JHD型铁路道岔设备转换综合监测系统
技术条件
一、系统原理
系统主要由缺口监测、阻力监测、振动监测、站场全景图像等四部分组成。
1.1 缺口监测原理与方法
1.1.1 监测原理
针对电动转辙机（S700K、ZD6）和液压机ZYJ7表示杆缺口偏移量的自动检测，我们选用非接触的图像模式智能识别原理，即通过灰度分析、消噪处理、特征提取、目标锁定和数据量化等软件处理环节，完成对图像内容的测量、超限预警。
该图像区域可支持分辨
0.03mm像素，满足测量精度达到±0.1mm。
1.1.2 监测方法
具体方法是通过红外摄像装置，采集缺口正面图像信息，在备用信号电缆上采用特有低带宽传输技术长距离传输全动态音视频信息至车站控制室主机，利用特有的图像自动设别和测量技术，得到缺口偏移量数据，存储、统计并超限告警；利用全动态音视频信息可观测道岔转换全过程和列车通过时转辙机内表示杆晃动状态与声响。
以此实现缺口监测的直观、可视和准确，并大幅减少误报警。
1.2 阻力监测原理与方法
1.2.1 电气参数和转换阻力的相关性
道岔转换过程是由电动转辙机克服道岔转换阻力做功的结果，可以确定电动转辙机的电气参数与道岔转换阻力有一定的相关关系，实时检测电动转辙机的电气参数是实时检测道岔转换阻力的一种途径。
电动转辙机的电气参数与道岔转换阻力的相关关系，通过测量、分析、验证来确定。
检测系统原理框图如下：
1.2.2 电气参数和输出力矩的函数关系
通过测量得到的电动转辙机电气参数（电压、电流、功率因数等），经换算后可得到电动转辙机的输出力。
具体表达式如下：
F=(P
i -(P
Fe
+P
m
+P
s
))*K
其中，F为输出力；
P
i
为电机的输入功率；
P
Fe
为电机铁损；
P
m 为机械损耗；
P
为杂散损耗；
s
K为系数。
根据三相电机工作特性，通过实测阻力—功率因数数据，功率因数数值范围在15%~50%内，与电机输出力矩均为正相关关系。
1.2.3 监测方法
为真正消除远距离电缆与接点电阻随电压、电流、温度等多项参数变化对电机输出力矩的影响，并准确采集重要参数功率因数，免除繁琐的每机定标工作，具体采用在转辙机旁电机端采集电参数并直接输入阻力模块（采用专用电参数采集芯片与ARM单片机）分机，该分机将数据存储并以CAN总线直接上传（接入缺口CAN总线），分机具体安装于转辙机旁HZ盒内，电流互感器穿芯于信号线，电压互感器经隔离并接于信号端子，电源与CAN输出口并接缺口模块相应端子。
经主机程序计算，并比对阻力—功率因数数据，可得出道岔转换阻力曲线。
1.3 振动监测原理方法
针对道岔转辙机承受低频大振幅和高频小振幅的振动监测，采用在转辙机上加装固定低频响应好（0.5HZ起）的微型加速度传感器，并选高速高精度A/D转换芯片，实时存储并以CAN总线实时上传。
采集模块可安装于机旁专用盒内。
但考虑成本因素，以便携移动式采集更能体现性价比和实用性。
1.4 全景图像监控方法
在车站两端咽喉区附近信号机杆上架设云台型变倍摄像机，将全景图像信号通过视频与控制电缆引入专用XB集中箱，经视频服务器，以DSL方式或光端机方式引入机房主机网口，在主机端可控制摄像机云台和变焦，并保存图像。
二、系统结构框图
系统由各个缺口与振动采集模块、阻力采集模块、集中传输设备、主控系统组成，如图2.1所示。
图2.1 系统结构示意图
三、工作流程
1.各个室外缺口采集模块通过每台转辙机的微型摄像装置取得相应的缺口区域的图像数据，
按主控系统指令，分时间经由备用电缆上传至室内主控系统。
2.每次每台道岔的扳动，均独立触发阻力采集模块的相应单元动作，完成相应电参数的采集、
转换、计算与保存，再上传至主控系统。
3.每次每台道岔扳动完成后，均启动相应道岔缺口音视频采集，并即时上传至室内主机。
4.列车通过时,需人工现场采集振动数据，由便携电脑计算得出相应数据与曲线。
该数据拷
入系统存储供统计分析。
5.主控系统可直接监视查看每台转辙机缺口动态音视频,对道岔板动全程及列车通过时均可
实时查看。
6.主控系统通过系统软件，将所接收的缺口图像、全景图像、原始转换力矩数据、信号设备
开关量信号及室外温湿度数据分别进行识别、运算、存储，同时显示各种图像与曲线，如
超限立即告警（语音、短信），并输出相应控制命令。
自动生成各类统计数据供分析。
7.远程管理终端可登录各站机，可直接操作站机各项功能，并可远程查看站内各道岔缺口动
态图像、缺口和阻力数据及站场全景图像。
四、系统程序(上位机-软件)
主控系统程序采用Visual C++进行开发，主要由数据配置模块、设备管理模块、用户管理模块、数据采集和处理模块、查询统计分析模块、告警记录和处理模块、参数设置模块、音视频文件播放
图2.2 主控系统程序(上位机-软件)组成示意图
五、与微机监测系统的接口
根据铁道部运输局2006年8月31日印发的《信号微机监测系统技术条件（暂行）》6.1.3和 6.3的要求，本系统的量化数据（缺口值及其缺口偏移量、阻力曲线相关数据）可通过RS-485/RS-422/CAN接入微机监测系统，对于本系统的大容量数据（缺口JPG静态图片、缺口扳动录象数据、缺口实时动态图象）建议采用具有隔离措施的TCP/IP方式接入微机监测系统，实现与微机监测系统的数据共享。
六、系统技术指标
3.1 缺口图像分辨率：0.03mm
3.2 缺口偏移采集精度：±0.1mm 预警值任意设置
3.3 转换阻力采集精度：±5% 预警值任意设置
3.4 转换阻力采集范围：0~10000N 预警值任意设置
3.5 振动加速度采集范围：0~500m/s2 频率响应：0.5~5000HZ
3.6 信号传输距离（电缆）：≤2.5km (1.0mm线径)
3.7 动态图像传输码流：100kbps
3.8 检测速率：5秒∕每转辙机
3.9 工作电源：交流185V~245V
3.10 工作温度: 室内主机0~40℃室外分机-30~70℃
3.11 相对湿度：室内主机20~90% 室外分机≤95%
3.12 工作功耗：室内主机350W 缺口分机3W 阻力分机1.5W
七、系统技术创新性、先进性、实用性
4.1 采用模式识别技术，对铁路电动转辙机（S700K、ZD6、ZYJ7）正面缺口图像自动识别测量，可智能判断缺口处于何种状态，所测量缺口偏移量误差小于0.1mm。
4.2 采用低带宽传输技术（CAN总线加DSL组合）长距离（2Km）传输缺口动态音视频信息。
实现以普通备用信号电缆达到2Km传输8帧/秒，CIF分辨率的音视频流，基本满足图像智能识别测量判断和人工观测记录的要求。
4.3 采用在转辙机旁现场实时采集电机电参数（电压、电流、功率、功率因数）的方法计算电动转辙机转换阻力，此参数数据免除繁琐现场定标，消除远距离电缆与接点电阻随机房电压、电流、功率、环境温度、电机工作状态等综合因数变化对电机输出力矩影响，阻力最大误差小于%5或100N；所测功率因数数据可判定多机牵引道岔每转辙机的被动输出力矩的程度。
4.4 除全景图象监控外，新增加了对转辙机的振动加速度数据测量，以监测该组道岔的受振状态是否正常，增强系统的综合监测性能。
上海铁路局电务处
杭州慧景科技有限公司
2010年7月。