（中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司河西运输段陕西省神木市719300）
摘要：伴随社会经济的持续、高速、稳健发展，科学技术水平不断提升，许多先进技术在铁路领域中得到广泛应用。为了能够从根本上提高铁路接触网的运行效率与稳定性，本文设计了一种比较实用且高效的电气化铁路接触网导线接头及换相点温度监测系统，借助所配套的温度传感器，以高压部位为对象，就其温度进行实时检测，并借助两级无线数据传输网络，来实现温度数据的实时、高效率传输。用户仅需要借助所设置的远端数据监测中心软件，便可以直接且方便的管理与控制处于被监测状态的各种信息，最终实现调阅、查询即监测各处接触网导线接头及换相点温度信息的目的，现对具体思路作一探讨与深究。
关键词：无线传感技术；接触网导线接头；换相点温度监测系统
在整个电气化铁路架构当中，接触网供电为其最为常用且高效的供电网络方式，而对于接触网导线而言，其则为整个接触网体系当中的重要构成；当电力机车处于运行状态时，电弓滑板会与其直接接触，从而不断的摩擦，受此影响与趋势，会自接触线上得到电能。针对电弓滑板来讲，其在通过接触网导线接头及换相点时，会形成强烈的电弧，造成温度在短时间内快速升高，并且受此影响，非常容易出现腐蚀或氧化情况，因而会对其整体的机械性能、强度造成直接影响，引发各种事故（比如供电线路断路等），最终便会对正常供电造成影响，导致比较严重的物资与经济损失。利用先进的接触网导线接头及换相点温度监测系统（简称监测系统），能够对那些处于实际运行状态的接触网导线接头的温度，以及换相点温度展开实时性、全面性监视，如果接触网导线接头或者是换相点的温度出现异常，那么能够及早找出故障位置，及时进行处理，预防不良事故的出现。还需要指出的是，从接触网所得到的电能，干扰量比较强，借助两级无线传输方式，能够实时监测接触网导线接头的温度以及换相点的温度，如此一来，不仅能隔离高压，而且还能在具体的一级传输网络体系当中，将干扰量对温度监测所造成的影响予以消除；此外，还能采集所管区域内的温度。本文结合此情况及技术条件，就此系统作一探讨。
1.GPRS远程无线传输分析
1.1SIM300编程及其分析
针对此传输终端来讲，其核心位于FPRS模块SIM300与单片机之间的有效通信，需结合现实情况对SIM300进行初始化操作，且借此来实现数据的实时传送。而对于SIM300的通信，以及单片机的通信来讲，主要是借助特定的串口，来实现AT指令的实时发送；还需要强调的是，大多数AT指令的结束方式均为回车，因此，在整个程序架构当中，需要利用宏定义模块所对应的AT指令来实现。还需要说明的是，在实际操作当中，需要先将SIM300启动，而在启动SIM300的方式上，主要有两种方式，其一为自动启动，其二是手动启动，而对于手动启动来讲，实际就是置低SIM300所对应的PWRKEY引脚，持续3秒，后实施高电平，最后自动启动，如此一来，便可以借助能够启动硬件的软件来进行模拟，最终实现启动。而在现实操作与应用当中，不可借助手动启动模块来进行启动，把PWRKEY根据现实需要，与单片机所对应的引脚P4^4相连接，且对其进行相应配置，使其处于输出状态，借助程序来实现自动化启动，需要强调的是，通过启动SIM300且成功之后，便能借助串口，将AT指令发送给SIM300，然后便可实施初始化操作；当完成初始化之后，便可以进行数据发送，FPRS发送数据功能的基本流程为：首先将模块所对应的回显功能给关闭掉，其次，对网络注册与否进行查询；第三，对PDP移动场景进行定义，其四，将FPRS连接予以激活；其五，初始化模块为cmmet连接，其六，与服务器相连接，其七，完成数据发送。
还需要指出的是，SIM300实为一种内嵌有标准化的TCP/IP协议的新型GPRS模块，能够比较方便的与服务器相连接，另外，在与服务器进行实际连接时，在具体的连接方式上，一般有两种，其一为UDP连接，也就是用户数据包协议；其二是TCP，也就是传输控制协议。而对于TCP来分析，其实为一种以连接为对象的协议，而针对UDP协议来讲，其则为一种以数据包为基础，且没有连接的传输层协议，从根本上来讲，就是通信双方不需要事先构建“握手”连接的情况下，便能够直接进行发送。另外，由于系统需要具有较强的实用性，因此，针对那些单包有着并不大的数据量而言，在实际应用中，UDP在具体的传输效率上，要明显高于TCP，与此同时，UDP在相应头字节上，比较少，因而可以比较高效且深层次的利用宽带，相比于TCP协议，UDP可以实现数据流量的减少，这对于GPRS业务架构当中，等同于节省运营费用。本文所选择的是UDP协议。
1.2系统程序的设计思路分析
针对杆塔基座部分二级传输网络来讲，其在具体的程序流程上，需要执行如下步骤：首先，首先，实现系统初始化，主要包含SIM300初始化、串口初始化、I/O端口初始化及单片机时钟初始化，在实际操作当中，需将SIM300所对应的TCP/IP网络打开，并且根据现实需要，构建与远端服务器相对应的UDP来实现连接，用作各项数据的远程传输。其次，完成系统初始化。借助当前比较常用的UTC903，对本测量点接触网导线接头的温度数据进行测量，并对换相点的温度进行测量，另外，借助无线测量数据，对有无接收本测量点的全部数据进行准确、全面判断，如果未接收，那么则再次执行本步骤，不然则对如下步骤予以执行：针对单片机来讲，当其围绕本测量点，对其全部数据进行接收后，开始处理与分析数据，然后进行统一且严格化打包，借助GPRS，向远端的监测中心进行发送，完成后，再跳转至上述步骤。
2.短距离无线传输与温度检测分析
针对此系统而言，其高压部分能够根据现实情况，经温度传感器，对接触网导线接头的温度进行检测，此外，还对换相点所对应的温度进行检测，并且利用短距离无线传输，把所监测到的温度信息，实时性的向杆塔部分进行传输。
2.1温度检测分析
针对系统所配套的温度传感器来讲，其选用了实现比较先进的PT100铂热电阻，且借助其自身的温度与电阻，建立特定的函数关系，以此为基础，形成标准化的温度传感器，因其在测量方面有着比较高的准确性，比较大的范围，此外，还具有突出的稳定性与复现性，因而在在-200~800℃的中温范围所对应的温度测量中得到广泛应用，因而可以较好的满足系统的运作需求。而对于测温电路而言，其选用的是已经得到广泛应用的恒流源测温电路，此电路除了可以将那些由电能所传送来的干扰量给消除掉之外，还能对那些相对稳定的电压值进行实时检测。比如恒流源式测温电路，借助运放，把原先的基准电压向恒流源进行转换，此时，电流通过Pt100时，会在上面形成压降，然后借助相配套的运放，放大该微弱压降信号，也就是说，将期望或理想的电压信号输出出去，而对于此信号而言，能够与C8051F310所对应的AD转换接口直接相连。
2.2短距离无线传输分析
针对此传输终端来考量，需要把经过检测所得到的温度数据，相二级网络进行传输；另外，通过对UTC-903（短距离无线传输模块）进行选取，以此来实现数据的高质量、优质化传输；还需要指出的是，此模块实为一种有着多种功能类型且实用化高的无线透明传输模块，如超低功耗、超远距离等，在433MHz的ISM频段工作，其不仅能提供无线唤醒功能，而且还能同时提供若干频道，因而可以较好的满足一级传输网络的总体传输需求。而对于一级传输终端所对应的单片机来讲，其选用了能够全面集成，并且位于混合信号上的C8051F310型MCU芯片（系统型），此芯片自带有25通道单端/差分ADC（能够对多路器进行模拟，热切还是真正的10bit200ksample/s），除此之外，还专门设置有高效且实用的UART（增强型），因而能够根据实际需要，对PT100的电压进行精确采集。而对于一级传输终端来分析，其借助定时器，能够每间隔1分钟便对PT100的电压进行1次采集，并且还能根据现实需要，把电压值实时的向温度值进行转化；与此同时，还能借助UTC-903，把温度值、结点编号实时的向二级传输终端进行传送。
3.关于数据监测中心软件分析
3.1数据库的设计思路分析
所谓数据库设计，从基础层面来分析，就是借助当前已有的数据库管理系统，以应用对象为目标，进行合理且优质数据库模式的构建，并且还对数据库及其所对应的应用系统进行构建，使其可以更加全面、深入且高效的对数据库进行各项操作，如储存、收集、管理及操作等，另外，还应能从根本上满足企业当中各种用户的多元化需要，比如处理需要、信息需要等。而对于数据库服务器来考量，借助微软所开发的SQLServer2015（关系型数据库管理系统），围绕数据库服务器，利用常用的SQL语句，完成数据库及对应表结构的构建。另外，通过对用户需求进行准确获取与分析，数据中心监测软件需根据现实需要，构建结点数值表，除此之外，还应构建结点表、用户表等，用户表主要对用户的密码、用户名以及用户的登录时间、权限、登录ip地址、节点表存储结点编号、是否在线进行储存，除此之外，还对最大节点温度、节点的具体位置以及节点的实际故障发生次数等进行储存。需要指出的是，由于各节点储存者非常多的记录条数，为了能够在最短时间内，统计好结点温度数值，并对其展开深入分析，各节点均需要与一个结点数值表相对应，而对于结点数值表来分析，能够对节点所对应的温度数值、温度有无超出最大值、接收温度的时间等储存起来。
3.2设计软件的各项功能及分析
针对此数据监测中心软件来讲，从基础层面来分析，其实为以WPF为基础，并且运用C#所开发的一种桌面应用程序，还需要说明的是，WPF实为微软旗下的一种新型桌面平台技术。原先的基于Windosw所开发的均选用的是FDI，或者是以GDI为基础，联合子系统来进行图像的绘制，另外，WPF大部分对原先的Windows技术进行了改变，其中，最为突出的便是把绘制图形向新的图形平台DirctX进行转交，以此来更好的完成用户界面的设计，最大程度提高整个用户界面的友好性、实用性与美观性，并最终达到改变传统工业软件界面的目的。
针对应用程序来讲，其主要借助ADO.net，将各项请求提交给数据库服务器；对于ADO.net来讲，其实为一组将数据访问公开于.net程序开发者的类，能够在分布式数据共享程序进行创建时，向其提供丰富且优质的各种组件。而针对数据中心监测软件来讲，其功能模块主要有如下几种：（1）登录模块；（2）用户权限管理。需要指出的是，因用户类型不同，其对数据会有差异性的使用要求，部分用户需要对数据进行录入、删除或修改，而另有一些用户仅拥有单个权限，比如仅能查看数据等。（3）数据库操作模块。从根本上来讲，主要囊括查询、添加或者删除数据；（4）数据曲线显示模块。从基础层面来考量，主要包含动态显示温度曲线，以及以一种曲线方式显示历史数据；（5）报表打印模块；（6）能够实现智能报警的模块。依据结点分析所得到的温度值，并与温度所呈现出的实际变化相结合，来实时性或有目的性的智能报警。还需要强调的是，当用户对数据中心监测软件进行实际使用时，首先，需要输入账号与密码，登录到软件中，此时会呈现登录界面，管理员能够根据实际需要，对数据库中的内容进行各项操作，比如查询、修改、删除、增加等，此外，还能查询节点信息、用户信息等；而对于那些普通用户来讲，仅能对那些节点信息进行查看。
4.结语
综上，本文所设计的系统主要运用两极无线数据采集网络，来实时监测接触网导线接头换相点温度，针对第一级来讲，主要借助自由频段所对应的短距离无线通讯方式，来实时采集各相接触网导线接头及换相点温度信号，并且还能结合现实情况，进行短距离或者长距离传送。此种短或长距离的采集，不仅能隔离或者绝缘高压，而且还能节省系统整体上的运行成本、配置成本。而对于第2级无线数据采集方式来考量，其所选用的是GPRS网络，此方式的最大特点就是不受限于地区因素，只要在同一监测点上，无论是接触网导线接头的温度信号，还是换相点所对应的温度信号，均能借助GPRS模块，相所配套的监测终端进行传送，因而能够统一监测管制区域的全部接头以及换相点温度，这样不仅方便推广，而且还有助于通讯成本的降低。因此，本文通过设计数据监测中心软件，能够对特定区域内的全部接触网导线接头及换相点温度信息，进行有选择性、目的性的调阅，而且还能实现智能报警、实时查询及预防故障等，因而有着不错的应用效果与价值。
参考文献：
[1]郑箭锋，傅勤毅.基于Zigbee技术接触网电连接线夹温度监测装置的研究[J].铁道科学与工程学报，2017，10（2）：119-123.
[2]刘家军，杨瀚鹏，刘悦，等.基于4G网络通信的接触网主回路电气节点过热在线监测系统[J].电网与清洁能源，2018，34（1）：1-7.
[3]钟祥健.城市轨道交通直流牵引供电系统接触网热过负荷温度保护定值与取流情况分析[J].现代制造，2017（18）：59-59.
[4]童翔，李涛，喻会永，等.大风作用下接触网摆动监测系统设计与实现[J].测控技术，2016，32（11）：43-47.
[5]蒋涛，田广阔，汤钰鹏，等.基于ZigBee的接触网无线温度监控系统[J].电子设计工程，2018，26（3）：156-159.
[6]张文浩，刘统玉，石智栋，等.基于光纤传感技术的电力机车受电弓状态监测系统[J].山东科学，2016，29（3）：60-64.
[7]罗军，张伟，刘家军，等.基于红外热像仪的接触网载流安全检测系统[J].电网与清洁能源，2015，31（8）：10-14.
[8]何攀，张福生，张小荣，等.基于ANSYS的接触线电连接线夹温度场分析[J].承德石油高等专科学校学报，2017，19（5）：40-43.
作者简介：刘艳芳（1972-08），女，汉族，陕西省清涧县，副主任，助理工程师，本科，研究方向：铁路供电。