基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统

摘要

本发明公开了一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统，包括PLC及外部电路模块、OPC服务端模块、组态项目模块、预置心跳检测程序；PLC及外部电路模块包括24V直流多输出开关电源、PLC及扩展I/O模块、外部继电器和输入开关电路；OPC服务端模块由专业OPC软件进行配置，通过OPC软件提供的相应设备驱动，读写PLC变量，包括OPC软件、OPC配置文件；组态项目模块为基于组态软件开发的图形化模块，并结合OPC服务端变量的读写及嵌入C脚本逻辑程序，包括全局脚本模块、图形化界面及配置、变量配置模块。本发明基于组态技术，能够实现对铁路轨道电路及道岔的可视化监控，具有较强的可配置性和可扩展性，有利于对铁路轨道监控的实时性和可视化进行补充。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路监控领域，尤其涉及一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统。

背景技术

随着信息技术、自动化技术的发展，高效、实时、准确的可视化远程监控已经成为各个行业发展的重要趋势，原有的人工检查、手动操作的方式将会逐渐被取代。目前没有专门针对铁路轨道电路及道岔的可视化远程监控系统，现有的方式以人工巡检结合已有的信号系统进行监控为主要方式，该方法对铁路轨道电路及道岔的各相关状态无法实时监控，也缺乏便捷性，在发生故障报警时，不能及时发现导致故障的原因，同时，检测人员的判断误差也会影响对故障原因的正确判断。

发明内容

本发明的目的在于针对铁路轨道电路及道岔监控存在的不足，提供一种基于组态技术的专用铁路轨道电路及道岔监控系统。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统，包括PLC及外部电路模块、OPC服务端模块、组态项目模块；所述PLC及外部电路模块包括24V直流多输出开关电源、PLC及扩展I/O模块、外部继电器和输入开关电路、预置心跳检测程序；所述OPC服务端模块由专业OPC软件进行配置，通过OPC软件提供的相应设备驱动，读写PLC变量，包括OPC软件、OPC配置文件；所述组态项目模块为基于组态软件开发的图形化模块，并结合OPC服务端变量的读写及嵌入C脚本逻辑程序，包括全局脚本模块、图形化界面及配置、变量配置模块。

所述PLC及外部电路模块包括用于PLC和外部继电器电路供电的24V直流多输出开关电源、用于运行控制程序和采集变量值的PLC及扩展I/O模块、用于执行PLC控制指令及输入外部状态的外部继电器和输入开关电路、用于检测通信状态的预置心跳检测程序，其中，所述PLC包括以太网通信模块、CPU、自带I/O模块；

所述OPC服务端模块包括专业OPC软件、OPC配置文件，其中，所述OPC软件包括PLC的以太网通信OPC驱动，所述OPC配置文件包括与PLC中变量地址对应的变量配置文件、针对以太网OPC通信的配置文件，OPC服务端通过计算机以太网通信模块与PLC的以太网通信模块利用以太网线建立通信连接；

所述组态项目模块包括全局脚本模块、图形化界面及配置、变量配置模块，其中，所述全局脚本模块用于处理全局事件，包括通信检测、自定义项目函数，所述图形化界面及配置包括图形展示界面、图形变量绑定、图形事件C脚本，所述变量配置模块包括内部变量、外部变量、系统变量；

所述组态项目模块中，全局脚本模块的通信检测，采用设置时钟周期执行全局动作的方式，循环读取所述PLC中的计数器变量值，若该值与上一周期值不同，则判断通信正常，若该值与上一周期相同，则判断通信断开；

所述PLC及外部电路模块中包含预置心跳检测程序，PLC预置心跳检测程序中的计数器通过多个定时器和开关变量结合，实现计数器定时加1，到达设定的最大值后，计数器复位，重新开始计数，避免了OPC软甲和组态软件自带通信状态检测方法延时较长的问题，有效提高了通信状态检测的实时性。

所述PLC及扩展I/O模块包括轨道电路各段车辆信号输入、轨道电路各段信号灯断丝检测输入、道岔控制输出、道岔状态输入、行车方向输入、移频报警输入，PLC及扩展I/O模块各输入输出点分别与外部电路一一对应；

所述组态项目的图形化界面及配置的图像展示界面包括标题区、按钮操作区、报警及消息区、图形对象区，其中，消息区为滚动形式，一旦消息对应报警恢复正常，消息自动离开；

所述图形变量绑定包括单变量绑定和多变量绑定，单变量绑定的图形对象，单变量值直接与图形对象颜色、是否显示对应，多变量绑定的图形对象，采用给定变量权值的方法实现多个二进制量转化为模拟量，以该模拟量对应图形对象颜色；

所述图形C脚本处理图形对象点击控制PLC输出、控制图形对象可用性、控制图形对象显示；

所述组态项目的图形展示界面的图形对象区与报警及消息区包括各段轨道电路是否有车、各段信号灯显示、各段信号灯是否断丝报警、行车正向/反向、是否移频报警、道岔状态(定位/反位/挤岔)、是否挤岔报警、通信连接状态，所有报警均在消息区弹出，恢复正常后离开。

本发明产生的有益效果是：本发明针对现有的铁路轨道电路及道岔监控系统缺乏实时性、便捷性及故障原因分析不及时的情况，提出一种专门的铁路轨道电路及道岔监控系统。该系统能够有效地针对铁路轨道电路及道岔进行实时、可视化得监控，针对出现的故障及时、准确报警，有利于铁路电务段工作人员实时掌握铁路轨道电路及道岔状态、及时发现引起故障的原因，并且该系统基于组态技术，有较强的可配置性和可扩展性，有利于对铁路轨道电路及道岔进行更大范围的监控与管理。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统的结构示意图。

图2是本发明的一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统的PLC及外部电路结构示意图。

图3是本发明的一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统的图形化界面及配置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合具体的实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限于限定本发明。

一种基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统，如图1所示，包括PLC及外部电路模块、OPC服务端模块、组态项目模块。其中，包括PLC及外部电路模块与OPC服务端模块通过以太网线连接，OPC服务端模块与组态项目模块位于同一台计算机，基于OPC协议通信。需要指明的是，本具体实施例中采用的PLC为西门子的S7-200，OPC软件为S7-200专用OPC软件PC Access，组态软件为西门子的Wincc。

PLC及外部电路模块包括开关电源、PLC及扩展I/O模块、继电器电路和输入开关电路、预置心跳检测程序，如图2所示为本具体实施例中PLC及外部电路模块的线路连接。在本具体实施例中，开关电源统一采用24V直流供电，其中PLC的24V直流输出为传感器电源，可用作24V小电流直流电路电源；PLC自带14数字量输入，10数字量输出，本具体实施例的需求为18个数字量输出，3个数字量输入，因此，扩展如图2所示的一个8数字量输入模块，其中1L、2L、3L为PLC输出公共端，1M、2M为PLC输入公共端，M和L+分别接24V直流电源0V和24V；M0～M2为输出继电器，它们与PLC输出端的对应关系如图2所示，其中M0、M1、M2分别控制道岔定位、反位和操作开关；S0～S17为输入开关量，它们与PLC输入端的对应关系如图2所示，其中S0、S1分别为定位、反位输入，S2为方向输入，S3～S9为7段轨道电路分别对应的信号灯电路输入，S10位移频信号输入，S11～S17为7段轨道电路分别对应的输入。所述PLC预置心跳检测程序中的计数器通过多个定时器和开关变量结合，实现计数器定时加1，到达设定的最大值后，计数器复位，重新开始计数。

OPC服务端模块包括专业OPC软件、OPC配置文件，其中，OPC软件包括PLC的以太网通信OPC驱动，OPC配置文件包括与PLC中变量地址对应的变量配置文件、针对以太网OPC通信的配置文件，OPC服务端通过计算机以太网通信模块与PLC的以太网通信模块利用以太网线建立通信连接，变量配置包括如图2所示的18个输入对应的PLC变量地址、3个输出对应的PLC变量地址、PLC预置心跳检测程序中的计数器C1。

组态项目模块包括全局脚本模块、图形化界面及配置、变量配置模块，其中，全局脚本模块用于处理全局事件，包括通信检测、自定义项目函数，图形化界面及配置包括图形展示界面、图形变量绑定、图形事件C脚本，变量配置模块包括内部变量、外部变量、系统变量。通信检测的基本原理为：采用设置时钟周期执行全局动作的方式，循环读取所述PLC中的计数器C1的值，若该值与上一周期值不同，则判断通信正常，若该值与上一周期相同，则判断通信断开。

利用上述基于组态技术的铁路轨道电路及道岔监控系统，根据实际需求对实施例进行具体描述。如图3所示，包括如下图形化界面及配置内容：

一，按钮操作区。

所述按钮操作区包括退出系统、定位操作、反位操作、单锁/单解，基本原理分别如下：

(1)退出系统。该操作需要定义按钮点击事件，并调用组态软件提供的系统函数，实现退出监控界面及退出项目。

(2)定位操作。定位是铁路道岔的一种位置状态，控制道岔到定位状态，需要M0和M2同时动作，即对应的PLC输出地址Q0.0和Q0.2同时输出，如图3所示，并保持1.5S后断开输出，通过给该按钮编写事件C脚本实现基于OPC协议控制PLC中Q0.0和Q0.2输出和保持。

(3)反位操作。反位是铁路道岔的一种位置状态，控制道岔到反位状态，需要M1和M2同时动作，即对应的PLC输出地址Q0.1和Q0.2同时输出，如图3所示，并保持1.5S后断开输出，通过给该按钮编写事件C脚本实现基于OPC协议控制PLC中Q0.1和Q0.2输出和保持。

(4)单锁/单解。用于控制定位、反位按钮的可用性，定义一个内部二进制变量TagS，如图3所示，值为0时单解，定位、反位按钮可操作，值为1时单锁，定位、反位按钮不可操作，该按钮显示内容由C脚本控制，单锁状态时显示“单解”，单解状态时显示“单锁”，定位、反位按钮的可用性属性需要绑定TagS，根据TagS值的变化自动更新可用性属性。

二，图形对象区。

(1)定位、反位状态显示。采用2个圆形图形对象分别反映定位、反位状态，如图3所示，定位、反位状态均由开关输入S0和S1共同决定，即定位、反位图形对象需要绑定PLC中输入I0.0和I0.1对应的变量，组态项目中对应的变量名分别为I00和I01，绑定方式为“I00+2*I01”，该值为一个模拟量，值为1时定位图形显示绿色，反位图形不显示，值为2时反位图形显示黄色，定位图形不显示，即当二者只有定位有输入时，道岔状态为定位，只有反位有输入时，道岔状态为反位，其他情况为挤岔报警，变量变化时，图形显示也随之变化。

(2)轨道电路显示。轨道电路包括7段，从左到右分别为1G～7G，同时也是列车行车方向的正向，对应的输入开关量为S11～S17，对应PLC输入变量地址为I1.3、I1.4、I1.5、I2.4、I2.5、I2.6、I2.7，组态项目中对应的变量名为I13、I14、I15、I24、I25、I26、I27，若各段轨道电路对应的变量值为1，即有输入，该段轨道电路图形对象显示红色，否则显示蓝灰色，其中，红色表示该段轨道电路对应的铁路轨道上有车，若列车处于2段轨道电路交界处，则这2段轨道电路对应的输入变量值均为1，,图形对象显示红色，即有车状态。

(3)信号灯显示。所述轨道电路的每段分别包含一组信号灯，信号灯的状态显示了当前段轨道和前方轨道的有车情况，因此，对应的输入开关量、PLC输入变量地址、组态项目中对应的变量名也分别为S11～S17、{I1.3、I1.4、I1.5、I2.4、I2.5、I2.6、I2.7}、{I13、I14、I15、I24、I25、I26、I27}，与轨道电路显示不同之处在于，信号灯的显示由这些变量及方向输入S2(PLC输入I0.2，组态项目变量I02，值为0表示正向，值为1表示反向)共同决定，如图3所示，其中，每组信号灯包括两个信号灯，各组信号灯显示逻辑如表1所示，逻辑描述如下：

表1各组信号灯显示逻辑

轨道电路1G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I13+4*I14+8*I15”，显示原理：I13值为1，即1G有车，信号灯显示红色；I13值为0，即1G无车，若I14值为1，即2G有车，信号灯显示黄色，若I14值为0，则判断I15，值为1，信号灯显示黄色和绿色，若I15值为0，信号灯显示绿色，如表1所示。

轨道电路2G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I14+4*I15+8*I24”，显示原理：I14值为1，即2G有车，信号灯显示红色；I14值为0，即2G无车，若I15值为1，即3G有车，信号灯显示黄色，若I15值为0，则判断I24，值为1，信号灯显示黄色和绿色，若I24值为0，信号灯显示绿色。

轨道电路3G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I15+4*I24+8*I25”，显示原理：I15值为1，即3G有车，信号灯显示红色；I15值为0，即3G无车，若I24值为1，即4G有车，信号灯显示黄色，若I24值为0，则判断I25，值为1，信号灯显示黄色和绿色，若I25值为0，信号灯显示绿色。

轨道电路4G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I24+4*I25+8*I26”，显示原理：I24值为1，即4G有车，信号灯显示红色；I24值为0，即4G无车，若I25值为1，即5G有车，信号灯显示黄色，若I25值为0，则判断I26，值为1，信号灯显示黄色和绿色，若I26值为0，信号灯显示绿色。

轨道电路5G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I25+4*I26+8*I27”，显示原理：I25值为1，即5G有车，信号灯显示红色；I25值为0，即5G无车，若I26值为1，即6G有车，信号灯显示黄色，若I26值为0，则判断I27，值为1，信号灯显示黄色和绿色，若I27值为0，信号灯显示绿色。

轨道电路6G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I26+4*I27”，显示原理：I26值为1，即6G有车，信号灯显示红色；I26值为0，即6G无车，若I27值为1，即7G有车，信号灯显示黄色，若I27值为0，信号灯显示绿色。

轨道电路7G对应的信号灯显示(I02值为0)。绑定变量方式为“I02+2*I27”，显示原理：I27值为1，即7G有车，信号灯显示红色；I27值为0，即7G无车，信号灯显示绿色。

若I02值为1，即方向为反向，则所有信号灯均不显示。

(4)静态对象。静态对象是不随变量或按钮点击动态变化的对象，包括纯文本对象、辅助图形。

三，报警消息区。

(1)挤岔报警。由S0和S1共同决定，对应PLC输入变量地址为I0.0和I0.1，对应组态项目变量为I00和I01，当I00和I01同时为0或同时为1时，挤岔报警图像显示红色，其他情况(定位/反位)不显示。

(2)反向提示。由S2决定，对应PLC输入变量地址为I0.2，对应组态项目变量为I02，当I02值为0时显示绿色，表示正向，当I02值为1时显示红色，表示反向。

(3)断丝报警。断丝报警是针对信号灯的电路导通情况进行监控，在本具体实施例中，一共有7段轨道电路，对应7组信号灯，断丝报警输入由S3～S9分别决定，对应PLC输入变量地址为I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1，对应组态项目变量为I03、I04、I05、I06、I07、I10、I11，值为0时，表示信号灯电路连接正常，各断丝报警图形对象不显示，值为1时，对应的断丝报警对象显示为红色。

(4)移频报警。由S10决定，对应的PLC输入变量地址为I1.0，对应的组态项目变量为I10，值为0时，移频报警图形对象不显示，值为1时，显示为红色。

(5)通信断开报警。由计数器C1的是否变化决定，通过创建全局C脚本，建立周期为1S的定时器，定时读取PLC中计数器C1的值，C1的计数周期为50ms，当前周期读取的计数器C1与前一周期读取的计数器C1值比较，若不相同，则判断通信正常，通信预警图形对象显示绿色，若相同，则判断通信断开，通信预警图形对象显示红色，该方式有效避免了OPC软件和组态软件自带通信状态检测方法延时较长的问题，有效提高了通信状态检测的实时性。

(6)消息列表，所有报警消息和报警离开消息均在消息列表中显示，最新消息显示在最前面，滚动展示。

本发明针对现有的铁路轨道电路及道岔监控系统缺乏实时性、便捷性及故障原因分析不及时的情况，提出一种专门的铁路轨道电路及道岔监控系统，能够有效地针对铁路轨道电路及道岔进行实时、可视化得监控，针对出现的故障及时、准确报警，有利于铁路电务段工作人员实时掌握铁路轨道电路及道岔状态、及时发现引起故障的原因，并且该系统及方法基于组态技术，有较强的可配置性和可扩展性，有利于对铁路轨道电路及道岔进行更大范围的监控与管理。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。