1引言

道岔作為鐵路線上的重要設備，其設備的狀態直接關系到列車的運行安全，通過轉轍機動作電流監測，可有效的分析道岔的運行狀態，為設備的維護和檢修提供依據，以確保設備的完好和列車行駛安全。

轉轍機是道岔的驅動設備，轉轍機的動作電流直接反應道岔的動作阻力。因此，在轉轍機動作過程中，通過對其動作電流的采集和分析，了解道岔的工作狀態，及時發現設備故障隱患。對道岔進行狀態檢修，減少了檢修和維護對行車的影響，而且延長了設備的使用壽命，尤其是當道岔動作發生故障時及時發出報警，及時發現故障點，從而提高檢修和維護的速度及質量，對于保障列車的安全運行發揮了重要作用。

由于所采集的相關模擬量和開關量均由軌道現場返回的信號，因此，監測系統對于可靠性和抗強電沖擊-防雷特性具有很高的要求。以omron可編程控制器plc作為軌道轉轍機動作電流監測系統的采集機不僅使系統具有很高的可靠性，而且其標準的梯形圖編程語言，也提高了系統的可維護性和可擴展性。

2系統設計

系統基于omron的cs1系列plc設計。轉轍機動作電流監測系統結構如圖1所示，系統中由plc的di模塊采集與轉轍機動作過程相關的開關量，轉轍機動作電流經電流采集盒采集；通常一個站有幾十臺(道岔)轉轍機，大站甚至上百臺，每8臺轉轍機的電流信號接入一個信號切換電路，切換電路的輸出接入plc的ad轉換模塊，即每8臺轉轍機電流信號為一組，占用1個ad轉換通道。切換電路由plc的i/o模塊控制。plc的cpu模塊對所采集的電流數據進行預處理、暫存，再由模塊將數據傳輸至上位機，最終由上位機對數據進行分析、管理、顯示、報警。

圖1監測系統結構示意圖

2.1轉轍機動作電流的數據采集

圖2采集流程圖

作為隨機事件轉轍機動作電流的采集為中斷型采集過程，轉轍機的動作由一啟動繼電器控制，一啟動繼電器狀態由i/o口采集，并對所采集的數據進行分析，以判斷該時刻動作轉轍機的編號及同時有多少臺動作。轉轍機動作時通過plc相應i/o口控制信號切換電路，立即并持續采集其電流數據。圖2為轉轍機動作電流采集流程圖。由于每8臺轉轍機為一組，因此采集過程可分為以下情況：

(1)一臺轉轍機動作：此時只需將每次的采集數據依次存入該轉轍機數據區相應的一個單元即可。由于plc的ad轉換周期較長，采用非同步方式轉換時，每次需10ms，因此每個數據代表該時間段的電流，因此每個數據不僅表示電流的大小，同時也包含相應的時間特性。

(2)二臺轉轍機動作：當兼顧二臺轉轍機電流采集時，相應的采集周期延長了一倍，為保證數據的時間特性，將每次采集的數據同時存入二個單元。如圖3所示。

圖3數據存儲圖

(3)三臺轉轍機動作：與上述情況相似，將每次采集的數據同時存入三個單元。

(4)四臺轉轍機動作：若此時同時采集四臺轉轍機的動作電流，其采集周期將超出相關規定，因此，在轉轍機分組時已兼顧考慮，在同一組中四臺同時動作的概率非常低，但若發生有四臺動作時，程序中將最后動作的轉轍機屏蔽，即該轉轍機在此次動作過程中即使其他三臺轉轍機動作結束，使同時動作的臺數小于四臺，為保證過程數據的完整性不予采集。

2.2數據擬合

當轉轍機動作的臺數大于一臺時，電流數據包括有重復填寫的數據，若不對重復填寫的數據進行擬合處理，上位機依據數據繪制電流曲線圖時，將呈現馬賽克效果。因此，必須對重復填寫的數據進行擬合處理。由于plc所提供函數有限，因此，程序中只能對數據作線性擬合。以n=3時的數據為例，由于采集周期須填寫3個數據：dn1、dn2、dn3，dn-1為dn1的前一個數據，dn+1為dn3的后一個數據；分以下3種情況討論：

(1)dn1為實際采集數據，dn2、dn3為重復填寫數據；

若不作線性擬合，則：

dn1=dn2=dn3；

若作線性擬合，則：

dn2=dn1+(dn1-dn-1)；

dn3=(dn2+dn+1)/2；

(2)dn2為實際采集數據，dn1、dn3為重復填寫數據；

若作線性擬合，則：

dn1=(dn2+dn-1)/2；

dn3=(dn2+dn+1)/2；

(3)dn3為實際采集數據，dn1、dn2為重復填寫數據；

若作線性擬合，則：

dn2=dn3+(dn3-dn+1)；

dn1=(dn2+dn3)/2；

由于在進行線性擬合時應盡量依據實際采集數據，只有在采集過程中最方便對實際采集數據定位，即通過plc在對轉轍機動作電流采集過程中對相關數據進行修正。上位機程序對轉轍機數據進行分析時，著重分析持續電流的平均值及動作持續時間，因此修正的目的在于使相關曲線在外觀上更為光滑。

2.3數據緩沖區的管理

根據鐵道部相關規程，對轉轍機電流的采集持續時間和采集周期都有嚴格的規定。為了準確描述動作電流的變化全過程對電流的限制在30ms。通常單動岔的動作過程約為4秒，雙動岔的動作時間約為8秒。因此，一臺轉轍機動作一次的電流數據單動岔為400，雙動岔為800；另一方面，一個中型車站約有40臺道岔，大型車站約有100多臺道岔。若為每一臺轉轍機保留一個專屬數據緩沖區(單動岔為400個字，雙動岔為800個字)，則需要幾十“k”的數據寄存器，顯然一般的plc難以提供如此大的容量，同時也是沒有必要的，因為道岔動作的次數是有限的，同一個車站內最多只有幾臺道岔會同時動作。因此，程序中設置了一個公共數據緩沖區，緩沖區采用環形結構，由10個子緩沖區組成，(子緩沖區的數量可根據車站的規模調整)；其中每個子緩沖區占用400個字，單動岔動作時占用1個子緩沖區，雙動岔動作時則占用2個子緩沖區。子緩沖區結構如圖4所示。

圖4子緩沖區結構

其中：

r1——標志字，其中各位定義如下：

d15——數據傳輸標志，“1”表示數據為有效數據，尚未傳輸至上位機，因此不可覆蓋；“0”表示數據已傳輸至上位機，可以覆蓋。

d14——道岔類型標志，“0”表示單動岔，該子緩沖區包括400個字；“1”表示雙動岔，該子緩沖區包括800個字；為下一個子緩沖區定義首地址以及向上位機傳輸數據時提供數據長度標志。

d13——道岔的“定-反”位標志，即道岔所處位置；“0”表示“定位”，“1”表示“反位”。

d11-d0——定義轉轍機編號。

r2——轉轍機動作起始時間；

r3——轉轍機動作結束時間；

r4——電流數據起始地址。

3plc的內部時鐘設計

由于轉轍機動作電流采集時需要標注動作的起始時間和結束時間，時間精度要求準確到0.1秒，以分析動作的持續時間及各轉轍機(道岔)動作的相對時間。而omron的cs1系列所提供的內部時間如圖5所示：顯然內部時間數據中不包含毫秒數據，因此，程序中設計了一個毫秒時間單元；即由一個數據單元對10ms脈沖進行計數，利用內部時間數據中的“秒”(簡稱“秒”)的進位(變化)，對毫秒時間單元數據進行對時——清零。考慮到10ms脈沖與內部時間中“秒”的精度可能存在誤差，若10ms脈沖的時間比“秒”的時間慢，其但若10ms脈沖的時間比“秒”的時間塊，在“秒”進位前，毫秒時間已提前回零，將會造成時間的混亂，因此當對10ms脈沖計數至99時應停止計數直至“秒”進位信號清零后重新計數，此時的誤差對數據結果分析沒有影響。內部時間中的年、月、日、時、分、秒由系統啟動后plc與上位機通信連接時，上位機將其系統時鐘寫入plc內的相關單元。

圖5內部時間

4結束語

該系統自投入運行后效果良好，由于采用plc作為采集機，系統結構簡單可靠，在抗雷擊等強電沖擊干擾方面發揮了plc的優勢；由于程序上采用了本文所述的相關方法，彌補了plc的某些局限，使系統充分發揮作用。圖6所示為一雙動道岔轉轍機的動作電流曲線。