計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的仿真研究

范婷++陳麗杰++余利波

摘 要：本文研究的系統(tǒng)屬于計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)部分，可以在界面上直觀的查看各個(gè)軌道區(qū)段狀態(tài)和繼電器狀態(tài)。傳統(tǒng)計(jì)軸系統(tǒng)不能直觀觀察區(qū)段狀態(tài)，而且需要到機(jī)械室才能觀察到繼電器狀態(tài)。系統(tǒng)主要包括傳感器模塊、繼電器模塊、軸顯模塊、規(guī)則模塊和區(qū)段模塊。利用虛擬串口調(diào)試工具產(chǎn)生進(jìn)路上列車(chē)運(yùn)行的軸數(shù)信號(hào)，傳感器模塊采集軸數(shù)信號(hào)，軸顯模塊根據(jù)設(shè)定的規(guī)則對(duì)軸數(shù)信號(hào)進(jìn)行判斷，進(jìn)路上相應(yīng)繼電器狀態(tài)也隨之改變，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)列車(chē)占用/出清軌道區(qū)段的功能。

關(guān)鍵詞：計(jì)軸系統(tǒng)；繼電器；傳感器；區(qū)段；監(jiān)測(cè)

計(jì)軸又稱微機(jī)計(jì)軸，是安裝在鐵路車(chē)站和區(qū)間的檢測(cè)設(shè)備，利用安裝在鋼軌上的傳感器采集列車(chē)運(yùn)行的軸信息，通過(guò)專用通道傳送回室內(nèi)，經(jīng)過(guò)室內(nèi)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理后把本站軸數(shù)發(fā)送給對(duì)方站，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行到達(dá)對(duì)方站時(shí)，對(duì)方站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較此時(shí)采集到的軸數(shù)與發(fā)車(chē)站發(fā)送的軸數(shù)是否相等，進(jìn)行軌道區(qū)段運(yùn)行狀態(tài)的一種技術(shù)[1]。

計(jì)軸設(shè)備代替軌道電路檢查軌道區(qū)段占用情況的時(shí)間已有百年，計(jì)軸軌道電路能解決軌道電路分路不良、輕車(chē)跳動(dòng)、溜車(chē)等問(wèn)題。在我國(guó)，西南的山區(qū)鐵路較早使用了計(jì)軸設(shè)備。計(jì)軸設(shè)備常用在一些潮濕、沙化、山區(qū)、礦區(qū)等不良環(huán)境條件下使用[2]。

計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)軸系統(tǒng)研發(fā)的診斷系統(tǒng)，將傳感器、計(jì)數(shù)器、串口通信、主機(jī)單元和顯示器有機(jī)的組合在一起，它能對(duì)軌道區(qū)段狀態(tài)和繼電器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便日常維護(hù)，為維修人員提供參考數(shù)據(jù)，為故障診斷、故障處理提供了一個(gè)可視化的分析平臺(tái)，提高了計(jì)軸系統(tǒng)的實(shí)用性[3]。

1 系統(tǒng)概述

計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是傳統(tǒng)計(jì)軸系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)，它在幫助維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、監(jiān)督設(shè)備狀態(tài)、分析計(jì)軸設(shè)備故障原因、輔助故障處理、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修、反應(yīng)設(shè)備應(yīng)用狀況和提高電務(wù)部門(mén)維護(hù)水平等方面有著重大作用。計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的采集列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、重放、查詢[4]。

計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、多媒體技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，并將上訴技術(shù)與鐵路信號(hào)技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量、模擬量、狀態(tài)、報(bào)警等信息的采集、分析、歸納，給出設(shè)備故障趨勢(shì)預(yù)警以及為解決問(wèn)題和故障維修指明大致方向，使得計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為維護(hù)人員重要輔助設(shè)備以及故障分析的“黑匣子”[5]。計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替軌道電路設(shè)置于軌道區(qū)域，可以有效解決站內(nèi)白光帶/紅光帶、區(qū)間紅光帶、軌道電路分路不良等軌道區(qū)段常見(jiàn)問(wèn)題，也可用在半自動(dòng)閉塞區(qū)間，實(shí)現(xiàn)站間自動(dòng)閉塞，提高行車(chē)效率。其工作原理是室內(nèi)采集單元通過(guò)采集室外車(chē)輪傳感器的信息，計(jì)算出區(qū)段的占用/空閑狀態(tài)，信息通過(guò)監(jiān)測(cè)接口接至計(jì)軸監(jiān)測(cè)設(shè)備，在界面上顯示區(qū)段實(shí)時(shí)狀態(tài)和繼電器狀態(tài)，便于維護(hù)人員的直觀查看。計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 計(jì)軸頻率傳感器

計(jì)軸頻率傳感器用于對(duì)室外電子檢測(cè)盒所輸出的頻率及幅度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，每個(gè)計(jì)軸頻率傳感器可以分別對(duì)2個(gè)計(jì)軸點(diǎn)的頻率信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，輸出通過(guò)總線通信接口傳送，可以組網(wǎng)。計(jì)軸頻率傳感器采用組匣式結(jié)構(gòu)，安裝方式簡(jiǎn)單，產(chǎn)品采用先進(jìn)的數(shù)字測(cè)量技術(shù)和多階數(shù)字濾波技術(shù)，產(chǎn)品的集成度高，可靠性好，具有優(yōu)異的精確度和穩(wěn)定性。

2.2 通訊單元

通訊單元用于建立計(jì)軸主機(jī)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的通信連接?；跇?biāo)準(zhǔn)總線的串口通訊單元，可從標(biāo)準(zhǔn)電腦插槽上擴(kuò)展出多路串口，采用隔離通道方式設(shè)計(jì)，與計(jì)軸系統(tǒng)隔離，其故障不會(huì)對(duì)計(jì)軸系統(tǒng)的正常使用造成影響。

基于標(biāo)準(zhǔn)總線的通訊單元，芯片集成了軟、硬件流量控制和數(shù)據(jù)突發(fā)訪問(wèn)模式，其特有的智能數(shù)據(jù)收發(fā)控制機(jī)制保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，同時(shí)最大限度提高了操作的簡(jiǎn)易性。信號(hào)采用電磁隔離方式，與傳統(tǒng)的光電隔離相比具有更高的穩(wěn)定性和抗干擾能力，且在降低功耗和信號(hào)衰減方面表現(xiàn)不俗。

2.3 開(kāi)關(guān)量單元

開(kāi)關(guān)量單元用于采集如計(jì)軸軌道條件、復(fù)位條件等。

2.4 電源檢測(cè)單元

交直流電壓測(cè)量輸入的直流電壓或交流電壓，參數(shù)通過(guò)總線輸出。

2.5 工控機(jī)

完成和系統(tǒng)各個(gè)模塊的通訊，數(shù)據(jù)采集，保存，顯示，報(bào)警，故障診斷。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)和系統(tǒng)功能指標(biāo)的分析，本系統(tǒng)應(yīng)該具有以下的功能：（1）列車(chē)運(yùn)行時(shí)區(qū)段的占用/出清顯示；（2）列車(chē)運(yùn)行時(shí)區(qū)段軸數(shù)的顯示；（3）列車(chē)運(yùn)行時(shí)區(qū)段繼電器狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化。

本文通過(guò)對(duì)計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)的研究，構(gòu)建了一個(gè)符合設(shè)計(jì)規(guī)范的計(jì)軸監(jiān)測(cè)的仿真系統(tǒng)，這是計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)的發(fā)展方向，計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)模塊如圖2所示。

本仿真系統(tǒng)主要包含幾個(gè)模塊組成：

傳感器模塊（SenSor）：用于采集列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)信號(hào)，啟動(dòng)時(shí)首先進(jìn)行初始化，當(dāng)有數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，對(duì)采集到信號(hào)進(jìn)行判別，用于對(duì)列車(chē)運(yùn)行方向的判斷和軸數(shù)增減的判斷。

區(qū)段模塊（Section）：列車(chē)運(yùn)行的線路是由一個(gè)個(gè)區(qū)段組成的，本系統(tǒng)是利用傳感器對(duì)區(qū)段進(jìn)行劃分的，區(qū)段是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。區(qū)段模塊用于組成站場(chǎng)模型，同時(shí)對(duì)本區(qū)段里面的軸數(shù)進(jìn)行加/減計(jì)算。

繼電器模塊（Relay）：繼電器是反應(yīng)區(qū)段空閑/占用的主要設(shè)備，在此模塊中能對(duì)室內(nèi)繼電器狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，采集其開(kāi)關(guān)量電壓。在界面上標(biāo)識(shí)區(qū)段中的繼電器，直觀的顯示區(qū)段繼電器狀態(tài)。

規(guī)則模塊（Rule）和軸顯模塊（AxleNum）：仿真系統(tǒng)中要對(duì)系統(tǒng)規(guī)則進(jìn)行配置，本系統(tǒng)中的規(guī)則用于判斷采集到的軸信息，并判斷該軸信息的增加或者減少。軸顯模塊在界面上形象的顯示區(qū)段內(nèi)軸數(shù)的變化。

本系統(tǒng)還具有串口通信的模擬，用于模擬出室外列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)信號(hào)，并發(fā)送給傳感器模塊進(jìn)行處理。

模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞：當(dāng)傳感器獲得軌道區(qū)段軸信息，根據(jù)所定義的規(guī)則進(jìn)行軸信息的判斷，并將其發(fā)送給相對(duì)應(yīng)的區(qū)段，區(qū)段根據(jù)接收的信息和本區(qū)段原有軸數(shù)進(jìn)行本區(qū)段空閑/占用的判斷，并將軸數(shù)信息發(fā)送給軸顯模塊，在界面上顯示區(qū)段的軸數(shù)和狀態(tài)。繼電器采集室內(nèi)繼電器端電壓，并在界面上直觀的顯示繼電器狀態(tài)，便于與區(qū)段顯示的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)各模塊之間的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路技術(shù)的大發(fā)展，由于對(duì)鐵路設(shè)備的安全性和可靠性要求越來(lái)越高，對(duì)列車(chē)運(yùn)行的安全的要求更嚴(yán)格，為此開(kāi)發(fā)出保證列車(chē)安全的計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了列車(chē)運(yùn)行的安全、效率，本系統(tǒng)在解決站內(nèi)白光帶/紅光帶，區(qū)間紅光帶；站內(nèi)、區(qū)間分路不良有著其他系統(tǒng)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。本文是基于visual studio 2010的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用MFC技術(shù)，同時(shí)結(jié)合鐵路計(jì)軸設(shè)備的有關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的仿真軟件。

傳統(tǒng)的計(jì)軸設(shè)備存在著成本高、安裝不便等問(wèn)題，并且精度不高，理論研究不深入。本文實(shí)現(xiàn)了一種計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)功能的方案，具有較強(qiáng)的可行性和可靠性，且成本相對(duì)較低。本文通過(guò)對(duì)計(jì)軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行理論研究，理論上保證整個(gè)系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)符合實(shí)際系統(tǒng)的要求。

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