鐵路客車庫(站)檢列車制動機試驗數據傳輸系統方案研究

龔向東

(北京鐵路局 調度所,北京100038)

根據中華人民共和國《鐵路技術管理規程》、《鐵路貨車運用維修規程》、《鐵路客車運用維修規程》的要求,必須對客貨列車制動系統性能進行試驗檢測。目前各客車庫(站)檢作業單位都擁有各自的列車制動機試驗監測手段,但也存在各式各樣的問題。

現有的列車制動試驗監測方法及裝置歸納起來有以下幾種:

(1)傳統機械指針壓力表監測

利用機械指針壓力表,目測列車尾部風壓,手工記錄試風結果,填寫檢測記錄。這是較原始的列車制動試驗監測方法。機械指針壓力表風壓偏差較大,檢測結果受工作人員責任心影響,難于管理。

(2)電子式壓力表監測

電子式壓力表有多種形式,大多具有數據記錄功能,無論風壓精度和方便管理方面都有了很大進步。但不能在試風過程中自動實時地給出判定結果,也不能及時反饋給值班員及相關管理人員。

(3)尾部風壓自動監測裝置

尾部風壓自動監測裝置技術比較先進,如2006年推廣使用的GTPC-2列車制動試驗監測裝置,可以實時采集尾部風壓數據,動態生成壓力曲線、自動給出判定結果。但該類監視系統也有一些缺點和不足:要求值班室有專人值班,給已經很繁忙的值班員又增加了工作負擔;智能化水平也有待提高,對于一些不是很規范的數據曲線不能識別試驗項目,總是誤報或給出不合理的結果;不能實現信息共享,試驗數據只能提供給值班員,相關的其他作業單位以及管理者不能及時掌握等。

充分融入最新的技術手段,繼承并集中以上各種監測方法的優點,摒棄缺點和不足,開發一種新的“列車制動機試驗監測系統”對于加強列車制動機性能試驗安全監控、方便管理、確保行車安全有著重要的意義。

1 監測系統方案設計

鐵路客車庫(站)檢列車制動機試驗監測系統由作業子系統、中心監視子系統、Web查詢子系統3部分組成。中心設計思想是系統化、網絡化,結構示意圖如圖1。

作業子系統是庫(站)檢作業單位進行列車制動試驗的核心部分,也是整個監測系統的基礎,要完成尾部風壓數據的實時采集、傳輸、曲線監視、試驗項目識別、結果判定、試驗數據保存查詢及統計等功能。

監視子系統是監測系統的控制環節,在值班室實時對作業子系統進行集中監視,同時采集、保存列檢作業單位的最新制動試驗數據,對于不合格的試驗進行聲光提示。監測中心對整個監測系統各個子系統進行監控,可實現異地遠程控制,同時對制動試驗數據進行遠程采集、集中存儲,在線查詢。

Web追逆子系統是整個監測系統的管理環節,通過本子系統可以在路網上的任一臺計算機上查看各作業單位的試驗結果表,查看每個試驗的試風曲線及報告,并可以對各單位試驗合格率進行統計。

1.1 作業子系統

作業子系統由無線風壓監測儀、無線傳輸接發儀、列首終端機、列首中心控制器、數據接收處理主機等部分組成,設置于客車庫(站)檢(圖2)。

圖1 鐵路客車庫(站)檢列車制動機試驗監測系統示意圖

圖2 作業子系統示意圖

列首終端機由列車前部檢車員持有,無線風壓監測儀掛接在列尾風管上,無線傳輸接發儀根據需要安裝在合適位置,列首中心控制器安裝在值班室,數據接收處理主機也安裝在值班室。

無線風壓監測儀主要完成列車管風壓的采集、數字化處理,同時將采集后經過處理的數據顯示、存儲在無線風壓監測儀的LED和存儲器內,且根據無線傳輸接發儀的要求將該數據同步傳送給無線傳輸接發儀。

無線傳輸接發儀作為中轉站將收到的無線風壓監測儀采集的數據向數據接收處理主機進行傳輸,同時接收數據接收處理主機下達的指令并將其轉送給無線風壓監測儀。

列首終端機(列首檢車員主控使用)是手持式設備,作業人員輸入班組,股道號、車次、輛數、制動試驗性質、風源、試驗器號等試驗信息,并將錄入信息發送到數據接收處理主機處理和存儲。實時接收顯示數據處理主機轉發的風壓數據和判定結果。

列首中心控制器轉發多個列首終端機的數據到數據接收處理主機,并轉發接收處理主機發送的風壓數據和判定結果給列首終端機。

數據接收處理主機將無線傳輸接發儀轉發來的多個無線風壓監測儀列車管風壓實時數據進行監測記錄、智能分析判斷、結果顯示并保存,并提供查詢、報警、系統自檢、聯網上傳等功能。由值班員完成試驗監控,對現場作業進行指導。

1.2 中心監視子系統

中心監視子系統由兩部分組成:監視終端和中心數據服務器。監視終端主要完成與各作業單位列車制動試驗數據的遠程采集和實時監視功能,同時將數據存入中心數據服務器。中心數據服務器是數據庫服務系統,它為列車段監控中心監視終端和Web瀏覽系統提供數據源。

中心監視子系統設計有如下主要功能:

(1)實時顯示各作業單位列檢試驗結果,不合格的顯示為紅色高亮并有聲音提示。(2)試驗顯示列表可按任一單元格的數據內容進行全表數據篩選,可以非常方便的按單位、按日期、按車次、按試驗結果等條件進行查詢。(3)數據動態更新,僅保留最近的數據(數據條數可設定),歷史過期數據將自動隱藏,可以通過查詢功能查看歷史數據。既可查看試驗結果列表,又可以輸出某試驗的曲線及試驗報告。(4)通過IP地址連接狀態,實時顯示各作業單位網絡連通情況。

系統還具有用戶管理、列檢作業單位管理、列表顯示項目設定、重抄歷史數據、通信報文監視等功能。

1.3 Web查詢子系統

通過局域網可遠程查詢中心數據庫中的試驗數據。由于中心數據庫是實時更新的。因此Web瀏覽數據時也是最新的。系統具有權限管理模塊,可以限制非法用戶的訪問。

Web查詢子系統設計有如下主要功能:

(1)顯示試驗結果:顯示各作業單位最近試驗情況,標明合格、不合格或未做試驗。(2)歷史試驗查詢:查看某作業單位指定時段的列檢試驗情況。(3)查看打印試驗曲線:顯示或打印指定試驗的試驗報告,含試驗數據和風壓變化曲線。(4)試驗合格率統計及輸出:統計各列檢作業單位在指定時間段內試驗的合格率,并形成報表輸出。(5)輸出試驗列表:查詢指定作業單位、指定時段的全部試驗,列出各試驗項目的充風、減壓、保壓、結果等數據形成報表輸出。

2 系統設計關鍵技術

系統的研究主要采用以下關鍵技術及應用設計;(1)作業子系統采用分段無線通信模式;(2)試驗項目智能識別,試驗結果自動判定,不合格試驗自動診斷;(3)實現值班員主導模式和檢車員主導模式靈活可配;(4)多重保護的網絡數據傳輸;(5)試驗結果及曲線的Web發布;

2.1 分段無線通信方式

無線方式比有線方式在現場安裝、維護、成本等多方面具有優勢。通過合理選型和技術優化,無線方式通信距離和可靠程度可以滿足列檢試風監測需要。

現場系統無線通信采用多種通信設備:

(1)無線風壓監測儀采用微功率無線數傳模塊,具有抗干擾性強、全透明傳輸、體積小、功耗低及傳輸距離遠等特點,完全可以適應電池供電、覆蓋作業場一端區域的工作要求。(2)由客車庫(站)檢兩端到值班室一般距離稍遠,因此系統的中繼設備無線傳接發儀采用大功率數傳模塊,該模塊傳輸距離應達5 km。(3)在有些情況下,特別是特等站,車站設備、供電、機車、通訊、車輛等作業單位集中。為了分散利用無線頻點資源,避免鄰頻干擾,列首終端機應采用已有充分驗證的鐵路專用400 MHz對講機通信。

2.2 智能化、自動化設計

系統采用分段曲線擬合法,在試驗過程中智能完成對試驗項目(漏泄試驗、感度試驗、安定保壓、持續保壓試驗、簡略試驗等)識別、試驗結果判定及不合格原因分析。

通過對充風、減壓、保壓、緩解等不同試風階段風壓變化規律的分析,分段形成不同情況下(如定壓500或600 kPa、減壓 50或100 kPa)的標準曲線,并增加擬合范圍及保壓延時等參數,在試風過程中對曲線進行自動擬合,并根據不同列車性質(始發、到達等)所做試驗項目不同的情況,自動識別具體項目,并動態刷新結果。對于不合格情況,根據擬合結果給出充風不足/過充、減壓過量/不足、保壓時間不足等不合格原因(見圖3)。

圖3 曲線擬合圖

2.3 數據傳輸安全

系統采用鐵路專網作為各作業單位向中心傳輸數據的信道。系統有如下設計要點:

(1)各作業單位基本都具備路網上網條件;(2)對試驗數據進行必要壓縮,采用TCP/IP通信技術進行傳輸;(3)設計重發保護機制,連續N次重發,只有接收到合法應答才確認發送成功;(4)設計暫存隊列,對于重發N次仍失敗的數據,存入暫存隊列,在系統空閑時定期嘗試重發,一但網絡暢通,則能立即上傳;(5)除新數據自動上傳機制外,還設計中心主動呼叫歷史數據功能。

通過以上設計,可以保證數據完整性和相對的實時性:

(1)在網絡通暢時,可以實時自動上傳;(2)在網絡繁忙時,可以擇機自動上傳;(3)在網絡故障時,中心可以主動呼叫。

2.4 試驗曲線網絡發布

系統通過Web方式在網上查詢試驗數據和曲線,可以方便的查詢當前或以往的列車制動系統試驗信息。系統的Web曲線功能采用SQLSERVER2008的報表服務器開發,曲線直觀、清晰,為上級領導及時決策及故障定責提供了方便快捷的手段(見圖4)。

圖4 數據庫服務器框圖

數據庫服務器采用分層設計,分為數據層和應用層。數據層是指存儲試驗曲線數據、結果數據及試驗基本信息的數據表。應用層由視圖、函數、存儲過程等組成,完成對數據表中數據的過濾、組合、統計、格式轉換等工作,可直接提供給報表應用層或外部應用模塊

報表采用SQLSERVER報表服務器平臺進行設計,發布安裝于報表服務器上,與數據庫的應用層相連。SQLSERVER報表服務器提供強大的曲線報表顯示功能,可將風壓數據以曲線方式顯示出來,并添加適當的說明及標注,既實用,又美觀。

Web查詢子系統的報表通過IP映射到報表服務器上,動態數據頁面則直接通數據連接器連接到數據庫的應用層。

3 結束語

系統設計思想是集智能儀器技術、計算機及傳感器技術、智能擬合技術、無線通信技術、網絡通信技術、Web發布技術為一體的網絡化監測系統。系統可適用于鐵路客車庫(站)檢列車制動機試驗時的尾部風壓監測,具有測量精確、通信可靠、智能化程度高、使用簡單方便、數據網絡共享化程度高等優點,它的研制和應用有助于提高客車制動機性能試驗的質量管理技術水平,為制動試驗的技術作業提供了質量過程控制手段,為客貨車的安全管理提供了一種高效、快捷、準確的質量追朔方法,此方案的實施對保證行車安全具有重要的意義。

[1] 鐵路客車運用維修規程[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2] TB/T 2555—1995.車輛制動機列車試驗方法[S].

[3] 數字對講機系統設備無線射頻技術指標要求(試行)[S].2007.

[4] 石振東,劉國慶.實驗數據處理與曲線擬合技術[M].哈爾濱:哈爾濱船舶工程學院出版社,1992.

[5] 康會光.SQL Server2008中文版標準教程[M].北京:清華大學出版社,2009.