客運(yùn)列車(chē)注水智能監(jiān)控系統(tǒng)

【摘 要】 本設(shè)計(jì)主要是結(jié)合實(shí)際的上水監(jiān)控現(xiàn)狀，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)眾多的中小型車(chē)站進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，研發(fā)一款適合應(yīng)用在中小型車(chē)站上的上水監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)鐵路管理系統(tǒng)對(duì)列車(chē)上水作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)上水狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集?？梢远沤^因上水設(shè)備故障以及人為造成安全事故，可以確保列車(chē)上水作業(yè)高效安全進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】 鐵路 注水 智能 監(jiān)控

一、研究意義

長(zhǎng)期以來(lái)，列車(chē)上水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)嚴(yán)重滯后，缺乏系統(tǒng)規(guī)劃和技術(shù)引導(dǎo)，因此產(chǎn)生了很多問(wèn)題，首先就是鐵路列車(chē)上水過(guò)程中水資源浪費(fèi)的問(wèn)題非常突出，根據(jù)調(diào)查，全路客車(chē)上水漏耗差別很懸殊。根據(jù)北京局客車(chē)上水漏耗情況分析測(cè)算結(jié)論，綜合漏耗率按 27.8%考慮，全國(guó)每年鐵路客車(chē)上水水資源漏耗約。[1]此外，我國(guó)國(guó)土面積大，所以列車(chē)運(yùn)行距離長(zhǎng)，途徑站點(diǎn)數(shù)量多，車(chē)載水箱中途必須多次補(bǔ)水，才能滿(mǎn)足運(yùn)輸要求。因此對(duì)列車(chē)上水檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，具有如下的意義：

1、優(yōu)化上水作業(yè)流程，盡量減少上水作業(yè)操作環(huán)節(jié)，節(jié)省上水時(shí)間，避免因?yàn)槿藶椴僮魇д`造成的水資源浪費(fèi)。

2、與市場(chǎng)上現(xiàn)有的上水監(jiān)控系統(tǒng)相比，研發(fā)成本低的通用型智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以應(yīng)用于中小型車(chē)站中，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于目前鐵路行業(yè)具有較強(qiáng)的推廣意義。

3、加強(qiáng)車(chē)站對(duì)列車(chē)上水的監(jiān)控和管理，極大的提高了車(chē)站管理的一體化水平。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)的供水集中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展比較早，在鐵路中主要應(yīng)用在水廠(chǎng)、泵站揚(yáng)配水方面，在供水管網(wǎng)系統(tǒng)里應(yīng)用甚少。有些車(chē)站雖然建立供水集中監(jiān)控系統(tǒng)，但由于各種原因，也沒(méi)有較好地維護(hù)好、運(yùn)用好?？蛙?chē)上水自動(dòng)化系統(tǒng)因車(chē)站的上水設(shè)備與客車(chē)的供水系統(tǒng)信息傳遞困難，長(zhǎng)期屬于空白[2]。

目前國(guó)外鐵路客運(yùn)主要向高速方向發(fā)展，以日本、法國(guó)、德國(guó)等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視鐵路客運(yùn)控制系統(tǒng)的建設(shè)，已經(jīng)基本建設(shè)完成了鐵路運(yùn)輸信息化[3]。日本新干線(xiàn)列車(chē)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的（COSMOS）、法國(guó)的TGV（Train a Grande Vitesse）、歐洲鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)（ERTMS）、北美先進(jìn)列車(chē)控制系統(tǒng)（ATCS）、及計(jì)算機(jī)和無(wú)線(xiàn)電輔助列車(chē)控制系統(tǒng)（CARAT）等先進(jìn)系統(tǒng)中影響較大的是日本新干線(xiàn)[4]。

日本COSMOS系統(tǒng)集運(yùn)行計(jì)劃管理、運(yùn)行管理設(shè)備管理、電力系統(tǒng)控制、維護(hù)作業(yè)管理、信息管理、車(chē)站作業(yè)管理、車(chē)輛管理功能于一體。該系統(tǒng)將幾乎所有鐵路運(yùn)行有關(guān)的子系統(tǒng)都連接在中央局域網(wǎng)（LAN）上，促進(jìn)了信息共享，為新干線(xiàn)的運(yùn)行管理提供了信息支持。列車(chē)的上水監(jiān)控由信息管理部分和車(chē)站作業(yè)管理部分共同實(shí)現(xiàn)[5]。

三、課題的研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)

首先對(duì)列車(chē)上水監(jiān)控需求進(jìn)行合理的分析，結(jié)合實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)工作條件確定相應(yīng)的控制方案，按照實(shí)際要求的工作順序要求，對(duì)整個(gè)上水監(jiān)測(cè)過(guò)程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在安全運(yùn)行的前提下保證系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。隨后進(jìn)行硬件的選型與設(shè)計(jì)，對(duì)控制器及相應(yīng)的模塊、傳感器進(jìn)行合理的選型。設(shè)計(jì)新型執(zhí)行器，與上級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行良好的配合，保證執(zhí)行器部分工作的準(zhǔn)確性。最后對(duì)上水監(jiān)控系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)單片機(jī)及相關(guān)模塊進(jìn)行軟件的編寫(xiě)，并進(jìn)行人機(jī)接口的界面的設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)人機(jī)接口界面。

四、技術(shù)路線(xiàn)與實(shí)施方案

設(shè)計(jì)一個(gè)可靠性強(qiáng)、安全性高、穩(wěn)定性好的低成本上水監(jiān)控系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵任務(wù)。技術(shù)路線(xiàn)主要分為硬件部分和軟件部分。

硬件部分主要是由智能傳感器和人機(jī)交互設(shè)備組成，在現(xiàn)場(chǎng)原有的條件下，在站臺(tái)每個(gè)水井上安裝智能傳感器，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)，流量監(jiān)測(cè)計(jì)，報(bào)警按鈕等模塊對(duì)水槍的工作及復(fù)位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控智能傳感器將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)LORA模塊無(wú)線(xiàn)傳輸至分站，分站通過(guò)有線(xiàn)的方式連接到現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)而將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)庫(kù)及上位機(jī)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)提取車(chē)次信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

軟件部分主要是在Microsoft Visual Studio、KDM 以及KEIL等軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件部分的設(shè)計(jì)。首先在KEIL中進(jìn)行單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)，包括行程開(kāi)關(guān)信息以及流量數(shù)據(jù)的采集和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送等程序，對(duì)傳輸過(guò)來(lái)數(shù)據(jù)的接收和匯聚以及分析處理，此外還有將數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器以及上位機(jī)的相關(guān)程序。最后通過(guò)Microsoft Visual Studio 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的通訊并將傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接，以及設(shè)計(jì)人機(jī)交互監(jiān)控界面。

五、可行性分析

本課題是在建立在列車(chē)上水實(shí)際情況下提出的，隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展成熟，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制中，它的控制成本比較低、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高。本課題是對(duì)于列車(chē)上水監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，水井上水狀態(tài)信息都可以通過(guò)單片機(jī)與其余功能模塊的組合實(shí)現(xiàn)獲取與傳輸?shù)墓δ埽竭_(dá)監(jiān)控的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 現(xiàn)有列車(chē)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改造建議[J]. 陳光森.? 甘肅科技. 2009（23）

[2] 鐵路客車(chē)新型自動(dòng)上水設(shè)備的研制[J]. 陳曉帆，侯世全.? 中國(guó)鐵路. 2008（06）

[3] 馬丹妮，張軍鋒.關(guān)于旅客列車(chē)上水問(wèn)題的調(diào)查和改進(jìn)[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2000（10）：24-25.

[4] Network Automation，Inc.; AutoMate BPA Server Extends Reach to Non-Windows Machines， Providing Centralized Control over All Automated Business Processes[J] . Anonymous. Science Letter.2009

[5] Passenger car water filling device. EKSPRESS CO LTD.1999

作者簡(jiǎn)介：周彥光（1994—），男，漢族，遼寧省沈陽(yáng)市人，學(xué)生，工學(xué)碩士，單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），研究方向：機(jī)械電子工程。