多通道信号检测系统在地铁列车上的应用

多通道信号检测系统在地铁列车上的应用

顾建

成都地铁运营有限公司四川成都610000

摘要：节点电路在列车运营过程中用于车辆命令的传输及反馈，其性能的好坏直接影响地铁运行的稳定性。为了提高地铁的运营质量，对地铁车辆节点电路进行监测是必不可少的环节。在对地铁检修维护过程中，传统上仅是对节点电路连接线缆紧固性、外观等情况进行检查，且节点电路根据不同的用途，采用压接工艺及端子也有所不同，车辆在抖动状态下连接可靠性不能持续跟踪判定。列车运行中，若出现节点信号丢失的偶发故障，会对列车运行可靠性带来很大的影响。对于不同节点电路的性能检测和数据记录，目前并没有任何的检修手段。地铁列车上所运用的节点电路会因为所处的位置不同而存在连接差异，给地铁运营造成一定的安全隐患，所以，设计一个能够实时跟踪检测不同状态下的节点电路信号监测系统是十分必要的。本文所介绍的多通道信号检测系统主要运用于对Vol.42No.4Jul.20th，2019地铁列车节点电路性能状态的实时检测及数据记录，以用于后期数据解析来判定故障情况。

关键词：地铁；节点电路；检测系统；设计；应用

引言：通过实际调查发现，当前地铁列车通常采用110V节点电路进行关键控制指令传输，其性能的好坏直接影响地铁运行的稳定性。文章介绍一种多通道信号检测系统，对其硬件电路和软件程序的设计进行了详细阐述，并以某地区地铁二号线A4型车为例，介绍多通道信号检测系统在地铁列车维保上的应用。

1.整体设计思路

该系统采用多通道检测记录，可以作为装车在线监测设备，实时分析节点电路数据状态以及设定的报警参数等，并通过RS485总线传输给各个主控单元，在SD卡记录各个通道的数据值。再由RS485总线传输各通道数据值到主机主控ARM电路，在彩色触摸显示屏上进行呈现各个通道数值曲线图以及报警状态值。将记录有通道数据的SD卡取出，可以通过PC端自主开发的解析软件进行离线数据分析，选择时间段加载对应的数据，呈现出整体的数据曲线图，也可进行单点位选择呈现某时刻的曲线状态。

2.硬件电路设计

多通道信号检测系统硬件电路一共分为6大部分，分别由PSU电源电路、主机处理单元电路、从机处理单元电路、从机RTC单元电路、RS485总线电路、主控触摸屏电路组成。其中PSU电源电路主要是为整套系统供电，通过电源电路转换为整个设备能够使用的不同电压。RS485总线电路是整套系统的命令代码的载体，所有命令及数据的传输都由RS485总线传递，采用Modbus协议进行校验传输。主机处理单元电路用于发送命令数据到从机和接收从机发送来的检测数据，通过RS485总线将设定好的报警数据记录到电路中的SD卡内，同时处理与触摸屏之间的命令交替。从机处理单元电路用于接收主机电路通过RS485总线发来的命令代码和执行相应的命令，同时将采集到的对应通道状态数据记录到本地电路SD卡内，将报警数据通过RS485总线传递给主机处理单元电路。从机RTC单元电路是接收主机处理单元电路通过RS485总线发来的命令代码并执行相应的命令，并将RTC时钟数据通过RS485总线传输给主机处理单元电路，再由主机处理单元电路处理后进行数据分配。主控触摸屏电路用于设定选择通道打开和关断，并设定每个通道对应报警参数，将设定值发送给主机处理单元电路，再由主机处理单元电路进行数据分配，接受主机发送来的各个通道数据值和时间参数，在曲线界面显示各通道曲线状态图。此外，多通道信号检测系统所述的每一个从机处理单元和主机处理单元都由独立的主控ARM芯片来处理，大大提高了系统的稳定性和效率。

3.软件程序设计

3.1在线监测

在线监测功能即利用串口、网口、2.4GWiFi在线监测8个通道的数据状况。主要采用多线程技术，每个线程单独管理一个通道的数据。经过一系列的通信校验、阈值筛选、栈堆先进先出模块的支持，使各个通道在曲线图中进行匹配显示。

3.2数据下载分析

数据可按照时间进行下载，可导出xls、xlsx、csv、txt、mdb等格式，并自动生成平均值、最大值、最小值、瞬时峰值、上升沿平均周期、下降沿平均周期、异常周期时长等数据。

3.3模块采集频率校时

软件自带上位机功能，能够对设备的时间进行自校验。对设定的报警数据进行筛选和分析，对导入的各通道临界故障数据进行自动匹配。

4.运用效果

某地区地铁二号线列车自运营至今已有近十年时间，出现了线缆老化、虚接的问题，导致列车经常有偶发故障，给列车检修维保带来极大的困扰，甚至影响地铁的运营安全。下面以某地区地铁二号线A4型车在正线自动折返的过程中多次出现折返失败的故障为例，介绍多通道信号检测系统在地铁列车维保上的应用。

4.1故障原因分析

列车在自动折返过程中，两端司机室的ATP机柜保持实时通信。如图1所示，列车的两端司机室是通过4根列车线保持通信，如果其中存在接触不良的情况，则会导致两司机室接收到的连续报文中无有效次序，进一步导致出现折返失败的情况。但由于列车线经过的端子节点较多，且是偶发性的接触不良，因此，很难锁定导致列车折返失败的故障点。

图1.两端司机室通信电路：

4.2故障调查

为调查ATP列车线接触不良所引起的偶发性故障，利用多通道信号检测系统对ATP列车线的节点电压进行数据监控。通过多次运营跟踪发现列车通信线的电压存在偶发波动不稳定的情况（见图2）。

图2.列车异常电压在线监控波形图：

进一步对电压不稳定的列车线进行主机排查发现接线端子有压到芯线绝缘层及芯线散乱的情况[1]。

4.3故障处理措施

通过调查是因信号电缆较细且未压接线耳，在压接此电缆时，容易把绝缘皮压接进去，导致列车在震动时容易出现接触不良的情况，进而出现两端通信中断的故障。为解决列车折返期间通信中断的问题，对贯穿于列车车体的信号电缆芯线加装线鼻子，以提高列车通信的稳定性[2]。

结论：

简而言之，文章的地铁多通道信号检测系统可实时监控节点电路的工作状态并记录电压数据，从而达到评估地铁列车节点电路工作性能状态的目的。并根据测试情况，排查节点电路存在的故障隐患，进而保障地铁的安全运营。该检测系统目前已经在某些地区地铁投入使用，系统运行稳定，安全可靠，并且操作方便，提高了设备质量，具有较好的应用前景。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础[M].４版.北京：高等教育出版社，2018.

[2]刘永智，杨开愚，方官久.液晶显示技术[M].成都：电子科技大学出版社，2019.