严寒地区高速铁路防灾系统模拟检测装置的设计

2015-09-14张明杰曾祥东

中国新技术新产品 2015年4期

张明杰范宇曾祥东

（沈阳铁路局科学技术研究所，辽宁沈阳 110013）

1 引言

高速铁路防灾安全监控系统（简称防灾系统）作为高速铁路安全保障的一部分，在高速铁路的行车保障体系中起着重要的作用，是高速铁路在线实时监测自然灾害的安全保障系统，主要针对大风、暴雨、暴雪、异物侵限、地震等自然灾害，能够产生及时的报警提示并具有安全限速功能，为高速铁路列车的运行提供安全保障作用。

我国新建高速铁路均设计安装了防灾安全监测系统，但是与之相配套的故障检测及分析技术的研究却相对滞后，也就是说目前没有足够的测试设备和技术手段来确定正在运行的防灾安全监控系统是否能够准确的监测现场情况，及时发出预警和报警信息，进而正确启动相应的行车管制预案。因此研究高速铁路防灾安全监测系统的故障检测及分析技术非常必要和迫切。通过对防灾安全监控系统的故障检测，验证系统是否达到相关技术条件要求，考核系统信息是否及时准确，确认系统功能是否满足运用要求。进而根据检测结果对系统进行优化调整，使其更好服务于高铁安全运行的保障。

2 高铁防灾系统模拟检测装置技术方案

针对上述问题，并结合高铁防灾系统监测实时性的特点，我们采用了动态测试方法及模拟测试技术，模拟风、雨、雪等传感器的信号输出，观察监控终端的显示情况，与预期效果相比较，判断高铁防灾系统的功能是否正常，实现系统的在线检测。这种方法能直接地对高铁防灾系统的多方面性能进行测试和验证，从而完成对高铁防灾系统的准确性、稳定性和可靠性测试。

图1 高铁防灾系统模拟测试装置原理图

高铁防灾系统模拟检测装置按体系划分可分为风子系统、雨子系统、雪子系统、异物侵限子系统（地震子系统暂时未投入使用）四个单元，我们对每个子系统分别进行前端传感器部分以及后端监控单元至监控终端部分的检测，即对传感器进行数据采集，检验传感器性能是否稳定、状态是否正常、数据是否准确；对后端设备及链路进行测试，模拟传感器数据，在监控单元进行数据上传，观察调度监控终端的相关信息和报警提示，与预期的结果做比较分析，从而验证监控单元至监控终端的后端设备及链路的性能，判断网络是否正常、设备是否稳定、运算是否准确。

3 高铁防灾系统接口条件介绍

3.1 防灾系统与运行调度系统接口

通过调度所设置的通信服务器实现与列调系统的接口，通过列车运行调度系统采用TCP/IP协议，10M/100Mbps以太网接口联接，为相关业务调度台提供报警、预警信息。

3.2 异物侵限现场监测设备与列控系统接口

异物侵限现场监测设备接入的防灾接入点监控单元处与信号列控中心系统之间采用继电器接口电路，通过PTYL23 12芯信号电缆连接至列控中心室外分线盘进线侧，实现防灾异物侵限系统与列控系统的联动控制。

3.3 防灾系统与其他线路防灾监控系统的接口

具有与相邻客运专线防灾系统交换信息的功能，并预留与未来其他相邻客运专线防灾系统交换信息的功能，采用TCP/IP通讯方式实现防灾系统间的互联互通。

4 高铁防灾系统模拟检测装置工作原理

高铁防灾系统模拟测试装置主要由主控电路、电源电路、USB接口电路、数据采集电路、信号输出电路、键盘电路和显示电路组成。其原理图如图1所示。

电源电路主要由锂电池组、稳压保护电路等组成。电源电路为模拟测试装置的主控电路、信号输出电路、键盘和显示电路提供电源供给，电源电路具有不仅具有滤波功能，还提供外部充电的过压和过流保护功能。

为了便于操作，模拟测试装置的键盘和显示电路采用了触摸显示屏，主要由驱动电路板和显示屏幕组成。触摸显示屏采用电容屏幕，是触摸操作和信息显示单元，触摸屏幕可以代替键盘操作多种控件传递控制指令，从而实现参数设置和测试操作等功能，使人机交互界面更加友好。

数据采集电路主要由通信电路、信号转换电路组成。数据采集电路采集风、雨、雪传感器的监测数据，并传送至主控电路进行运算和处理，从而实现风、雨、雪传感器的性能检测，判断传感器是否工作正常。

信号输出电路主要由通信电路、隔离保护电路组成。信号输出电路按要求模拟风、雨、雪传感器的数据输出，通过监控单元将数据上传，观察调度监控终端的信息显示和报警提示，以实现风速模拟测试、雨量模拟测试、雪深模拟测试和异物侵限模拟测试。

USB接口电路是计算机和外围设备连接的最常用，也是最方便的总线接口，它支持热插拔和即插即用，应用灵活，易于升级，全速率传输可达12Mb/s。USB接口电路主要完成上位计算机和模拟测试装置交换数据的任务。

主控电路是模拟测试装置的核心工作单元，电路硬件设计基于开放性的原则，以嵌入式系统为核心的，该系统具有丰富的硬件资源，选用三星S3C2440A处理器，32位ARM920T内核，标称工作频率为400MHz；配备64M的Flash存储器与64M的SDRAM存储器，保证了足够快的存储速度。选用了7寸的触摸显示屏，视觉效果良好，触摸操作方便实用。主控电路主要完成传感器数据采集、数据运算、触摸操作控制、屏幕信息显示、信号生成与输出。