利用TCDS對(duì)軸溫報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)

延九磊,周忠良,王旭如,張瑞芳

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所,北京100081)

軸溫集報(bào)系統(tǒng)在我國(guó)鐵路客車(chē)上被廣泛使用,在防范車(chē)輛的熱軸、切軸事故,保障列車(chē)的運(yùn)行安全方面發(fā)揮著重要作用。該系統(tǒng)包括車(chē)廂軸報(bào)器和列車(chē)集報(bào)器,它們通過(guò)FSK網(wǎng)絡(luò)連接在一起,集報(bào)器在列車(chē)運(yùn)行途中記錄數(shù)據(jù),列車(chē)到站后通過(guò)IC卡下載本次運(yùn)行數(shù)據(jù),然后再通過(guò)地面的軸溫分析軟件查看數(shù)據(jù)。這種方式需要隨車(chē)乘務(wù)員定時(shí)巡視查看車(chē)輛各軸的溫度和報(bào)警情況,且地面不能實(shí)時(shí)獲得軸溫?cái)?shù)據(jù)。

2005年后大部分鐵路客車(chē)安裝了TCDS(客車(chē)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)),將軸溫集報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS方式無(wú)線傳輸至車(chē)輛的運(yùn)用單位,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

TCDS是5T安全監(jiān)控系統(tǒng)之一,對(duì)鐵路客車(chē)的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用TCDS傳輸軸溫報(bào)警數(shù)據(jù)就是其中的一項(xiàng)主要內(nèi)容。TCDS車(chē)載主機(jī)采用與列車(chē)集報(bào)器相同的方式連接到車(chē)載網(wǎng)絡(luò)接收列車(chē)的軸溫?cái)?shù)據(jù),然后通過(guò)GPRS把軸溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至TCDS地面服務(wù)器,用戶實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù),監(jiān)控車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)。

1 問(wèn)題提出

TCDS自裝車(chē)運(yùn)用以來(lái),在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題:

(1)車(chē)廂軸報(bào)器的車(chē)號(hào)偶發(fā)性跳變,容易引起編組錯(cuò)誤;

(2)編組采用最大集合法,不能及時(shí)反映車(chē)輛變化情況;

(3)車(chē)廂軸報(bào)器在使用過(guò)程中存在大量的開(kāi)路、短路和數(shù)據(jù)紋波,干擾正常的超溫診斷。

2 編組改進(jìn)

由于車(chē)廂軸報(bào)器偶發(fā)性產(chǎn)生一些錯(cuò)誤車(chē)號(hào),對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控產(chǎn)生了干擾,這時(shí)如采用最大集合法形成編組,就會(huì)出現(xiàn)如圖1的錯(cuò)誤。

圖中1、2、3號(hào)車(chē)在運(yùn)行中都出現(xiàn)了偶發(fā)干擾,導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)控界面中出現(xiàn)了重復(fù)的車(chē)號(hào)。下面從軸報(bào)器的數(shù)據(jù)格式入手,進(jìn)行編組改進(jìn)。

軸報(bào)器提供的數(shù)據(jù)只有一種,其格式的主要內(nèi)容包括:車(chē)號(hào)、車(chē)序號(hào)、軸溫?cái)?shù)據(jù)和報(bào)警碼。

由于監(jiān)控的需要,TCDS車(chē)載主機(jī)需要向地面系統(tǒng)提供當(dāng)前車(chē)輛的編組信息,即哪些車(chē)號(hào)編掛在此列車(chē)上,并且相應(yīng)的序號(hào)是多少。根據(jù)上述格式,車(chē)載軟件需要進(jìn)行編組的轉(zhuǎn)換工作。

首先定義轉(zhuǎn)換后的編組格式為編組輛數(shù)、車(chē)號(hào)數(shù)組、序號(hào)數(shù)組和狀態(tài)數(shù)組。

圖1 最大集合法編組使軸報(bào)器產(chǎn)生的錯(cuò)誤

根據(jù)上述兩種格式來(lái)討論編組形成的算法,假設(shè)列車(chē)為18輛編組,在使用中會(huì)發(fā)生如下情況:

(1)第N車(chē)欠編(N為車(chē)序號(hào));

(2)第N車(chē)和其后的車(chē)輛甩掛;

(3)第N車(chē)通信時(shí)斷時(shí)續(xù);

(4)第N車(chē)數(shù)據(jù)為偶發(fā)的異常數(shù)據(jù);

(5)甩掛N車(chē)后又加掛另一車(chē)號(hào)的N車(chē)。

編組的形成算法需要滿足以上使用條件,首先設(shè)計(jì)編組算法的實(shí)現(xiàn)步驟:

(1)建立空的編組鏈表;

(2)接收軸報(bào)數(shù)據(jù);

(3)完成CRC校驗(yàn)和閾值校驗(yàn),保證數(shù)據(jù)的合法性;

(4)通過(guò)計(jì)算發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率,驗(yàn)證頻率的合法性(頻率 f＞F為合法);

(5)將車(chē)號(hào)、序號(hào)信息加入編組鏈表(若該車(chē)號(hào)在編組鏈表中存在,則更新鏈表);

(6)如果鏈表中某車(chē)號(hào)T時(shí)間內(nèi)沒(méi)有被更新,則置鏈表中該車(chē)號(hào)的狀態(tài)為離線;

(7)按序號(hào)從大到小的順序掃描鏈表,去掉鏈表中的離線車(chē)輛,直到遇見(jiàn)一個(gè)在線車(chē)輛為止;

(8)如果鏈表中有相同序號(hào)的車(chē)輛,則刪除其中的離線車(chē)輛;

(9)形成轉(zhuǎn)換后的編組格式。

文中F為合法軸溫?cái)?shù)據(jù)的最低頻率要求;T為車(chē)輛的超時(shí)時(shí)間。

利用此算法可正確的獲得列車(chē)編組,同時(shí)又能及時(shí)反應(yīng)編組的變化情況,在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性有很大提高。例如偶發(fā)的錯(cuò)誤車(chē)號(hào),可用頻率校驗(yàn)將其剔除;車(chē)輛甩掛,則被甩車(chē)輛發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率會(huì)降為零,在去掉尾部離線車(chē)的步驟中即可剔除。圖2是此編組形成算法的邏輯框圖。

圖2 改進(jìn)編組算法的邏輯框圖

3 改進(jìn)報(bào)警診斷

圖3～圖5是TCDS在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的異常軸溫?cái)?shù)據(jù),包含了大量的開(kāi)路、短路和紋波,對(duì)真正的超溫診斷產(chǎn)生了較大干擾。

圖3 紋波干擾

圖4 開(kāi)路故障

圖5 傳感器故障

軸報(bào)器提供的數(shù)據(jù)主要依靠單幀來(lái)進(jìn)行診斷和報(bào)警,其規(guī)則也相對(duì)簡(jiǎn)單,具體如下:

當(dāng)溫度傳感器開(kāi)路或短路時(shí),置相應(yīng)的溫度值為181或182;

當(dāng)軸溫大于環(huán)境溫度45℃時(shí),報(bào)告超溫報(bào)警;

當(dāng)軸溫超過(guò)90℃時(shí),報(bào)告超溫報(bào)警。

由于診斷算法簡(jiǎn)單,且沒(méi)有異常數(shù)據(jù)的處理,最后的診斷報(bào)告難免存在誤報(bào),因此需要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行算法的改進(jìn),提高報(bào)警的準(zhǔn)確率。

(1)診斷異常數(shù)據(jù)

由于列車(chē)軸溫?cái)?shù)據(jù)屬于慢變量,溫度的上升和下降需要一個(gè)時(shí)間的過(guò)程,特別是對(duì)于軸頭軸箱這樣的剛體。因此根據(jù)此特性可定義如下情況為異常數(shù)據(jù):

ΔT和跳變的幅度根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

經(jīng)對(duì)列車(chē)集報(bào)器所記錄數(shù)據(jù)的分析,約有90%以上的異常數(shù)據(jù)符合此情況,因此采用此算法過(guò)濾升溫跳變和降溫跳變可有效地防止由于數(shù)據(jù)異常而引起的誤報(bào)警。

(2)全列環(huán)境溫度綜合評(píng)判

環(huán)境溫度傳感器發(fā)生開(kāi)路、短路或紋波干擾時(shí),使用全列環(huán)境溫度的中值(非平均值)代替,進(jìn)行超溫報(bào)警的綜合診斷,提高系統(tǒng)的可靠性。

(3)加入超溫預(yù)警診斷

提示車(chē)輛運(yùn)用人員重點(diǎn)關(guān)注預(yù)警的車(chē)輛,有助于在熱軸發(fā)生前進(jìn)行防范。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前TCDS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸溫報(bào)警數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,車(chē)輛的運(yùn)用單位能夠遠(yuǎn)程對(duì)車(chē)輛軸溫變化情況進(jìn)行監(jiān)控,但對(duì)車(chē)輛編組變化的反映還不夠及時(shí),車(chē)輛的報(bào)警判斷條件較為單一,還不足以防范由于數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而引起的誤報(bào)。通過(guò)采用上文所述的動(dòng)態(tài)列車(chē)編組算法和報(bào)警診斷規(guī)則可有效地提高遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。

[1] 劉瑞揚(yáng),楊 京.鐵路客車(chē)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)(TCOS)原理及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[2] 李 華,顏 純.TB/T2226—2002 鐵路客車(chē)用集中軸溫報(bào)警器技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2002.