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摘 要：随着铁路现代化的快速建设，列车运行速度不断提高，运行密度也在逐步加大，因此，铁路对信号设备质量提出了更高的要求。道岔作为信号设备的重要组成部分，其故障占信号设备故障的60%左右。导致道岔故障的主要原因是缺口变化的发现、调整不及时造成的。为提高道岔设备质量，减少道岔故障的发生，对道岔缺口进行实时监测非常重要。
关键词：ZQJ-05道岔缺口监测 采集缺口 转辙机
中图分类号：U284.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（c）-0044-03
1 案例背景
中铁二十局承建的阳平关至安康铁路增建第二线工程阳平关（含）至褒河（不含）段信号专业联锁道岔104组，计算机联锁设备6站，运输调度指挥系统安装8站，信号微机监测系统安装8站。
在该工程项目施工中，安装了ZQJ-05道岔缺口监测系统。该系统采用高像素数字摄像头采集缺口位置图像，即直接拍摄转辙机表示杆缺口，从而实现对表示杆缺口偏移量或缺口大小的精确监测。同时，系统还可以把道岔扳动过程视频、过车时缺口变化状态视频及转辙机的振动加速度、当前缺口位置图片、缺口位置信息、转辙机内的温度、湿度等数据，通过通信线缆传送到机械室或信号工区值班室内的终端上。通过直播命令，在室内就能非常直观的看到转辙机缺口的实时工作状态。工区维护人员可以随时查看既往图像或视频，为状态修护提供可靠依据。
2 ZQJ-05道岔缺口监测系统结构
2.1 系统结构
ZQJ-05道岔缺口监测系统主要由缺口监测主机、通信传输设备、采集分机、传感器、电源设备等组成。系统支持电缆（包括1对电缆、2对电缆）或光纤传输，可采用混合组网传输。
2.1.1 缺口主机
运行系统软件;接收并存贮转辙机缺口图像、视频、振动加速度、温度、濕度、油位、油压等数据;与信号集中监测系统联网，提供缺口数据和分析结论;用户可以查看实时图像、视频、缺口日图片、缺口日视频、扳动后曲线、缺口日曲线、温度、湿度、振动加速度曲线、油压、油位曲线等。
2.1.2 主机
接收所有网络分机或载波分机传送的数据;每台载波主机一般有2～4路载波传输外线，每台网络主机有8～24路外线。外线是指室内分线盘到七方向的干线电缆。
2.1.3 网络转换器
主要完成网络主机与网络分机之间的通信协议转换，网络转换器距离最远的转辙机应不大于500m，网络转换器距离主机一般小于3000m（信号电缆必须使用双绞芯线）。网络转换器安装于缺口主机与网络分机间，一般固定在七方向固定桩上。
2.1.4 网络分机
接收缺口图像传感器、油压油位传感器等的所有数据;通过网络将数据传至缺口主机;为缺口图像传感器、油压油位传感器等提供电源。网络分机安装在转辙机内（根据现场要求，也可以安装在XB箱内）。
2.1.5 载波分机
接收缺口图像传感器、油压油位传感器的所有数据;通过载波将数据传至缺口主机;给缺口图像传感器、油压油位传感器等提供电源。载波分机安装在转辙机内。
2.1.6 缺口图像传感器
负责采集转辙机定、反位缺口位置图像、视频信息;将所有数据传至分机。安装在转辙机内。
2.2 系统整体结构图
结合现场的实际条件，本工程主要采用载波传输方案（见图1），既从转辙机到机械室只用1对线缆，可以将若干对干线电缆在室内分线盘并联后接到载波主机外线接口端，但分机总数不可以超过30台，一般以13台左右为宜。载波主机一般有2～4路外线接口，可以根据现场情况，分别连接若干组干线电缆。干线线缆同时传输AC220V电源和数据，数据传输距离大于3000m。
缺口图像传感器轮流采集转辙机缺口位置图像。转辙机扳动结束后，采集一幅图片，作为扳动后的缺口图像，送至室内缺口主机，作为报警的依据。分机通过判断转辙机电机的动作电流，或判断振动加速度数据超过限值，或接收室内的直播命令，均可启动摄像头采集记录转辙机缺口视频。
3 系统安装与系统联调
3.1 安装现场要求
3.1.1 采用网络传输的安装条件
从机械室到各转辙机的电缆盒，有两对贯通信号电缆芯线，双绞且绝缘良好。一对用作220V电源线，一对用作通信线。
根据不同类型的转辙机所需具备的条件不同。
S700K型：利用转辙机两侧既有的2个M16的孔，其中转辙机电缆引入侧的孔用于电源和通信信号电缆进线，另一侧孔用于安装固定网络分机，若转辙机安装有地线，尽可能移至此处安装;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
ZYJ7型：转辙机侧面有不小于φ14mm的孔;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
ZD6型：利用转辙机上既有的进线孔;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
3.1.2 采用载波传输的安装条件
从机械室到各转辙机的电缆盒，有一对贯通信号电缆芯线，双绞且绝缘良好。这一对线既是220V电源线也是通信线。
其它条件同3.1.1所述。
3.1.3 电源的要求 分机和缺口图像传感器的工作电源，是由室内主机通过外线所提供的，为了保证通信质量和设备安全可靠的工作，必须使用电源屏220V交流隔离电源。
3.2 系统安装
系统安装分为缺口主机、网络转换器、分机（网络分机或载波分机）和缺口图像传感器的安装。
主机根据功能的不同，分为网络、载波、光通信三种类型，外形尺寸基本相同，外线接口不同。
网络转换器材质为SMC，根据使用线路（高铁或普速）不同，使用不同的金属固定架。
分机外形（固定分机的固定板）根据转辙机的结构，分为S700K、ZYJ7、ZD6、ZDJ9等几种类型。
3.2.1 缺口监测主机安装说明
在信号机械室内，把ZQJ-05道岔缺口监测系统的主机置于配套的机柜内，与保险箱配套使用，机柜内安放隔离变压器、UPS等配套设备。主机的接地端子必须可靠接地，接地线线径不得低于1.5mm2。
自保险箱至机械室分线盘的线路需单独布线，用于网络分机的布线有两类：一类是接网络转换器的信号电缆，使用16芯双绞屏蔽电缆线，每台主机可接8～24路。每8路的线序分别定义为：（1）白、蓝，（2）白、橙，（3）白、绿，（4）白、棕，（5）白、灰，（6）红、蓝，（7）红、橙，（8）红、绿。屏蔽层在主机一端接地，另一端悬空。第二类220V电源线，使用专用配置的电源线，电源线的规格根据具体情况确定，确保电源线的截面积满足现场供电使用要求。为了每路网络转换器独立工作，要求每路外线使用一对电源线，自保险箱引出至分线盘（特殊情况下，电源线也可几路外线共用）。网络主机与工控机的通信使用IP协议，通过RJ45端口用网线连接（同一机柜内多台网络主机工作时，需使用交换机。）。
用于载波分机的线路布线只有一类，既是通信线又是220V电源线，因此需要使用专用配置的2芯双绞屏蔽电源线。每路外线必须单独布线，220V电源线无线序要求。屏蔽层在载波主机一端接地，另一端悬空。室内载波主机后面板，根据型号不同有不同数量的外线端口。使用时，根据使用的分机所在线路不同，接入不同的外线端口。载波主机与工控机的通信使用IP协议，通過RJ45端口用网线连接（同一机柜内多台载波主机工作时，需使用交换机。）[1]。
同一机柜内多台主机工作时，需使用交换机连接，通过RJ45端口用网线连接工控机。所有进入主机的外线，应在分线盘处先进入防雷单元，以免雷击。
缺口监测主机硬件及线路安装完成后，如需和信号微机监测系统联网，通信可使用网络或CAN。信号微机监测系统需要配置文件（由于信号微机监测系统有多个生产厂家，每个生产厂家的配置方法不尽相同，此项应由专业人员完成），重新启动信号微机监测系统主机后，通过信号微机显示屏上的通信窗口，检查缺口监测主机是否与微机监测系统联网成功（网络或CAN总线是否正常）[2]。
3.2.2 S700K转辙机 分机与缺口图像传感器安装注意事项
（1）安装时道岔不能扳动，以防挤手受伤;
（2）所有配线固定时，应保证模块插头处不张紧，以防拉断。固定完毕后，应确保所有配线不能随意移动，且不得在表示杆的动作范围内，以防表示杆将其轧断。
（3）对不常用的螺栓涂防松胶固定。
（4）系统安装前，必须将所有通往各转辙机的贯通电缆进行绝缘测试。
（5）电缆尽量与转辙机粗蛇皮管绑扎在一起，以利保护。
（6）所有线缆防护管的螺母安装完毕后要紧固，并涂防锈漆。
（7）室内的主机接地端子应可靠接地，ADSL通信线应使用双绞、屏蔽线，屏蔽层单端接地。
3.3 系统联调与故障排除
3.3.1 系统联调
设备安装完毕，设置完成后通电，进行系统联调，验证所有分机和缺口图像传感器的各种功能，查看所有转辙机的缺口图像、视频。
根据图片情况设置相关缺口计算参数，使每一个图片都能计算出缺口大小并保证定反位判断正确。
3.3.2 故障排除
系统联调完成后，在开始运行的一段时间内，很可能会出现部分的缺口报警或者通讯故障。出现故障后，只要仔细查找原因，是较容易解决的;也有一部分故障是现场客观条件引发的，如渣石松软造成缺口变化大等，此类报警，只有故障处理完以后才会避免。
4 效果分析
阳安线使用道岔缺口监测以后，提高了道岔日常检测的工作效率，减少了道岔故障的发生，更有效的减少了道岔故障对运输安全的影响。同时，随着二线的开通，行车密度日益增大，点外上道难度越来越大，道岔日常扳动要点更加困难，道岔缺口监测系统实现对道岔日常工作情况的全方位监控，减小人工日常检查工作强度，降低检查人员发生人身安全事故的概率，对推动铁路管理向智能化发展起重要作用。
参考文献
[1] 铁路管理技术规程TG/01-2014[Z].中国铁路总公司.
[2] 铁路车站计算机联锁技术条件TB/T3027-2015[Z].国家铁路局.
[3] 铁路管理技术规程TG/01-2014[Z].中国铁路总公司.
关键词：ZQJ-05道岔缺口监测 采集缺口 转辙机
中图分类号：U284.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（c）-0044-03
1 案例背景
中铁二十局承建的阳平关至安康铁路增建第二线工程阳平关（含）至褒河（不含）段信号专业联锁道岔104组，计算机联锁设备6站，运输调度指挥系统安装8站，信号微机监测系统安装8站。
在该工程项目施工中，安装了ZQJ-05道岔缺口监测系统。该系统采用高像素数字摄像头采集缺口位置图像，即直接拍摄转辙机表示杆缺口，从而实现对表示杆缺口偏移量或缺口大小的精确监测。同时，系统还可以把道岔扳动过程视频、过车时缺口变化状态视频及转辙机的振动加速度、当前缺口位置图片、缺口位置信息、转辙机内的温度、湿度等数据，通过通信线缆传送到机械室或信号工区值班室内的终端上。通过直播命令，在室内就能非常直观的看到转辙机缺口的实时工作状态。工区维护人员可以随时查看既往图像或视频，为状态修护提供可靠依据。
2 ZQJ-05道岔缺口监测系统结构
2.1 系统结构
ZQJ-05道岔缺口监测系统主要由缺口监测主机、通信传输设备、采集分机、传感器、电源设备等组成。系统支持电缆（包括1对电缆、2对电缆）或光纤传输，可采用混合组网传输。
2.1.1 缺口主机
运行系统软件;接收并存贮转辙机缺口图像、视频、振动加速度、温度、濕度、油位、油压等数据;与信号集中监测系统联网，提供缺口数据和分析结论;用户可以查看实时图像、视频、缺口日图片、缺口日视频、扳动后曲线、缺口日曲线、温度、湿度、振动加速度曲线、油压、油位曲线等。
2.1.2 主机
接收所有网络分机或载波分机传送的数据;每台载波主机一般有2～4路载波传输外线，每台网络主机有8～24路外线。外线是指室内分线盘到七方向的干线电缆。
2.1.3 网络转换器
主要完成网络主机与网络分机之间的通信协议转换，网络转换器距离最远的转辙机应不大于500m，网络转换器距离主机一般小于3000m（信号电缆必须使用双绞芯线）。网络转换器安装于缺口主机与网络分机间，一般固定在七方向固定桩上。
2.1.4 网络分机
接收缺口图像传感器、油压油位传感器等的所有数据;通过网络将数据传至缺口主机;为缺口图像传感器、油压油位传感器等提供电源。网络分机安装在转辙机内（根据现场要求，也可以安装在XB箱内）。
2.1.5 载波分机
接收缺口图像传感器、油压油位传感器的所有数据;通过载波将数据传至缺口主机;给缺口图像传感器、油压油位传感器等提供电源。载波分机安装在转辙机内。
2.1.6 缺口图像传感器
负责采集转辙机定、反位缺口位置图像、视频信息;将所有数据传至分机。安装在转辙机内。
2.2 系统整体结构图
结合现场的实际条件，本工程主要采用载波传输方案（见图1），既从转辙机到机械室只用1对线缆，可以将若干对干线电缆在室内分线盘并联后接到载波主机外线接口端，但分机总数不可以超过30台，一般以13台左右为宜。载波主机一般有2～4路外线接口，可以根据现场情况，分别连接若干组干线电缆。干线线缆同时传输AC220V电源和数据，数据传输距离大于3000m。
缺口图像传感器轮流采集转辙机缺口位置图像。转辙机扳动结束后，采集一幅图片，作为扳动后的缺口图像，送至室内缺口主机，作为报警的依据。分机通过判断转辙机电机的动作电流，或判断振动加速度数据超过限值，或接收室内的直播命令，均可启动摄像头采集记录转辙机缺口视频。
3 系统安装与系统联调
3.1 安装现场要求
3.1.1 采用网络传输的安装条件
从机械室到各转辙机的电缆盒，有两对贯通信号电缆芯线，双绞且绝缘良好。一对用作220V电源线，一对用作通信线。
根据不同类型的转辙机所需具备的条件不同。
S700K型：利用转辙机两侧既有的2个M16的孔，其中转辙机电缆引入侧的孔用于电源和通信信号电缆进线，另一侧孔用于安装固定网络分机，若转辙机安装有地线，尽可能移至此处安装;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
ZYJ7型：转辙机侧面有不小于φ14mm的孔;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
ZD6型：利用转辙机上既有的进线孔;电缆盒上有不小于φ12mm的孔。
3.1.2 采用载波传输的安装条件
从机械室到各转辙机的电缆盒，有一对贯通信号电缆芯线，双绞且绝缘良好。这一对线既是220V电源线也是通信线。
其它条件同3.1.1所述。
3.1.3 电源的要求 分机和缺口图像传感器的工作电源，是由室内主机通过外线所提供的，为了保证通信质量和设备安全可靠的工作，必须使用电源屏220V交流隔离电源。
3.2 系统安装
系统安装分为缺口主机、网络转换器、分机（网络分机或载波分机）和缺口图像传感器的安装。
主机根据功能的不同，分为网络、载波、光通信三种类型，外形尺寸基本相同，外线接口不同。
网络转换器材质为SMC，根据使用线路（高铁或普速）不同，使用不同的金属固定架。
分机外形（固定分机的固定板）根据转辙机的结构，分为S700K、ZYJ7、ZD6、ZDJ9等几种类型。
3.2.1 缺口监测主机安装说明
在信号机械室内，把ZQJ-05道岔缺口监测系统的主机置于配套的机柜内，与保险箱配套使用，机柜内安放隔离变压器、UPS等配套设备。主机的接地端子必须可靠接地，接地线线径不得低于1.5mm2。
自保险箱至机械室分线盘的线路需单独布线，用于网络分机的布线有两类：一类是接网络转换器的信号电缆，使用16芯双绞屏蔽电缆线，每台主机可接8～24路。每8路的线序分别定义为：（1）白、蓝，（2）白、橙，（3）白、绿，（4）白、棕，（5）白、灰，（6）红、蓝，（7）红、橙，（8）红、绿。屏蔽层在主机一端接地，另一端悬空。第二类220V电源线，使用专用配置的电源线，电源线的规格根据具体情况确定，确保电源线的截面积满足现场供电使用要求。为了每路网络转换器独立工作，要求每路外线使用一对电源线，自保险箱引出至分线盘（特殊情况下，电源线也可几路外线共用）。网络主机与工控机的通信使用IP协议，通过RJ45端口用网线连接（同一机柜内多台网络主机工作时，需使用交换机。）。
用于载波分机的线路布线只有一类，既是通信线又是220V电源线，因此需要使用专用配置的2芯双绞屏蔽电源线。每路外线必须单独布线，220V电源线无线序要求。屏蔽层在载波主机一端接地，另一端悬空。室内载波主机后面板，根据型号不同有不同数量的外线端口。使用时，根据使用的分机所在线路不同，接入不同的外线端口。载波主机与工控机的通信使用IP协议，通過RJ45端口用网线连接（同一机柜内多台载波主机工作时，需使用交换机。）[1]。
同一机柜内多台主机工作时，需使用交换机连接，通过RJ45端口用网线连接工控机。所有进入主机的外线，应在分线盘处先进入防雷单元，以免雷击。
缺口监测主机硬件及线路安装完成后，如需和信号微机监测系统联网，通信可使用网络或CAN。信号微机监测系统需要配置文件（由于信号微机监测系统有多个生产厂家，每个生产厂家的配置方法不尽相同，此项应由专业人员完成），重新启动信号微机监测系统主机后，通过信号微机显示屏上的通信窗口，检查缺口监测主机是否与微机监测系统联网成功（网络或CAN总线是否正常）[2]。
3.2.2 S700K转辙机 分机与缺口图像传感器安装注意事项
（1）安装时道岔不能扳动，以防挤手受伤;
（2）所有配线固定时，应保证模块插头处不张紧，以防拉断。固定完毕后，应确保所有配线不能随意移动，且不得在表示杆的动作范围内，以防表示杆将其轧断。
（3）对不常用的螺栓涂防松胶固定。
（4）系统安装前，必须将所有通往各转辙机的贯通电缆进行绝缘测试。
（5）电缆尽量与转辙机粗蛇皮管绑扎在一起，以利保护。
（6）所有线缆防护管的螺母安装完毕后要紧固，并涂防锈漆。
（7）室内的主机接地端子应可靠接地，ADSL通信线应使用双绞、屏蔽线，屏蔽层单端接地。
3.3 系统联调与故障排除
3.3.1 系统联调
设备安装完毕，设置完成后通电，进行系统联调，验证所有分机和缺口图像传感器的各种功能，查看所有转辙机的缺口图像、视频。
根据图片情况设置相关缺口计算参数，使每一个图片都能计算出缺口大小并保证定反位判断正确。
3.3.2 故障排除
系统联调完成后，在开始运行的一段时间内，很可能会出现部分的缺口报警或者通讯故障。出现故障后，只要仔细查找原因，是较容易解决的;也有一部分故障是现场客观条件引发的，如渣石松软造成缺口变化大等，此类报警，只有故障处理完以后才会避免。
4 效果分析
阳安线使用道岔缺口监测以后，提高了道岔日常检测的工作效率，减少了道岔故障的发生，更有效的减少了道岔故障对运输安全的影响。同时，随着二线的开通，行车密度日益增大，点外上道难度越来越大，道岔日常扳动要点更加困难，道岔缺口监测系统实现对道岔日常工作情况的全方位监控，减小人工日常检查工作强度，降低检查人员发生人身安全事故的概率，对推动铁路管理向智能化发展起重要作用。
参考文献
[1] 铁路管理技术规程TG/01-2014[Z].中国铁路总公司.
[2] 铁路车站计算机联锁技术条件TB/T3027-2015[Z].国家铁路局.
[3] 铁路管理技术规程TG/01-2014[Z].中国铁路总公司.