鐵路客車(chē)庫(kù)(站)檢列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)方案研究

龔向東

(北京鐵路局 調(diào)度所,北京100038)

根據(jù)中華人民共和國(guó)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《鐵路貨車(chē)運(yùn)用維修規(guī)程》、《鐵路客車(chē)運(yùn)用維修規(guī)程》的要求,必須對(duì)客貨列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。目前各客車(chē)庫(kù)(站)檢作業(yè)單位都擁有各自的列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手段,但也存在各式各樣的問(wèn)題。

現(xiàn)有的列車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法及裝置歸納起來(lái)有以下幾種:

(1)傳統(tǒng)機(jī)械指針壓力表監(jiān)測(cè)

利用機(jī)械指針壓力表,目測(cè)列車(chē)尾部風(fēng)壓,手工記錄試風(fēng)結(jié)果,填寫(xiě)檢測(cè)記錄。這是較原始的列車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法。機(jī)械指針壓力表風(fēng)壓偏差較大,檢測(cè)結(jié)果受工作人員責(zé)任心影響,難于管理。

(2)電子式壓力表監(jiān)測(cè)

電子式壓力表有多種形式,大多具有數(shù)據(jù)記錄功能,無(wú)論風(fēng)壓精度和方便管理方面都有了很大進(jìn)步。但不能在試風(fēng)過(guò)程中自動(dòng)實(shí)時(shí)地給出判定結(jié)果,也不能及時(shí)反饋給值班員及相關(guān)管理人員。

(3)尾部風(fēng)壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置

尾部風(fēng)壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)比較先進(jìn),如2006年推廣使用的GTPC-2列車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)裝置,可以實(shí)時(shí)采集尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù),動(dòng)態(tài)生成壓力曲線、自動(dòng)給出判定結(jié)果。但該類(lèi)監(jiān)視系統(tǒng)也有一些缺點(diǎn)和不足:要求值班室有專(zhuān)人值班,給已經(jīng)很繁忙的值班員又增加了工作負(fù)擔(dān);智能化水平也有待提高,對(duì)于一些不是很規(guī)范的數(shù)據(jù)曲線不能識(shí)別試驗(yàn)項(xiàng)目,總是誤報(bào)或給出不合理的結(jié)果;不能實(shí)現(xiàn)信息共享,試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能提供給值班員,相關(guān)的其他作業(yè)單位以及管理者不能及時(shí)掌握等。

充分融入最新的技術(shù)手段,繼承并集中以上各種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn),摒棄缺點(diǎn)和不足,開(kāi)發(fā)一種新的“列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”對(duì)于加強(qiáng)列車(chē)制動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)安全監(jiān)控、方便管理、確保行車(chē)安全有著重要的意義。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

鐵路客車(chē)庫(kù)(站)檢列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由作業(yè)子系統(tǒng)、中心監(jiān)視子系統(tǒng)、Web查詢(xún)子系統(tǒng)3部分組成。中心設(shè)計(jì)思想是系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

作業(yè)子系統(tǒng)是庫(kù)(站)檢作業(yè)單位進(jìn)行列車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)的核心部分,也是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ),要完成尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、曲線監(jiān)視、試驗(yàn)項(xiàng)目識(shí)別、結(jié)果判定、試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存查詢(xún)及統(tǒng)計(jì)等功能。

監(jiān)視子系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié),在值班室實(shí)時(shí)對(duì)作業(yè)子系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視,同時(shí)采集、保存列檢作業(yè)單位的最新制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)于不合格的試驗(yàn)進(jìn)行聲光提示。監(jiān)測(cè)中心對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,可實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程控制,同時(shí)對(duì)制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、集中存儲(chǔ),在線查詢(xún)。

Web追逆子系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理環(huán)節(jié),通過(guò)本子系統(tǒng)可以在路網(wǎng)上的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)上查看各作業(yè)單位的試驗(yàn)結(jié)果表,查看每個(gè)試驗(yàn)的試風(fēng)曲線及報(bào)告,并可以對(duì)各單位試驗(yàn)合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.1 作業(yè)子系統(tǒng)

作業(yè)子系統(tǒng)由無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀、無(wú)線傳輸接發(fā)儀、列首終端機(jī)、列首中心控制器、數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)等部分組成,設(shè)置于客車(chē)庫(kù)(站)檢(圖2)。

圖1 鐵路客車(chē)庫(kù)(站)檢列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖2 作業(yè)子系統(tǒng)示意圖

列首終端機(jī)由列車(chē)前部檢車(chē)員持有,無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀掛接在列尾風(fēng)管上,無(wú)線傳輸接發(fā)儀根據(jù)需要安裝在合適位置,列首中心控制器安裝在值班室,數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)也安裝在值班室。

無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀主要完成列車(chē)管風(fēng)壓的采集、數(shù)字化處理,同時(shí)將采集后經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)在無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀的LED和存儲(chǔ)器內(nèi),且根據(jù)無(wú)線傳輸接發(fā)儀的要求將該數(shù)據(jù)同步傳送給無(wú)線傳輸接發(fā)儀。

無(wú)線傳輸接發(fā)儀作為中轉(zhuǎn)站將收到的無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)進(jìn)行傳輸,同時(shí)接收數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)下達(dá)的指令并將其轉(zhuǎn)送給無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀。

列首終端機(jī)(列首檢車(chē)員主控使用)是手持式設(shè)備,作業(yè)人員輸入班組,股道號(hào)、車(chē)次、輛數(shù)、制動(dòng)試驗(yàn)性質(zhì)、風(fēng)源、試驗(yàn)器號(hào)等試驗(yàn)信息,并將錄入信息發(fā)送到數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)處理和存儲(chǔ)。實(shí)時(shí)接收顯示數(shù)據(jù)處理主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的風(fēng)壓數(shù)據(jù)和判定結(jié)果。

列首中心控制器轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)列首終端機(jī)的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)接收處理主機(jī),并轉(zhuǎn)發(fā)接收處理主機(jī)發(fā)送的風(fēng)壓數(shù)據(jù)和判定結(jié)果給列首終端機(jī)。

數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)將無(wú)線傳輸接發(fā)儀轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的多個(gè)無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀列車(chē)管風(fēng)壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄、智能分析判斷、結(jié)果顯示并保存,并提供查詢(xún)、報(bào)警、系統(tǒng)自檢、聯(lián)網(wǎng)上傳等功能。由值班員完成試驗(yàn)監(jiān)控,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)。

1.2 中心監(jiān)視子系統(tǒng)

中心監(jiān)視子系統(tǒng)由兩部分組成:監(jiān)視終端和中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。監(jiān)視終端主要完成與各作業(yè)單位列車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和實(shí)時(shí)監(jiān)視功能,同時(shí)將數(shù)據(jù)存入中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。中心數(shù)據(jù)服務(wù)器是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng),它為列車(chē)段監(jiān)控中心監(jiān)視終端和Web瀏覽系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。

中心監(jiān)視子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有如下主要功能:

(1)實(shí)時(shí)顯示各作業(yè)單位列檢試驗(yàn)結(jié)果,不合格的顯示為紅色高亮并有聲音提示。(2)試驗(yàn)顯示列表可按任一單元格的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行全表數(shù)據(jù)篩選,可以非常方便的按單位、按日期、按車(chē)次、按試驗(yàn)結(jié)果等條件進(jìn)行查詢(xún)。(3)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新,僅保留最近的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)條數(shù)可設(shè)定),歷史過(guò)期數(shù)據(jù)將自動(dòng)隱藏,可以通過(guò)查詢(xún)功能查看歷史數(shù)據(jù)。既可查看試驗(yàn)結(jié)果列表,又可以輸出某試驗(yàn)的曲線及試驗(yàn)報(bào)告。(4)通過(guò)IP地址連接狀態(tài),實(shí)時(shí)顯示各作業(yè)單位網(wǎng)絡(luò)連通情況。

系統(tǒng)還具有用戶(hù)管理、列檢作業(yè)單位管理、列表顯示項(xiàng)目設(shè)定、重抄歷史數(shù)據(jù)、通信報(bào)文監(jiān)視等功能。

1.3 Web查詢(xún)子系統(tǒng)

通過(guò)局域網(wǎng)可遠(yuǎn)程查詢(xún)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于中心數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)時(shí)更新的。因此Web瀏覽數(shù)據(jù)時(shí)也是最新的。系統(tǒng)具有權(quán)限管理模塊,可以限制非法用戶(hù)的訪問(wèn)。

Web查詢(xún)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有如下主要功能:

(1)顯示試驗(yàn)結(jié)果:顯示各作業(yè)單位最近試驗(yàn)情況,標(biāo)明合格、不合格或未做試驗(yàn)。(2)歷史試驗(yàn)查詢(xún):查看某作業(yè)單位指定時(shí)段的列檢試驗(yàn)情況。(3)查看打印試驗(yàn)曲線:顯示或打印指定試驗(yàn)的試驗(yàn)報(bào)告,含試驗(yàn)數(shù)據(jù)和風(fēng)壓變化曲線。(4)試驗(yàn)合格率統(tǒng)計(jì)及輸出:統(tǒng)計(jì)各列檢作業(yè)單位在指定時(shí)間段內(nèi)試驗(yàn)的合格率,并形成報(bào)表輸出。(5)輸出試驗(yàn)列表:查詢(xún)指定作業(yè)單位、指定時(shí)段的全部試驗(yàn),列出各試驗(yàn)項(xiàng)目的充風(fēng)、減壓、保壓、結(jié)果等數(shù)據(jù)形成報(bào)表輸出。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)的研究主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用設(shè)計(jì);(1)作業(yè)子系統(tǒng)采用分段無(wú)線通信模式;(2)試驗(yàn)項(xiàng)目智能識(shí)別,試驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)判定,不合格試驗(yàn)自動(dòng)診斷;(3)實(shí)現(xiàn)值班員主導(dǎo)模式和檢車(chē)員主導(dǎo)模式靈活可配;(4)多重保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸;(5)試驗(yàn)結(jié)果及曲線的Web發(fā)布;

2.1 分段無(wú)線通信方式

無(wú)線方式比有線方式在現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)、成本等多方面具有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)合理選型和技術(shù)優(yōu)化,無(wú)線方式通信距離和可靠程度可以滿(mǎn)足列檢試風(fēng)監(jiān)測(cè)需要。

現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)無(wú)線通信采用多種通信設(shè)備:

(1)無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀采用微功率無(wú)線數(shù)傳模塊,具有抗干擾性強(qiáng)、全透明傳輸、體積小、功耗低及傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),完全可以適應(yīng)電池供電、覆蓋作業(yè)場(chǎng)一端區(qū)域的工作要求。(2)由客車(chē)庫(kù)(站)檢兩端到值班室一般距離稍遠(yuǎn),因此系統(tǒng)的中繼設(shè)備無(wú)線傳接發(fā)儀采用大功率數(shù)傳模塊,該模塊傳輸距離應(yīng)達(dá)5 km。(3)在有些情況下,特別是特等站,車(chē)站設(shè)備、供電、機(jī)車(chē)、通訊、車(chē)輛等作業(yè)單位集中。為了分散利用無(wú)線頻點(diǎn)資源,避免鄰頻干擾,列首終端機(jī)應(yīng)采用已有充分驗(yàn)證的鐵路專(zhuān)用400 MHz對(duì)講機(jī)通信。

2.2 智能化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用分段曲線擬合法,在試驗(yàn)過(guò)程中智能完成對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目(漏泄試驗(yàn)、感度試驗(yàn)、安定保壓、持續(xù)保壓試驗(yàn)、簡(jiǎn)略試驗(yàn)等)識(shí)別、試驗(yàn)結(jié)果判定及不合格原因分析。

通過(guò)對(duì)充風(fēng)、減壓、保壓、緩解等不同試風(fēng)階段風(fēng)壓變化規(guī)律的分析,分段形成不同情況下(如定壓500或600 kPa、減壓 50或100 kPa)的標(biāo)準(zhǔn)曲線,并增加擬合范圍及保壓延時(shí)等參數(shù),在試風(fēng)過(guò)程中對(duì)曲線進(jìn)行自動(dòng)擬合,并根據(jù)不同列車(chē)性質(zhì)(始發(fā)、到達(dá)等)所做試驗(yàn)項(xiàng)目不同的情況,自動(dòng)識(shí)別具體項(xiàng)目,并動(dòng)態(tài)刷新結(jié)果。對(duì)于不合格情況,根據(jù)擬合結(jié)果給出充風(fēng)不足/過(guò)充、減壓過(guò)量/不足、保壓時(shí)間不足等不合格原因(見(jiàn)圖3)。

圖3 曲線擬合圖

2.3 數(shù)據(jù)傳輸安全

系統(tǒng)采用鐵路專(zhuān)網(wǎng)作為各作業(yè)單位向中心傳輸數(shù)據(jù)的信道。系統(tǒng)有如下設(shè)計(jì)要點(diǎn):

(1)各作業(yè)單位基本都具備路網(wǎng)上網(wǎng)條件;(2)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要壓縮,采用TCP/IP通信技術(shù)進(jìn)行傳輸;(3)設(shè)計(jì)重發(fā)保護(hù)機(jī)制,連續(xù)N次重發(fā),只有接收到合法應(yīng)答才確認(rèn)發(fā)送成功;(4)設(shè)計(jì)暫存隊(duì)列,對(duì)于重發(fā)N次仍失敗的數(shù)據(jù),存入暫存隊(duì)列,在系統(tǒng)空閑時(shí)定期嘗試重發(fā),一但網(wǎng)絡(luò)暢通,則能立即上傳;(5)除新數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳機(jī)制外,還設(shè)計(jì)中心主動(dòng)呼叫歷史數(shù)據(jù)功能。

通過(guò)以上設(shè)計(jì),可以保證數(shù)據(jù)完整性和相對(duì)的實(shí)時(shí)性:

(1)在網(wǎng)絡(luò)通暢時(shí),可以實(shí)時(shí)自動(dòng)上傳;(2)在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí),可以擇機(jī)自動(dòng)上傳;(3)在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí),中心可以主動(dòng)呼叫。

2.4 試驗(yàn)曲線網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

系統(tǒng)通過(guò)Web方式在網(wǎng)上查詢(xún)?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)和曲線,可以方便的查詢(xún)當(dāng)前或以往的列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)信息。系統(tǒng)的Web曲線功能采用SQLSERVER2008的報(bào)表服務(wù)器開(kāi)發(fā),曲線直觀、清晰,為上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)決策及故障定責(zé)提供了方便快捷的手段(見(jiàn)圖4)。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器框圖

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用分層設(shè)計(jì),分為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層是指存儲(chǔ)試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)及試驗(yàn)基本信息的數(shù)據(jù)表。應(yīng)用層由視圖、函數(shù)、存儲(chǔ)過(guò)程等組成,完成對(duì)數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的過(guò)濾、組合、統(tǒng)計(jì)、格式轉(zhuǎn)換等工作,可直接提供給報(bào)表應(yīng)用層或外部應(yīng)用模塊

報(bào)表采用SQLSERVER報(bào)表服務(wù)器平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì),發(fā)布安裝于報(bào)表服務(wù)器上,與數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層相連。SQLSERVER報(bào)表服務(wù)器提供強(qiáng)大的曲線報(bào)表顯示功能,可將風(fēng)壓數(shù)據(jù)以曲線方式顯示出來(lái),并添加適當(dāng)?shù)恼f(shuō)明及標(biāo)注,既實(shí)用,又美觀。

Web查詢(xún)子系統(tǒng)的報(bào)表通過(guò)IP映射到報(bào)表服務(wù)器上,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)頁(yè)面則直接通數(shù)據(jù)連接器連接到數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層。

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是集智能儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)、智能擬合技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、Web發(fā)布技術(shù)為一體的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)可適用于鐵路客車(chē)庫(kù)(站)檢列車(chē)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)的尾部風(fēng)壓監(jiān)測(cè),具有測(cè)量精確、通信可靠、智能化程度高、使用簡(jiǎn)單方便、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享化程度高等優(yōu)點(diǎn),它的研制和應(yīng)用有助于提高客車(chē)制動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的質(zhì)量管理技術(shù)水平,為制動(dòng)試驗(yàn)的技術(shù)作業(yè)提供了質(zhì)量過(guò)程控制手段,為客貨車(chē)的安全管理提供了一種高效、快捷、準(zhǔn)確的質(zhì)量追朔方法,此方案的實(shí)施對(duì)保證行車(chē)安全具有重要的意義。

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