低速停車及調(diào)速對(duì)TFDS設(shè)備探測(cè)的影響及解決措施

白建軍

【摘要】本文針對(duì)TFDS設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用中因不能很好地適應(yīng)大秦鐵路重載、高密度的運(yùn)輸組織要求，出現(xiàn)丟列、丟輛、無圖、竄圖等問題，進(jìn)行深入分析，找出其產(chǎn)生原因并給出了解決措施。

【關(guān)鍵詞】TFDS；問題；措施

引言

貨車故障軌旁圖像檢測(cè)系統(tǒng)（TFDS）設(shè)備是車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備（5T設(shè)備）的重要組成部分之一。2003年11月該系統(tǒng)率先在大秦鐵路茶塢列檢所投入運(yùn)用，多年來發(fā)現(xiàn)了大量典型故障，有力地保障了列車運(yùn)行安全。同時(shí)，由于湖東TFDS探測(cè)站所處地理位置的特殊性，設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用中也暴露出了諸多問題。

1、TFDS設(shè)備簡(jiǎn)介

TFDS設(shè)備利用軌旁攝像機(jī)對(duì)運(yùn)行中列車的輪對(duì)、軸承、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置等關(guān)鍵部位進(jìn)行圖像采集，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，實(shí)時(shí)上傳至列檢服務(wù)器。在作業(yè)終端，由作業(yè)人員對(duì)圖像做出職業(yè)判斷，確認(rèn)車輛質(zhì)量，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)檢查車輛的目的。TFDS設(shè)備還具有采集車號(hào)、判斷車型、計(jì)算列車速度、記錄通過時(shí)間、編組輛數(shù)等功能。

圖1 室外設(shè)備分布示意圖

2、存在的主要問題及原因分析

以湖東重Ⅰ線TFDS設(shè)備為例，2008年10月升級(jí)為統(tǒng)型設(shè)備，2009年10月完成了設(shè)備的抗陽光干擾改造，2013年4月進(jìn)行了更新改造，設(shè)備的穩(wěn)定性有了很大提高。但在實(shí)際應(yīng)用中由于設(shè)備自身設(shè)計(jì)存在的問題，經(jīng)常受到列車運(yùn)行速度、到發(fā)密度等因素影響，使TFDS設(shè)備不能充分發(fā)揮安全保障作用。

2.1 列車停車對(duì)探測(cè)的影響

湖東編組站位于大秦鐵路的西端，是大秦線的入口，北同蒲線、韓原線、大準(zhǔn)線以及云崗、口泉支線等所有列車全部進(jìn)入湖東編組站，由于要進(jìn)行2萬噸組合、更換機(jī)車及列檢等技術(shù)作業(yè)，會(huì)有一定數(shù)量的列車在信號(hào)機(jī)前方停車。由于列車多為長(zhǎng)大編組，致使部分車輛不能全部通過探測(cè)站，而停在TFDS設(shè)備的探測(cè)區(qū)內(nèi)。

設(shè)備軟件系統(tǒng)在軸間距處理時(shí)設(shè)最大值為25.5米，即設(shè)備主機(jī)通過判斷磁鋼信號(hào)的時(shí)間間隔是否大于時(shí)間t=25.5/v來判斷列車是否通過。若時(shí)間大于t值，則說明2個(gè)車輪間的距離大于25.5米，判定列車已通過。若時(shí)間小于t值時(shí)，說明車輪與車輪之間的距離小于25.5米，表明列車沒有全部通過。當(dāng)列車在探測(cè)區(qū)停車，其停車時(shí)間大于系統(tǒng)設(shè)定值t，則判定列車通過，本次接車完畢，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)列車起動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)再次進(jìn)入接車狀態(tài)，首先進(jìn)行機(jī)車判別、客貨車判別、車輛匹配等工作爾后進(jìn)行定位拍攝，在這個(gè)過程中就會(huì)出現(xiàn)分列、丟輛、無圖、竄圖等現(xiàn)象。

2.2 列車低速對(duì)探測(cè)的影響（車速小于5km/h的情況）

在TFDS設(shè)備中，磁鋼作為車輪傳感器，具有啟動(dòng)接車程序、判斷車型、測(cè)量車速、測(cè)量軸距以及判斷列車是否通過等重要作用。當(dāng)車輪的輪緣通過磁鋼頂部時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁鋼輸出類似正弦波電壓信號(hào)，送入前置控制箱，完成波形的整形、計(jì)軸、測(cè)速、計(jì)輛、控制等工作。由于列車低速通過時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較弱，輸出信號(hào)幅值低，前置控制箱內(nèi)的常規(guī)磁鋼板無法提取有效的車輪信號(hào)，因而系統(tǒng)無法正確判別及運(yùn)行，造成TFDS探測(cè)系統(tǒng)丟輛、竄圖等故障的發(fā)生；在極低速情況下，全列沒有有效信號(hào)甚至造成丟列。

2.3 列車調(diào)速對(duì)探測(cè)的影響

列車調(diào)速是指當(dāng)列車通過TFDS探測(cè)區(qū)時(shí)，突然加速或減速。TFDS設(shè)備中的3#、4#磁鋼最重要的作用是控制系統(tǒng)攝像機(jī)的定位拍攝以及車號(hào)信息的采集。當(dāng)列車在探測(cè)區(qū)間調(diào)速時(shí)，其速度、加速度值均為變值，但此時(shí)系統(tǒng)仍然以恒定車速或恒定加速度計(jì)算車輛的軸距。因此，計(jì)算出來的車輛軸距有較大誤差，使得系統(tǒng)匹配車輛失敗，無法準(zhǔn)確定位，導(dǎo)致丟輛、竄圖以及車號(hào)與現(xiàn)車不符等現(xiàn)象。

3、解決措施

3.1 解決列車停車造成設(shè)備故障采取的措施

設(shè)備主機(jī)通過判斷磁鋼信號(hào)的時(shí)間間隔是否大于時(shí)間t=25.5/v來判斷列車是否通過。該判定條件簡(jiǎn)單實(shí)用并且可靠，但也有例外情況，即列車在探測(cè)區(qū)上方停車。當(dāng)列車停車后，由于時(shí)間間隔大于t值，設(shè)備判定列車通過。列車再次起動(dòng)，又作為下一列車進(jìn)行探測(cè)。因此，可通過增加判定條件來解決該問題，即在上述判定條件的基礎(chǔ)上，增加1#、2#磁鋼探測(cè)通過車軸數(shù)量與3#、4#磁鋼探測(cè)通過車軸數(shù)量的對(duì)比來判定列車是否全部通過。即當(dāng)列車全部通過時(shí)，4個(gè)磁鋼探測(cè)的車軸數(shù)量必然相等，從而判定列車全部通過，設(shè)備進(jìn)入等待接車狀態(tài)。當(dāng)列車在探測(cè)區(qū)上方停車時(shí)，由于1#、2#磁鋼與3#、4#磁鋼相距一般不少于80米，車軸數(shù)量必然不相等，從而判斷列車未全部通過，設(shè)備仍然處于接車狀態(tài)，以便列車再次啟動(dòng)時(shí)，能夠及時(shí)接車。

由于列車停車、再起動(dòng)的過程是一個(gè)減速、停車、加速再起動(dòng)的過程，上述方案只能解決分列問題，無法解決丟輛、無圖、竄圖等問題。

3.2 解決列車低速造成設(shè)備故障采取的措施

3.2.1 磁鋼工作原理

磁鋼主要是由位于頂部的單極性永磁磁芯、磁芯兩側(cè)的感應(yīng)線圈以及鐵芯等構(gòu)成，其工作原理是電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL=-n·dφ/dt， 其中n為線圈匝數(shù)，dφ/dt為磁通量變化率。當(dāng)車輪輪緣從磁鋼上方通過時(shí)，磁通量發(fā)生變化，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。車速越快，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。

3.2.2 干擾信號(hào)分析

理論上講，只要列車通過探測(cè)站，磁鋼就能接收到信號(hào)，系統(tǒng)就能正常工作，然而復(fù)雜的電氣化環(huán)境存在著諸多干擾。

（1）接觸網(wǎng)電壓及鋼軌牽引電流的電磁干擾

電氣化區(qū)段，牽引供電回路是由牽引變電所—饋電線—接觸網(wǎng)—電力機(jī)車—鋼軌—回流聯(lián)接—牽引變電所接地網(wǎng)組成的閉合回路，也就是說其中一條鋼軌存在牽引電流。即便磁鋼沒有安裝在供電回路的鋼軌上，但是因?yàn)橛须娏骶蜁?huì)有磁場(chǎng)，磁鋼電壓信號(hào)依然會(huì)被干擾。

（2）雷電對(duì)磁鋼造成的干擾

雷雨天氣，雷電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，對(duì)磁鋼產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾信號(hào)，甚至通過地線竄入損壞磁鋼。

3.2.3 解決措施

綜合以上分析，可以看出，列車低速下要想設(shè)備正常工作必須具備兩個(gè)條件，一是提取有效信號(hào)，二是濾除干擾信號(hào)。

第一，更換有抗干擾功能的磁鋼，減少外界干擾。舊有磁鋼依靠調(diào)整磁鋼板輸入電阻和門限電阻的方法進(jìn)行抗干擾處理，在降低干擾信號(hào)的同時(shí)也減弱了有效信號(hào)，效果不盡如人意。新型磁鋼內(nèi)部增加了抗干擾線圈、抗干擾電容，能較好地濾除干擾信號(hào)而不影響有效信號(hào)。

第二，使用車輪傳感器智能處理裝置。TFDS設(shè)備在低速情況下不能正常工作的原因是前置控制箱內(nèi)的常規(guī)磁鋼板不能適應(yīng)低速列車的信號(hào)處理需求。車輪傳感器智能處理裝置能夠?yàn)門FDS設(shè)備提供準(zhǔn)確可靠并且有效的數(shù)字車輪信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物理接口與軟件接口的統(tǒng)一，其工作原理是通過綜合信號(hào)處理技術(shù)動(dòng)態(tài)評(píng)估各種現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，完成對(duì)接收磁鋼信號(hào)的智能調(diào)理，能準(zhǔn)確可靠地將車輪傳感器輸出的每一個(gè)車輪信號(hào)處理為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平脈沖，無論車速高低，通過車輪傳感器智能處理裝置的調(diào)理后均輸出+5V的方波信號(hào)。

圖2 車輪傳感器智能處理裝置的輸入輸出信號(hào)

相比高車速情況，低車速下車輪壓過磁鋼所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較低，此時(shí)不易區(qū)分干擾信號(hào)和車輪信號(hào)。使用抗干擾磁鋼能有效濾除強(qiáng)干擾信號(hào)，只上傳車輪信號(hào)，由車輪傳感器智能處理裝置處理后提供給設(shè)備主機(jī)。

3.2.4 取得的效果

抗干擾磁鋼與車輪傳感器智能處理裝置配套使用，較好地解決了由于車速低造成的丟輛、竄圖等問題。

3.3 列車調(diào)速造成設(shè)備故障的解決方案

列車在探測(cè)區(qū)調(diào)速，整個(gè)過程存在突然減速、再加速等情況，可能還伴有低速甚至停車，情況較為復(fù)雜。該過程中的低速、停車兩種情況，如上3.1及3.2所述使用抗干擾磁鋼及車輪傳感器智能處理裝置能較好地予以解決。對(duì)于車速突然變化且幅度很大的情況，造成丟輛、竄圖、車號(hào)不匹配等問題雖有所改善，但始終未能根本解決。我們可以在軟件上進(jìn)行攻關(guān)，比如進(jìn)行一些算法上的修正，使得在列車調(diào)速期間能夠根據(jù)四個(gè)磁鋼的不同時(shí)序綜合判斷即時(shí)速度，從而提高系統(tǒng)計(jì)軸及定位的準(zhǔn)確性，以期準(zhǔn)確拍攝。

4、結(jié)束語

由于大秦鐵路運(yùn)輸組織的特殊性，設(shè)備在實(shí)際運(yùn)用中暴露出了諸多與大秦線重載、大編組等特點(diǎn)不相適應(yīng)的問題，我們立足實(shí)際，與設(shè)備廠家技術(shù)人員積極組織攻關(guān)，問題逐步得到解決。對(duì)于車速突然變化造成丟輛、竄圖、車號(hào)不匹配等未能根本解決的問題，將是我們今后努力的方向。

參考文獻(xiàn)

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