郭志伟
中国石油化工股份有限公司洛阳分公司 河南 洛阳 471012
摘 要：随着全电子计算机联锁控制系统在企业铁路车站、地方铁路货运专用线的广泛应用，集控制、监督和监测为一体的全电子执行单元取代传统的继电器执行单元成为必然趋势。针对目前企业信号设备维修人员获取全电子执行模块故障信息不方便、时效性差的缺点，提出了一种基于GPRS无线通信的故障信息报警装置，该装置充分利用现有的监控机来对全电子执行单元和信号设备的状态信息进行采集，作为一种对现有的故障监测技术的扩展，具有一定的应用价值。
关键词：计算机联锁；GPRS；故障报警
1 引言
公司铁路专用线设有工业站和装卸站两个车站，工业站安装四台执行机单元柜，装卸站安装两台执行机单元柜，两站间采用一套联锁机，站间通信采用两对单模光纤和两对光端机（双机热备）实现区域控制计算机联锁。系统的投入使用保证了行车安全，提高了铁路运输效率。但是因铁路专用线线长、点多、面广，造成维修人员不能及时获取故障信息，耽误故障处理，影响生产作业正常进行。本文提出了一种基于GPRS无线网络通信技术的全电子执行模块故障报警装置的设计方案，通过内置GPRS无线通信模块，以短信的形式将模块故障信息传输给相关管理人员及设备维修人员。
2 全电子计算机联锁系统组成及原理
车站联锁机采用的是LDJL-II型全电子区域计算机联锁系统，该系统由监控机、联锁机、全电子执行单元和监测维修机等组成。
全电子执行单元通过两路CAN总线与联锁机进行信息交换，它内部集成了模拟量监测电路，能够对电子执行单元自身和车站现场信号设备进行实时的监测，当监测到故障信息时，通过两路CAN总线将故障信息传送到联锁计算机，后经由双路工业以太网将故障信息送到监控机，同时维修监测机通过监测CAN总线采集执行单元和信号设备的状态信息，从而达到对电子模块（信号、道岔、轨道、场联等模块）故障信息的采集。
3 故障报警系统设计
3.1 故障报警系统结构
系统设计原理是在不改变原有联锁系统体系的前提下，通过RS232总线将监控机收到的故障信息传递到数据处理单元，在通过GPRS无线网络以短信的方式发送给相关管理及维修人员。系统主要由数据采集单元、数据处理单元、GPRS数据发送单元和用户端组成，系统组成框图如图1所示。
图1 系统组成框图
3.2 系统硬件设计
数据处理单元是系统的重点部分，要求能在各种条件下与监控机建立连接，通过RS232串口采集到数据并进行分析和提取，驱动GPRS模块进行信息发送。
（1）微处理器的选择。数据处理单元微处理器考虑到运行速度及所选用器件技术的成熟性和可靠性，兼顾经济成本的理念，选用的是ATMEL公司的ATmega128单片机，与8051系列单片机相比，AVR单片机在效率、速度及指令格式上具有明显优势，最重要的是它有64引脚TQFP封装和64引脚MLF封装两种选择，同又有53个可编程I/O口，尤其是在系统的信息处理单元扩展了很多外部设备的情况下，对I/O口的需求量加大，这样ATmega128完全可以满足系统的需求。
（2）GPRS模块的选择。GPRS通信过程需要采用TCP或UDP方式进行数据传输，需要具备TCP/IP协议栈，系统选择一款国产双频的GSM/GPRS无线通信模块M590，模块提供短信、数据业务等功能，内嵌TCP/IP协议栈，其工作电压为3.3V～4.8V，工作电流为210mA，待机电流为2.5mA，瞬间最大电流为2A。
（3）RS232串口通信的实现。由于计算机配置的是RS232标准串行接口，而单片机输入、输出电平为TTL电平，使用MAX232作为单片机和计算机间的串口通信电平转换芯片。
（4）液晶显示屏的选择。在系统设计研究阶段，为便于系统测试及程序调试，选用FYD12864液晶显示模块作为显示器。
在系统设计方案中，使用单片机芯片的PE0和PE1引脚连接GPRS模块，通过串口方式向GPRS模块传输数据及控制GPRS模块发送信息；单片机PD2、PD3引脚接MAX232，驱动RS232通信串口，实现与监控机的通信；FYD12864与ATmega128单片机的连接采用并行连接，8位数据接口DB0～DB7与单片机的PB口(PB0～PB7)分别连接，控制线RS(CS)、R/W(STD)、E(SCLK)分别与单片机的PA4、PA5、PA7相连。
3.3 系统软件设计
系统的软件设计在AVR Studio环境下进行，采用ICCAVR编译器，编译语言为C语言，软件的整体设计采用模块化程序设计，便于系统的调试和维护，可以提高系统的可靠性，缩短系统软件开发的周期。整体分为主控制程序、数据采集程序、GPRS通信程序及其它外围模块软件设计，系统软件设计流程图如图2所示。
图2 系统软件设计流程图
装置上电后，首先硬件进行初始化，ATmega128芯片的定时器、I/O引脚及串行通信接口进行初始化，然后再对M590 GPRS模块进行初始化，并检测入网状态；如果连接正常则进入监测状态，有数据从监控机传输过来时，主控制器驱动GPRS模块建立网络连接，通过无线网将信息以短信形式发送到用户端。
4 结束语
本文提出的基于GPRS的全电子执行模块故障报警装置，在实际应用中具有成本低、安装方便、操作简单、易于推广的特点。此设计仅考虑了让维修人员及时接收到故障信息，因此只实现了发送故障信息的功能，并未实现用户端主动查询功能。随着科技的进步和智能化工厂的建设，可在此设计思路上进一步开发手持便携式报警接收装置，或者手机客户端APP，与监控机建立无线通信，在手持端实现直接查询设备报警信息、工作状态参数以及设备的电流、电压变化曲线等功能。
参考文献：
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