铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的方法及其装置与流程

1.本发明涉及信号电缆屏蔽接地的技术领域，具体来说是铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的方法及其装置的技术。


背景技术：

2.在电气化铁路区段，信号电缆钢带及铝护套能够将室外工频电流、雷电流或其他耦合干扰引入室内，可引发烧电缆及设备等故障。因此信号电缆引入机械室内时需在电缆间或电缆井处做一次成端，将电缆钢带、铝护套做接地处理，严禁钢带或铝护套直接引入机柜。如图1所示为现状信号电缆成端接地结构图，图中示意出了信号电缆1、铝护套3、喉箍4、钢带钢带2、灌胶孔7、接地汇流排e8、排流导线5、接地端子6，将塑料外护套剥开，断开钢带，漏出铝护套。将钢带和铝护套使用专用u型卡和喉箍环连后引出至接地端子，然后通过汇流排接至大地。
3.现状实施隐患：在铁路信号电缆施工中，虽按照上述标准进行了施工，但是近年来信号电缆烧毁、发生火灾的事故有增多的趋势。究其原因主要有以下几种：1.信号电缆钢带和铝护套接地不达标或接地未连接；2.信号电缆屏蔽接地无冗余措施；3.信号电缆屏蔽接地无监测设备。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的方法以及装置，实现信号电缆屏蔽冗余接地和测试转换。
5.下面通过以下技术方案来实现：
6.一种铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的方法，其特征在于包括下列步骤：增加一路信号电缆钢带、铝护套引出线，作为接地冗余/测试线；在每根电缆的接地冗余/测试线与接地汇流排间设置转换继电器，每个转换继电器落下接点与接地汇流排连接，吸起接点与电阻测试仪一支表笔连接，电阻测试仪的另一支表笔与接地汇流排连接；通过转换继电器接点实现信号电缆钢带、铝护套在转换继电器落下状态时冗余接地，转换继电器吸起时进行接地测试；如果接地冗余/测试线与接地汇流排间电阻大，说明钢带、铝护套接地不好。
7.所述电阻测试仪配置有超限报警功能，设置电阻上限为500mω，如果接地冗余/测试线与接地汇流排间电阻值大于500mω，仪表进行超限报警。
8.应用单片机输出及多路转换继电器模组，实现对转换继电器kn的吸起、落下状态的控制，所述单片机采用stc89c51芯片，将单片机的输出引脚p0.0～p0.7、p1.0～p1.7、p2.1～2.7、p3.1～p3.7分别连接每个转换继电器的低电平触发端子，单片机上电后，所有引脚输出高电平并延时10s，延时以后通过程序语言指令将p0.0输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；同时将p0.1输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；依次类推，使所有输出引脚顺序由高电平转为低电平，再由低电平转为高电平；转换继电器每吸起一次电阻测试仪就测量一次；由于每一根信号电缆对应一个转换继电器，通过电阻
测试仪与转换继电器模组结合，转换继电器顺序吸起、落下，进而达到定时、顺序测试的目的。
9.一种基于前述铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的装置，其特征在于：所述铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测装置包括冗余/测试控制模块、工作电源、可编程低电平输出模块、串口输出低电阻测试仪、传输单元、接收/存储单元，所述工作电源为所述可编程低电平输出模块、冗余/测试控制模块、串口输出低电阻测试仪和传输单元供电；所述可编程低电平输出模块包括单片机、晶振电路和复位电路，晶振电路产生单片机所必须的时钟频率，在单片机复位引脚reset上外接电阻、电容和按键开关，构成所述复位电路；所述冗余/测试控制模块包括转换继电器、二极管、三极管和电阻；将单片机p0.0～p0.7、p1.0～p1.7、p2.1～2.7、p3.1～p3.7输出引脚分别连接每个转换继电器的低电平触发端子，每个转换继电器的线圈一端接5v的电压，另一端接三极管q，并接二极管d，二极管d的作用时为了消除转换继电器线圈感应电动势，防止三极管击穿；
10.当单片机引脚输出至kn为低电平时，三极管qn即处于导通状态，进而转换继电器kn一端通过三极管与地导通，转换继电器吸起；当单片机输出引脚kn为高电平时，三极管处于断开状态，转换继电器kn线圈两端未形成电压差，无法吸起，处于落下状态，通过所述可编程低电平输出模块，单片机p0至p3引脚顺序输出低电平，从而控制转换继电器的顺序吸起、落下；
11.所述串口输出低电阻测试仪，为低电阻测试仪，仪表配置串口通信接口以及上位机软件，进行数据的接收存储。
12.所述传输单元为无线透传电台，将测试数据无线上传至监控终端进行分析、存储，并及时提供接地状态预警信息。
13.所述接收/存储单元为信号电缆屏蔽接地冗余及检测装置监控终端，具备分析、存储，并及时提供接地状态预警信息功能。
14.所述单片机上电后，所有引脚输出高电平并延时10s，延时以后通过程序语言指令将p0.0输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；同时将p0.1输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；依次类推，使所有输出引脚顺序由高电平转为低电平，再由低电平转为高电平；转换继电器每吸起一次电阻测试仪就测量一次，基于每一根信号电缆对应一个转换继电器，将电阻测试仪与转换继电器组进行结合，转换继电器顺序吸起、落下，进而达到定时、顺序测试的目的。
15.每一根信号电缆的接地冗余/测试线通过转换继电器的前后接点分别与低电阻测试仪和接地铜排相连；当每个转换继电器落下时该信号电缆的钢带通过接地冗余/测试线接至接地铜排实现冗余接地；当转换继电器吸起时该信号电缆的钢带连接至低电阻测试仪，并与接地铜排间进行直流电阻的测试；转换继电器k1、k2
……
kn均落下，接地端子引出端1-1、2-1
…
n-1通过k落下接点分别接至接地汇流排e，作为主接地的冗余回路1-2、2-2
……
n-2；顺序触发转换继电器k1、k2、
……
kn使其励磁，分别测试每条电缆的钢带、铝护套至汇流排e间的连接电阻。
16.本发明与现有技术相比具有以下优点。
17.本发明由于每一根信号电缆的接地冗余/测试线通过继电器的前后接点即通过所述可编程低电平输出模块控制分别与低电阻测试仪和接地铜排相连。当每个转换继电器落
下时该信号电缆的钢带通过接地冗余/测试线接至接地铜排实现冗余接地；当转换继电器吸起时该信号电缆的钢带连接至低电阻测试仪，并与接地铜排间进行直流电阻的测试。本发明解决了现状实施隐患，如信号电缆屏蔽接地无冗余措施；信号电缆接地未连接或接地不达标；实现了信号电缆屏蔽冗余接地和测试转换；实现了固定周期检测；测试数据自动存储或上传。
附图说明
18.图1为现状信号电缆成端接地示意图；
19.图2为本发明信号电缆屏蔽接地冗余及检测装置接地示意图；
20.图3为本发明应用单片机输出及多路继电器模组连接示意图；
21.图3-1为图3继电器控制电路图；
22.图3-2为图3单片机输出示意图；
23.图4为本发明装置的系统图；
24.图5为本发明电路原理图；
25.图6为本发明硬件连接示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
27.本发明铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的方法，包括下列步骤：
28.图2中示意有信号电缆1、铝护套3、喉箍4、钢带钢带2、灌胶孔7、接地汇流排e8、排流导线5、接地端子6、接地冗余/测试线9、电阻测试仪10、转换继电器11。
29.1)增加一路信号电缆钢带、铝护套引出线，作为接地冗余/测试线9。
30.2)在每根电缆的“接地冗余/测试线”与“接地汇流排”间设置转换继电器，每个转换继电器落下接点与“接地汇流排”连接，吸起接点与电阻测试仪一支表笔连接，电阻测试仪的另一支表笔与“接地汇流排”连接。通过转换继电器接点实现信号电缆钢带、铝护套在转换继电器落下状态时冗余接地，转换继电器吸起时进行接地测试。
31.如果“接地冗余/测试线”与“接地汇流排”间电阻大，说明钢带、铝护套接地不好。利用电阻测试仪配置的超限报警功能，设置电阻上限为500mω，如果“接地冗余/测试线”与“接地汇流排”间电阻值大于500mω，仪表进行超限报警。
32.3)应用单片机输出及多路转换继电器模组，现对转换继电器kn的吸起、落下状态的控制，如图3、图3-1、图3-2所示，具体如下：
33.(1)单片机采用stc89c51芯片，搭建晶振电路和复位电路使单片机正常工作，搭建转换继电器控制电路，实现转换继电器顺序吸起。
34.晶振电路：在引脚xtal1和xtal2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，构成晶振电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上。其中选择12mhz频率的石英晶体，补偿电容选择30pf的瓷片电容。
35.复位电路：在复位引脚reset上外接电阻、电容和按键开关，构成复位电路。作用当程序运行遭受到意外干扰而导致程序死机，或者程序跑飞的时候，按复位按键，让程序重新初始化重新运行。其中电容采用10μf电解电容，电阻采用10kω。
36.转换继电器控制电路：按照图3所示，将单片机p0.0～p0.7、p1.0～p1.7、p2.1～2.7、p3.1～p3.7输出引脚分别连接每个转换继电器的低电平触发端子。例如p0.0与k1的触发端子连接、p0.1与k2的触发端子连接。将三极管和二极管如图所示连接，并提供dc5v电源。
37.(2)编写程序
38.编写单片机运行程序。使单片机上电后，所有引脚输出高电平并延时10s，延时以后通过程序语言指令将p0.0输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；同时将p0.1输出引脚置于低电平并持续2s，然后恢复至高电平；依次类推，使所有输出引脚顺序由高电平转为低电平，再由低电平转为高电平。
39.4)转换继电器每吸起一次电阻测试仪就测量一次。每一根信号电缆对应一个转换继电器，根据上述3)所述，将电阻测试仪与转换继电器模组结合，转换继电器顺序吸起、落下，进而达到定时、顺序测试的目的。
40.5)利用电阻测试仪的串口输出功能实现测试数据本地留存导出，也可利用无线透传电台实现数据的无线传输。
41.6)设计测试数据接收软件，对超限记录进行报警提示。
42.本发明基于前述铁路信号电缆屏蔽接地冗余及检测的装置包括冗余/测试控制模块、工作电源、可编程低电平输出模块、串口输出低电阻测试仪、传输单元、接收/存储单元，所述工作电源为所述可编程低电平输出模块、冗余/测试控制模块、串口输出低电阻测试仪和传输单元供电；所述可编程低电平输出模块包括单片机、晶振电路和复位电路，晶振电路产生单片机所必须的时钟频率，在单片机复位引脚reset上外接电阻、电容和按键开关，构成所述复位电路；所述冗余/测试控制模块包括转换继电器、二极管、三极管和电阻；将单片机p0.0～p0.7、p1.0～p1.7、p2.1～2.7、p3.1～p3.7输出引脚分别连接每个转换继电器的低电平触发端子，每个转换继电器的线圈一端接5v的电压，另一端接三极管q，并接二极管d，二极管d的作用时为了消除转换继电器线圈感应电动势，防止三极管击穿。
43.当单片机引脚输出至kn为低电平时，三极管qn即处于导通状态，进而转换继电器kn一端通过三极管与地导通，转换继电器吸起；当单片机输出引脚kn为高电平时，三极管处于断开状态，转换继电器kn线圈两端未形成电压差，无法吸起，处于落下状态，通过所述可编程低电平输出模块，单片机p0至p3引脚顺序输出低电平，从而控制转换继电器的顺序吸起、落下。
44.所述串口输出低电阻测试仪，为低电阻测试仪，仪表配置串口通信接口以及上位机软件，进行数据的接收存储。
45.本发明电路构成及工作原理如下：
46.如图4，为本发明电路系统图，包括可编程低电平输出模块、工作电源、串口输出、数据接收/存储、低电阻测试仪、冗余/测试控制模块、信号电缆、数据传输模块。
47.工作原理：
48.(1)所述可编程低电平输出模块包括stc89c51芯片、晶振电路和复位电路和程序。编写程序内容如下：开始；常量、引脚定义；延迟函数、中断函数声明；主函数；p0～p3引脚定义全部输出1；调用延迟函数，延迟10s；p0.0-p0.7顺序输出0，延迟2s；p1.0-p1.7顺序输出0；延迟2sp2.0-p2.7顺序输出0；延迟2s；p3.0-p3.7顺序输出0；延迟2s调用中断函数间隔24
小时；断电；结束。
49.编写程序实现的功能为：上电后单片机输出引脚统一输出高电平进行初始化，10s后从p0输出引脚至p3输出引脚顺序输出低电平，每次间隔2s。间隔每24时以后(根据实际需求进行设置)，程序循环一遍。
50.(2)所述冗余/测试控制模块包括转换继电器，二极管、三极管和电阻。通过所述可编程低电平输出模块控制吸起、落下状态。
51.根据图3，使每个转换继电器k的线圈一端接5v的电压，另一端接三极管q，并接二极管d为了消除转换继电器线圈感应电动势，防止三极管击穿。
52.转换继电器的一端k与单片机的输出引脚相连，当单片机引脚输出至kn为低电平时，三极管qn即处于导通状态，进而转换继电器kn一端通过三极管与地导通，转换继电器吸起；当单片机输出引脚kn为高电平时，三极管处于断开状态，转换继电器kn线圈两端未形成电压差，无法吸起，处于落下状态。根据所述可编程低电平输出模块原理，单片机p0至p3引脚顺序输出低电平，从而控制了转换继电器的顺序吸起、落下。
53.(3)如图6，是图2与图3结合起来的硬件连接示意图。
54.每一根信号电缆的接地冗余/测试线通过转换继电器的前后接点(通过所述可编程低电平输出模块控制)分别与低电阻测试仪和接地铜排相连。当每个转换继电器落下时该信号电缆的钢带通过接地冗余/测试线接至接地铜排实现冗余接地；当转换继电器吸起时该信号电缆的钢带连接至低电阻测试仪，并与接地铜排间进行直流电阻的测试。
55.如图5，电路原理图所示：
①
k1、k2
……
kn均落下，1-1、2-1
……
n-1通过k落下接点分别接至接地汇流排e，作为1-2、2-2
……
n-2主接地的冗余回路。
56.②
通过编程，设置所述低电平输出模块的每日开机启动测试时间及输出电平时间间隔，满足电阻测试仪测试要求。
57.③
顺序触发k1、k2、
……
kn使其励磁，分别测试每条电缆的钢带、铝护套至汇流排e间的连接电阻。
58.(3)所述串口输出低电阻测试仪，为低电阻测试仪，仪表配置串口通信接口以及上位机软件，进行数据的接收存储。
59.①
设置超限报警值，正常约为130mω，本装置设上限为500mω，超出时报警提示。
60.②
编制、配置监控终端对应电阻测试仪的传输、测试、分析软件，满足测试仪表、透传模块、终端显示之间的数据通信。
61.(4)所述工作电源为所述可编程低电平输出模块、冗余/测试控制模块、串口输出低电阻测试仪和传输单元供电。
62.(5)所述传输单元为无线透传电台，可将测试数据无线上传至监控终端进行分析、存储，并及时提供接地状态预警信息。
63.(6)所述接收/存储单元为信号电缆屏蔽接地冗余及检测装置监控终端，具备分析、存储，并及时提供接地状态预警信息功能。