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基于电力线载波通信的铁路转辙机缺口监测系统

目前，我国铁路营业里程约为7万km，共有信号联锁道岔约12万组，使用的转辙机约有14万

台。道岔及其转换设备是铁路线路重要的基础设备，同时又是轨道中的薄弱环节。转辙机的作用是

转换、锁闭道岔，并把道岔的开通位置准确表示出来。而转辙机表示缺口则是反映道岔尖轨(心轨)

与基本轨(翼轨)密贴状态及位置，是直接影响行车安全的重要的监测道岔状态的主要指标。道岔及

转换设备在使用过程中，受列车运行的冲击振动作用和线路温度力的变化以及设备在使用过程中的

磨耗等因素的影响，其原先调整的状态经过一段时间的应用后会产生变化，道岔尖轨(心轨)与基本

轨(翼轨)的密贴状态会发生变化产生缝隙，同时在道岔转换过程中尖轨与基本轨夹异物也会造成尖

轨的不密贴，这些因素都会使转辙机缺口产生变化，造成设备的故障，从而影响行车安全。因此，

确保转辙机缺口状态的良好，直接影响到铁路运输的安全和效率。

铁路转辙机缺口监测系统是针对上述问题进行研究并开发的，适合于我国目前大量使用的各种

转辙机的新的技术，该项技术也是“铁路信号微机监测系统”(该系统是保证行车安全、加强信号设

备结合部管理、监测铁路信号设备运用质量的重要行车设备)的一项主要内容，对确保铁路行车的安

全、提高铁路运输的效率具有极其重要的意义。在铁路车站，由于被监测对象(转辙机)一般距离监

测主机所在位置即电气集中车站机械室的平均距离为1.5km左右，并且数量较多，分布无规律，因

此监测数据的可靠传输一度成为制约本项技术应用的瓶颈。特别是在既有站，站内可用的电缆极为

有限且造价高。为节约电缆及提高系统可用性，铁道部特别要求铁路转辙机缺口监测系统采用电力

载波扩频通信技术来实现数据与室外工作电源的共线传输，完成室外监测分机与室内主机的通信。

电力线载波通信技术简介

我国大规模地开展用户配电网载波应用技术的研究是在2000年左右，目前在自动集抄等系统中

采用的载波通信方式有扩频窄带调频或调相。在各种扩频调制方式中，由于采用正交频分多路复用

技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)调制具有突发模式的多信道传输，较高的

传输速率，更有效的频谱利用率和较强的抗突发干扰噪声的能力，再加上前向纠错交叉纠错自动重

发和信道编码等技术来保证信息传输的稳定可靠，因而成为电力线上应用的主导通信方式。

系统结构

铁路转辙机缺口监测系统主要由由缺口传感装置、现场分机、室内主机3部分组成。系统框图

如图1所示：

室内主机与现场分机向的数据传输方式为：使用一对(2芯)信号电缆，进行数据的传输，同时该

电缆也是室外分机的供电电源线。在数据传输协议的选择上，充分考虑通信的可靠性、实时性和抗

干扰性。系统具体工作过程为：室外分机采集来自缺口传感装置的缺口变化信息，然后通过低压电

力载波线路将数据实时传输到室内主机，主机既可以实现室外各转辙机缺口信息的存储、显示、告

警，也可以通过高速CAN总线实现与铁路既有微机监测系统的并网连接，从而作为微机监测系统的

一个子系统运行工作。本系统的特点在于监测数据传输方面的多样性，既有低压电力载波通信，也

有CAN总线的运用，但是也在数据传输的可靠性等方面提出了更高的要求。

各功能模块设计

1.室内监测主机

主要功能为实时分析处理现场分机传回的数据，并及时按照技术要求进行报警，并提供一定的

数据存储能力。提供与“信号微机监测系统”的CAN总线接口，接口协议应遵照“信号微机监测系

统”的规定。室内主机可以安装在微机监测柜内，也可以安装在信号组合架上或置于室内工作台上，

通过分线盘将信号电缆连接到采集器后面板的接线端上，其硬件结构图如图2所示。

2.室内采集分机

采集分机为安装在转辙机附近或内部的现场数据处理装置。采集分机一般具有向缺口传感装置

提供需要的电源；接收来自缺口传感装置的信号；对传感装置的输出信号进行初级处理；进行向室

内通信传输数据的处理等功能。其系统结构图如图3所示。

3.缺口传感装置

其主要功能是准确的检测到被测缺口的变化。分为连续监测缺口变化和达到额定值输出开关量

变化两种。连续监测缺口变化可以全程地监测缺口的位置变化，监测的位移变化范围应在0mm～4mm

之间。达到额定值输出开关量变化则为达到额定值报警，即事先设定缺口报警值，当缺口报警装置

监测到缺口达到报警值时，给出一个开关量信号。下面以图4的ZD型与S700K型转辙机的