。监测系统主要软件应用过程为轨道ZPW-2000A电路输出/输入的电路经过信号放大器之后，送入AD转换模块，在相应处理程序控制下完成不同模块之间的相互转换，之后再通过显示程序将输入电路处理结果显示出来，如果ZPW-2000A电路输入或者输出电路存在异常，系统便进行警报[1]。该监测系统整体软件设计主要采用模块化设计方法，应用C语言进行编程设计，开发环境为Keil C。
        2.1 AD转换程序设计
        该ZPW-2000A电路监测系统转换模块则主要采用I2C总线通信方式，之后将转换模块与处理模块利用I0口与SCL（时钟线）、SDA（数据线）进行连接，单片机则可以通过连接实现I0口到I2C模拟。转换程序的主要AD转换过程为选取ZPW-2000A电路器件—选择通道—实际转换。首先，器件选取。器件选取由模块可编程与非编程部分一同控制，通过芯片上相应的地址端口实现相应器件地选择，且通过相关I2C协议可以准确选择相应器件地址，确保监测系统整体质量。其次，通道选择。由控制位确定所要选择通道。再次，实际转换。当转换模块收到有效的模式地址之后，在相应时钟脉冲配合下，被接入的电压（通道）会被转移成相对应的8位二进制码，存储到相应的数据寄存器中，之后单片机对存储的二进制码进行处理。
        2.2处理程序
        该ZPW-2000A电路监测系统处理程序主要过程为串口初始化过程—二进制码处理过程—相关数据显示—发送数据处理结果。其中串口初始化过程开始是在相应定时器控制下进行的，提前设置好相应的串口初始化定时器相对应初始化设置，之后定时器自动运行控制。单片机可以显示读取的相对应二进制码，并将二进制码处理结果字符串送入检测系统相对应缓冲区，最终完成发送操作。
        3.ZPW-2000A监测系统硬件设计
        为了使得整个监测系统可以对ZPW-2000A电路具有一个准确全面的判断，该监测系统在设计上从通信电路、显示电路、单片机电路、模数转换电路、信号放大电路等方面进行了全面的硬件设计，以确保系统可以对整个ZPW-2000A电路进行有效监测，每一个电路具体硬件设计情况如下。
        3.1通信电路
        通常铁路轨道ZPW-2000A电路监测的节点比较多，且监测的节点相对距离也比较远，而在实际监测过程中又必须确保每一个节点皆可以实现数据的通信功能，故相关技术人员在设计通信电路时对电路接口进行优化设计[2]。通过比对不同类型的通信接口，结合ZPW-2000A电路实际需要最终确定使用RS485作为主要通信电路通信接口，为长距离信息传输提供基本保障。
        3.2显示电路
        显示电路即表示监测系统的显示部分，可以将ZPW-2000A电路监测结果通过相应的显示设备显示出来，方便相关技术准确及时掌握所监测的电路实际情况，及时制定相应的电路故障处理或者日常维护方案，为电路正常运行提供有力保障。根据系统检测需要，显示模块选择使用液晶LCD12864显示模块，并采用串行连接方式，有效节省端口资源。
        3.3单片机电路
        在单片机电路选择上技术人员充分考量了运行速度、抗干扰能力、输入接口、功耗等问题，最终确定核心处理模块选择为stc125a60s2。此种核心处理模块具备支持ISP/IAP下载、运行速度快、抗干扰强、输出/输入接口方便且多、功能丰富等特点，可以满足ZPW-2000A电路监测系统实际使用需要。
        3.4模数转换电路
        在该ZPW-2000A电路监测系统设计上，为了使得模拟信号与放大电路的相关电压可以通过单片机处理，设计人员使用了模数转换设计，使得系统之中电压与模拟信号可以根据系统需要进行转换。该系统中使用的模拟转换电路模块主要为PCF8591，采用I2C总线通信串行连接方式，并采用4通道模拟输入，具备允许接入、地址编程等功能。
        3.5信号放大电路
        根据铁路轨道实际情况，需要对ZPW-2000A电路输出/输入的电压进行扩大，以便于满足实际电路使用需要，确保电路运行正常。在放大电路选择上主要使用LM358组成的放大电路，从IN端子将输入电压输入，之后电压通过放大器扩大到电路需要的倍数，满足相应处理精度要求[3]。
        结束语
        综上所述，ZPW-2000A轨道电路监测系统的设计需要结合电路实际情况，之后先设计相应的通用函数，再分别对软件与硬件进行设计，最终完成全部检测系统设计。上述设计的ZPW-2000A轨道电路监测系统经过测试，效果较好，可以准确真实反映ZPW-2000A轨道电路具体情况，具有很好的推广价值。
        参考文献：
        [1]陈姝姝，田慕琴，宋建成.基于PSE-ANFIS的ZPW-2000A轨道电路故障诊断方法[J].太原理工大学学报，2018，（06）：98-102.