摘要：为了更好地确保铁路运输的安全和功率，确保选用双路供电的铁路体系的不间断作业，提出了一种依据TCP／IP长途通讯协议的智能电源切换体系。体系由电源屏双路输入长途切换单元、控制中心的TCP／IP通讯链路、用户软件控制体系组成。电源屏双路输入长途切换单元由电源信号监控、切换单元组成。TCP／IP通讯链路选用嵌入式操作渠道，功用包含TCP／IP链路控制；用户软件控制体系选用C++编写完结，包含界面操作，授权控制等功用，能满意站点现场电源切换要求的功用。
要害词：TCP／IP；电源切换体系；电源信号收集；报警
0 导言
在铁路现场控制体系中，信号设备是确保铁路运输的安全和功率的基础设施，而信号设备的供电体系则是确保信号设备正常作业的要害设备。故一切铁路体系电源屏均选用双路供电来确保电源体系的不问断作业，确保信号设备的安全安稳作业，确保列车的安全运转。
供给双路供电的I路电和Ⅱ路电来源于不同的电力网络，并且，一般来说，I路电的电源质量要好于Ⅱ路电，当然，电源质量的好坏对信号设备的安稳牢靠作业有重要影响，所以一般状况下期望电源在I路电供电下作业。在I路电因为某种原因断电后，电源自动切换到Ⅱ路电供电，若I路电康复后，就需求人工到现场手动进行切换操作，以将Ⅱ路电切换到I路电，确保信号设备作业在安稳牢靠状况。一起，在供电进程中，为确保体系运转牢靠，前进反常状况的剖析才干，站场需求实时对供电体系(I路和Ⅱ路)进行电源监控。
在我国铁路车站信号设备供电体系中，因为前史和其他各方面的原因，有很大一部分还没有晋级为智能电源屏，选用的是简略的双路电源切换，当I路电源发生毛病时，自动切换到Ⅱ路电源供电，可是当I路电源康复正常时，却不会自动从Ⅱ路电切换到电源质量更高的I路电，只要通过人工按压现场切换按钮的办法切换回I路去。因为车站之间相距较远，短则十几千米，远则几十千米，这种办法添加了现场作业人员的作业时刻和劳动强度，尽管进行的是简略的操作，却要在来回路途上花费许多时刻。
现在已有的技能，如施耐德电气、华通机电、上海工控集团等的处理计划，底子选用机电联锁的方法完结切换，且价格昂贵，保护不方便。在现场信号没备和其他设备的作业状况底子完结长途监测的状况下，作为要害设备的电源屏处于这种落后的技能条件下，不符合铁路设备完结长途监控的发展趋势。本文旨在研讨规划一种能够自动完结切换作业的设备，该设备能够削减工人干涉，前进铁路供电体系的自动化程度、全体供电体系的作业功率。
1 体系全体计划
针对现场对电源屏双路电源长途切换的需求和现有机电切换体系功用的缺乏，本体系提出了依据TCP／IP长途通讯协议和嵌入式体系的电源智能长途切换体系计划，可有用处理铁路现场对电源屏长途控制需求的问题。本体系运用铁路车站现有的通讯网络，在微机监测体系上装置一套控制软件，在车站现场装置一套切换控制体系，在微机监测的微机上通过操作控制软件来完结对工区各车站现场电源屏的长途切换功用，在不需求添加任何通讯线路和微机设备的状况下，完结上述的记切换功用，完结了本钱和施作业业量的最低化。全体上体系供给的功用如下：电源屏双路输入长途切换功用；各车站电源屏长途切换体系与控制中心(工区微机监测机)的通讯链路检测；控制软件完结用户权限和操作录办理功用。
双路电源切换体系的全体结构如图1所示，其间带有LED指示灯的模块为切换体系车站控制部分，模块中的一切器材都装置到一个壁挂的控制盒中，面板上带有电源状况和通讯状况显现，体系在车站端不需求任何人工干涉。各车站的电源切换一致由一个上位机程序控制。通讯接口选用TCP／IP通讯协议，到达10 Mb／s的通讯速率，彻底满意现场通讯速率的要求。体系的通讯选用通明的协议，能够通过网关和路由器，到达长途切换电源的规划要求。
2 体系硬件要害技能
2．1 体系架构
电源长途切换体系选用嵌入式体系规划，其内部结构图如图2所示。长途切换体系选用ARM7渠道规划，其间心是一块工业级的MiniArm工控模块，用来完结继电器驱动、继电器切换状况的检测、长途切换指令的接纳和通讯状况字的发送等功用。体系的供电由切换体系的输出220 VAC通过高牢靠性开关电源输出24 VDC供给。控制盒的面板上规划有体系用电源的指示灯、体系作业状况指示灯以及TCP／IP衔接、通讯状况指示灯。控制盒的下方设置了接线端子和RJ 45以太网通讯接口，接线端子的效果有：控制JPXC-1000偏极继电器的吸起、检测JPXC-1000吸起状况。
在硬件规划时，要求假如两路电源都发生断电毛病，则体系也断电，通讯状况中止。本体系并不收集两路电源供电状况，因为现有的微机监测体系现已完结了这部分作业。并且假如两路电源都发生断电毛病，任何控制都是无效的。
2．2 双路电源切换原理
为了满意长途双路电源切换的要求，而又不影响原手动切换的功用，本体系规划的切换电路是在原继电体系电路上添加了两个安全型继电器JPXC-1000，通过对安全型继电器JPXC-1000的长途控制到达动作沟通接触器，并由接触器完结双路电源切换的功用，其物理功用上类似于人工手动摁压切换开关。切换电路原理如图3所示。
从图3能够看出，当需求长途控制从I路切换到Ⅱ路电源时，微机监测的核算机上操作切换动作，宣布切换指令，则车站的切换模块收到切换指令后内部发生动态脉冲，在KM2-上发生24 VDC电压，驱动JPXC-1继电器，在JPXC-2为落下的状况下JPXC-1继电器得电吸起，这时沟通接触器1XLC线圈失电，沟通接触器1XLC落下，则沟通接触器2XLC线圈得电，沟通接触器2XLC吸起，电源由I路切换到Ⅱ路。动作完结后，切换模块中止发生动态脉冲，JPXC-1继电器落下，完结了一次切换操作。假如要从Ⅱ路切换到I路电源，原理相同。
从图3还可看出，JPCX-1000型继电器是串联在沟通接触器的线圈电路上，JPCX-1000型继电器节点上的电流便是沟通接触器的线圈电流，并不是电源负载电流。沟通接触器的线圈电流一般小于0．5 A，彻底满意设备保护标准要求。并且电源的切换时刻与JPCX-1000型继电器的动作时刻没有任何关系，仍是取决于沟通接触器的动作时刻，所以添加了JPCX-1000型继电器后，对切换时刻没有影响。
2．3 体系供电
电源切换体系的下位机运用电源屏输出的220 V／AC供电，当下位机控制电源屏进行电源切换时，是否会导致下位机在控制电源屏切换未成功时，下位机掉电，导致下位机作业不正常。
依据体系参数，正常切换时，沟通接触器的切换时刻要小于150 ms，而下位机在断电200mS以下时，电源模块中的储能可维持体系正常作业，不会发生体系重新启动的状况。即便断电时刻超越200ms，体系重新启动，也不会影响原切换体系的作业。别的，其实在任何特别毛病状况下，因为重力影响，JPCX-1000型继电器落下，绝不会影响原切换体系的正常作业，这也正是体系为什么选用JPCX-1000型继电器的原因。除非原切换体系因为沟通接触器等要害部件发送切换毛病，不然体系不会断电。
2．4 数据收集和剖析体系
电源质量监测体系要求确保体系实时性，实时收集电压、电流量，以波形显现的方法在液晶屏上实时显现当时电源状况，并判别反常状况，实时监控完结报警；一起，监测的悉数数据以数据压缩的方法存储到大容量存储设备中。该设备首要组成部分有数据收集部分；数据存储部分；数据传输部分；数据调阅部分；液晶显现部分；报警电路部分。
实时监测采样信号是通过核算信号谐波承认电源质量的。谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分化，其他大于基波频率的电流发生的电量。在电力体系中，谐波发生的底子原因是因为非线性负载所造成的。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就构成非正弦电流，即电路中有谐波发生。因为半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力体系的某些设备如功率转换器比较大的违背正弦曲线波形。
3 体系软件规划
3．1 软件流程规划
3．1．1 通讯模块
TCP／IP通讯的使命分为服务器方法和客户机方法两种。服务器方法是需求监听衔接，只要在与客户机树立衔接后才干进行数据处理。客户机方法是自动衔接服务器，它也是在衔接成功后才干进行数据处理。TCP通讯时服务器端和客户机端通讯的函数运用进程如图4所示。
3．1．2 下位机主程序流程
下位机装置在被控制电源屏的车站现场，通过TCP／IP协议接纳上位机的控制指令，产牛动态脉冲驱动JPXC-1000继电器，完结电源切换功用。下位机程序运转在μC／OSⅡ实时多使命操作体系下，由多个线程完结操作使命。其间，下位机主程序流程如图5所示。从图中能够看出，体系在规划时从安全视点动身，做了许多的条件判别，以确保体系不会误动作，确保体系安全运转。
3．2 软件操作界面
操作控制软件由C++编写，上位机软件装置在微机监测机上，能够运转在Windows操作体系上，对核算机的体系配置没有特别要求，在能运转微机监测软件的核算机上都能运转此程序。依据要完结的功用和体系自身特色，上位机软件在规划时力求有用，界面简练、操作简略。下面通过界面来介绍软件的底子功用和操作办法。
3．2．1 体系主操作界面
智能长途电源切换控制体系主界面如图6所示。界面上显现了当时的车站称号，以及当时车站的网络衔接状况。赤色表明网络中止，绿色表明网络衔接状况杰出。假如网络中止则界面右侧的操作按钳是灰色的，表明尢效。只要当网络衔接状况杰出时，界面右侧的操作按钮才有用。这样能够确保用户不会发生误操作。在进行电源切换操作时，为了防止误操作，设置了两个过程，首先要进行预备切换操作，承认今后再进行切换操作。每一步都有操作承认提示。
3．2．2 车站参数设置界面
车站参数设置的首要功用便是依据现场的网络资源配置各车站的网络参数。包含车站称号、IP地址、子网掩码、默许网关。能够在得到权限的状况下，进行删去、修正、添加等操作。车站参数设置界面如图7所示。
3．2．3 操作历电数据界面
电源切换是有关安全的操作，在设置了用户权限办理的基础上，为了标准操作行为，体系还供给了前史操作数据显现界面，如图8所示。显现了操作的时刻和对哪个车站进行的具体操作。这样，结合车站值勤记载就能够定位责任人。
别的，软件体系包含授权控制部分。办理员暗码能够进行任何操作，包含暗码的修正，网络参数的修正，车站的添加和删去等。而操作员暗码不能修正暗码，不能修正车站以及网络参数，仅能够进行电源切换操作，进一步确保切换体系的全体安全性。
3．3 电源信号检测体系软件
本体系信号处理流程和界面规划，选用LabVIEW完结。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研发开发的，类似于C和BASIC开发环境，可是LabVIEW与其他核算机言语的明显区别是：其他核算机言语都是选用依据文本的言语发生代码，而LabVIEW运用的是图形化修改言语G编写程序，发生的程序是框图的方式。图9是上位机实时收集存储的控制界面界面。图(a)为正常数据采样显现图；图(b)为反常数据采样显现图。第一张显现是时域采样信号；第二张是谐波剖析显现示意图。
依据现场数据收集，通过统计剖析，正常数据和反常数据剖析见表1，表2。从表中能够看出，当电流经负载呈非线性特征时，即电路中呈现非反常状况，体系实时显现并报警长途控制端。
4 结语
本文评论了一种长途电源切换体系，该体系能满意铁路现场对长途控制电源切换的需求，有用前进了现场作业的作业功率，一起也完结了对各车站电源屏供电的集中控制。该体系的研发，不仅可满意长途电源切换的底子需求，并且为现场其他设备的长途监控搭建了一个技能渠道，跟着铁路技能的前进和新的需求的提出，能够在此渠道上完结对其他设备的临控。别的，本体系在进行“I路→Ⅱ路”切换的时分，并实时查看Ⅱ路上电源状况，若此刻Ⅱ路上电源不正常，体系并不完结切换，而当即报警，进一步前进了体系的安稳牢靠性。
