檢車員自動化培訓(xùn)與考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆云禎，鄭向東

（內(nèi)蒙古集通鐵路（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，助理工程師，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050）

現(xiàn)階段鐵路客貨車檢車員的培訓(xùn)和考評手段仍停留在師傅帶徒弟或教練示范的教學(xué)形式，存在師資水平參差不齊，沒有明確的操作規(guī)范，以及傳統(tǒng)的手工命題考試速度慢、考試覆蓋面狹窄等問題。經(jīng)開發(fā)使用的檢車員自動化培訓(xùn)和考評系統(tǒng)，不僅可模擬教練和考官，替代專職教師指導(dǎo)培訓(xùn)人員標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，還可對檢車員作業(yè)考核進(jìn)行公平公正的自動評價(jià)〔1〕。自該系統(tǒng)實(shí)施應(yīng)用以來，使檢車員培訓(xùn)和考評更加規(guī)范，并能更好地督促檢車員自覺練好基本功，使列檢作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化得到進(jìn)一步提高。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)概述該系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)智能控制、多媒體功能、自我訓(xùn)練與考核功能于一體的自動化培訓(xùn)與考評系統(tǒng)。在培訓(xùn)與考核過程中，教師或考官依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)步伐設(shè)置腳踏開關(guān)，并在待檢部位設(shè)置電子標(biāo)簽（表示故障點(diǎn)）。檢車員按規(guī)范的步伐進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)其踩踏到腳踏開關(guān)時(shí)，開關(guān)向PC機(jī)傳遞信息，PC機(jī)顯示該開關(guān)的相關(guān)信息；當(dāng)檢車員發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，用手持檢車錘對準(zhǔn)該標(biāo)簽，檢車錘射頻讀卡器讀取該標(biāo)簽信息，并通過無線發(fā)送模塊發(fā)送該信號給地面基站無線接收發(fā)模塊接收，并通過RS-485總線傳送至PC機(jī)進(jìn)行分析、存檔，考官根據(jù)PC機(jī)處理信息，結(jié)合列檢作業(yè)場列車技術(shù)檢查作業(yè)范圍和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評定檢車員的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性，并給出考核成績〔2〕。

1.2 系統(tǒng)考核內(nèi)容系統(tǒng)考核內(nèi)容組成：一是步伐，由腳踏開關(guān)來驗(yàn)證檢車員是否按規(guī)定步伐踩到位。二是發(fā)現(xiàn)故障，在檢查到所有部位的前提下，能否發(fā)現(xiàn)故障由射頻標(biāo)簽來驗(yàn)證，若某部位懸掛的標(biāo)簽被識別，則該位置被檢查到位。

1.3 系統(tǒng)的組成及功能系統(tǒng)按其功能可分為控制單元、射頻識別模塊、無線通信模塊和步伐識別模塊4個(gè)模塊。系統(tǒng)基本組成見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.3.1 控制單元 控制單元由單片機(jī)和上位機(jī)構(gòu)成，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)射頻標(biāo)簽的識別和信息的無線傳輸；上位機(jī)接收和處理腳踏開關(guān)信號、檢車錘識別傳送標(biāo)簽信息，對培訓(xùn)與考核信息接收與處理。

1.3.2 射頻識別模塊 射頻識別模塊由射頻識別標(biāo)簽和閱讀器組成，實(shí)現(xiàn)對檢測部位和故障的識別。

1.3.3 無線通信模塊 無線通信模塊實(shí)現(xiàn)采集標(biāo)識碼無線傳輸與接收，檢車錘與PC機(jī)的通訊。

1.3.4 步伐識別模塊 步伐識別模塊由放置在地面上的腳踏開關(guān)組成，模擬固定點(diǎn)的步伐著地點(diǎn)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)在工業(yè)控制當(dāng)中又被稱為HMI，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題在上位機(jī)上就能顯示出各設(shè)備之間的狀態(tài)（如正常、報(bào)警、故障等）?；谄疚臅翰挥懻?，重點(diǎn)介紹檢車錘的軟件設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)是基于Keil C 51的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)的〔3〕。手持檢車錘檢測到故障時(shí)，通過信號收發(fā)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)和接收端接收該數(shù)據(jù)。

2.1 發(fā)送程序流程對SPI初始化，并發(fā)送一個(gè)字節(jié)，發(fā)送命令成功復(fù)位CC 1100，SPI寫寄存器，若SPI寫命令成功，則讀寄存器，讀取成功配置CC 1100寄存器，由CC 1100發(fā)送一組數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，打開中斷等待。發(fā)送端流程見圖2所示。

圖2 發(fā)送端程序流程圖

2.2 接收端流程上電系統(tǒng)進(jìn)行初始化，配置發(fā)射功率，預(yù)計(jì)接收是否正確，若不正確，重新配置發(fā)射功率，若正確，則經(jīng)串口發(fā)送到單片機(jī)，然后清空接收和發(fā)送的緩沖區(qū)，等待接收下一段數(shù)據(jù)。接收端流程見圖3所示。

圖3 接收端流程圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 檢車錘設(shè)計(jì)手持式檢車錘的設(shè)計(jì)是其中最關(guān)鍵的一步，檢車錘設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著系統(tǒng)的成功與否。手持式模擬檢車錘是實(shí)現(xiàn)列檢作業(yè)信息交互共享的系統(tǒng)，利用列檢手持機(jī)和列檢作業(yè)生產(chǎn)指揮中心的數(shù)據(jù)交換功能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)信息自動接收和傳送。因此重點(diǎn)對檢車錘的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。3.1.1 單片機(jī)選擇 為滿足智能檢測系統(tǒng)通用性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)要求，單片機(jī)應(yīng)具備體積小、集成A/D，D/A功能、連接外圍器件便利、能夠在線編程調(diào)試的特點(diǎn)，為此選擇了STC12LE5410AD單片機(jī)。單片機(jī)接收射頻讀卡器讀取的射頻標(biāo)簽的信息（即“身份證”號），并通過CC 1100芯片發(fā)送數(shù)據(jù)；地面基站模塊單片機(jī)控制CC 1100芯片接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過串口通信方式傳輸給PC機(jī)。

3.1.2 射頻讀卡器選擇 在檢修作業(yè)時(shí)，考官在貨車需檢修部位安裝電子標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽相當(dāng)于每個(gè)部位的“身份證”，標(biāo)簽內(nèi)存儲著貨車部位的基本信息，如部位號、標(biāo)簽序號等。檢車錘內(nèi)部設(shè)置了射頻讀卡裝置和天線，由于設(shè)置的讀卡器需體積小巧、低功耗、讀卡距離遠(yuǎn)等要求，可選擇TX 125射頻讀卡模塊。TX 125為非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125 kHz射頻基站。當(dāng)有卡靠近模塊時(shí)，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可〔4〕。

3.1.3 無線通信模塊選擇 檢車錘的射頻讀卡器讀取到標(biāo)簽信息，然后通過錘子內(nèi)部的無線發(fā)射模塊發(fā)射給地面基站的信號接收站，故發(fā)射芯片應(yīng)選擇具有體積小、靈敏度高、低功耗和極少的外部元件等優(yōu)點(diǎn)的芯片。CC 1100是一種低成本RF技術(shù)的單片可編程UHF收發(fā)芯片，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。因此本系統(tǒng)選擇CC 1100射頻收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能。

該檢車錘采用STC12LE5410AD單片機(jī)、CC1100模塊接口、TX125模塊接口，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 檢車錘結(jié)構(gòu)圖

3.2 腳踏開關(guān)腳踏開關(guān)由微動開關(guān)和腳踏板組成，通過腳踏來控制電路通斷。作業(yè)時(shí)可用地毯遮蓋腳踏開關(guān)，檢車員每一步都要走到位，漏步就會漏檢，錯(cuò)步就會重檢。系統(tǒng)選用PCI 1751板卡來完成所有地面步伐信息采集點(diǎn)的信息處理工作。

3.3 地面基站地面基站通過無線接收模塊（CC 1100模塊）接收檢車錘無線發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理提取有效信息，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)，由PC機(jī)對接收的信息進(jìn)行處理〔4〕。地面基站設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 地面基站設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)束語

基于RFID技術(shù)檢車員標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)自動考評系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐表明，該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，培訓(xùn)現(xiàn)場檢修作業(yè)人員658人/年，其中減少培訓(xùn)考評人員3人/次，縮短培訓(xùn)考評時(shí)間約87.73 h。該系統(tǒng)的運(yùn)用有效提高檢車員作業(yè)效率，使檢車標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)水平得到一次質(zhì)的飛躍，從而促進(jìn)和保障鐵路貨車運(yùn)用安全。

〔1〕張智文.射頻識別技術(shù)理論與實(shí)踐〔M〕.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

〔2〕王輝，何方.列檢、庫列檢車輛鉗工制動鉗工〔M〕.北京：中國鐵道出版社，2002年6月.

〔3〕徐愛鈞，彭秀.Keil Cx51V7.0單片機(jī)高級語言編程與μVision2應(yīng)運(yùn)實(shí)踐〔M〕.北京：電子工業(yè)出版社，2008年5月.

〔4〕王樹東，劉旭東.基于PLC鐵路貨車標(biāo)準(zhǔn)化檢車培訓(xùn)系統(tǒng)〔J〕.中國鐵路，2009，08：29-31.