煤車抑塵劑噴灑系統磁鋼測速算法的研究

王寶鵬　許志偉　李冠　黃鳳翔

摘 要

煤車抑塵劑噴灑系統的前提是列車測速，根據列車的實時測速，才能準確判定列車的實時位置，才能進一步確定噴灑時機。如何提高列車測速的正確性是噴灑系統的關鍵。該研究專門針對磁鋼測速提出多種測速算法，并進行驗證，找出最優的測速算法。

【關鍵詞】抑塵劑 磁鋼 車輪傳感器 測速 MCU 自動噴灑 車號識別 計軸判輛

1 前言

隨著鐵路貨物列車速度的不斷提高，煤炭鐵路運輸過程中揚塵、遺灑和環境污染等問題日益凸顯，已經成為危及運輸安全、造成環境污染和浪費煤炭資源的重大隱患之一。目前在我國的煤炭鐵路儲運中主要采取抑塵措施。

目前我國抑塵控制主要是手動控制。手動控制會帶來噴灑不準確、誤噴、抑塵劑浪費，人力浪費等多種弊端，所以研發自動噴灑系統就能很好的解決上述問題。而該系統中最重要、最核心的問題就是精確的獲取列車的當前速度。所以本文就專門針對列車測速提出優化算法。

2 磁鋼測速功能模塊

2.1 介紹

該功能模塊能夠實時準確的測量列車速度，基于速度可以準確的繪制出噴灑的時序，即何時開啟噴灑，何時終止噴灑，能夠精確無誤的噴灑到每一節車廂（煤炭），并且能夠準確的避開兩節車廂之間的鉤檔（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁鋼可以實現列車的測速，提供以下三種測速方案：雙軸單磁鋼、單軸雙磁鋼、雙軸雙磁鋼等多種算法。

2.3.1 雙軸單磁鋼

如圖1所示。

（1）根據電子標簽的車型信息，獲取該車廂的軸距S （軸距固定）。

（2）計算出磁鋼信號兩個相鄰下降沿之間的時間間隔t。

（3）計算出列車的速度V = S / t。

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩車輪時間間隔測量出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.2 單軸雙磁鋼

如圖2所示。

（1）1#磁鋼和2#磁鋼間距L（根據需要安裝固定）；

（2）計算出1#磁鋼和2#磁鋼檢測到的兩個下降沿之間的時間間隔t；

（3）計算出列車的速度V = L / t；

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩磁鋼測量的時間間隔出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.3 雙軸雙磁鋼

采用雙軸單磁鋼和單軸雙磁鋼的測速方法均存在測量不準的風險，可以綜合運用兩種方法相結合測速異常處理進行更精確的測試，保證測速結果更接近列車實際運行速度。如圖3所示。

（1）計算出基于磁鋼間距測速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁鋼和2#磁鋼間距L。

（3） t1：1#磁鋼和2#磁鋼對1#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（4） t2：1#磁鋼和2#磁鋼對2#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（5）計算出基于車軸間距測速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：車廂的軸距S（軸距固定），可通過電子標簽信息獲取；

（7） t3：1#車軸和2#車軸經過1#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（8）t4：1#車軸和2#車軸經過2#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（9）計算出實際速度V = （V1 + V2） / 2；

雙軸雙磁鋼算法結合下面的磁鋼糾錯算法，能夠大幅提高測速的準確性。

2.3.4 磁鋼糾錯

對于列車車輛的每一個軸進行磁鋼糾錯，保證車軸檢測的正確性。

示意圖（1#軸）如圖4所示。

對于每個磁鋼都會出現未檢測、誤檢測等問題，所以為了提高車軸檢測的正確性，設計3個磁鋼，只有2個（或以上）磁鋼檢測信號一致時，才認為車軸檢測正確，并對第3個未正確檢測車軸的磁鋼進行糾正，保證下次能夠正確檢測。

2.3.5 測速異常處理

通過對磁鋼測速算法的研究，能夠大幅的提高磁鋼測速的準確性，但是不排除仍有很多現場外因導致測速不準確時，應按照如下方案進行規避修正，盡量不影響本節車廂的噴灑和下節車廂的正常測速：

（1）采用上節車輛測速結果。

（2）采用默認車速模型（根據現場情況）。

（3）告警進行提示。

連續測速異常時，進行人工干預。

2.3 磁鋼安裝示意圖

如圖5所示。

（1）1#磁鋼：喚醒系統（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁鋼：測速和糾錯。

（3）天線：車號識別裝置接收天線。

3 結論

系統采用ARM Cortex-M3內核的32位STM32作為控制器，3個磁鋼作為測速信號的采集設備，通過本算法進行測速和糾錯，能夠很好的避免由于磁鋼未檢測、誤檢測車軸帶來的測速不準的問題。采用本算法能夠極大的提高測速的準確性，進而能夠對車輛位置進行準確的判斷，最終能夠精確的控制噴灑設備，達到自動化精確噴灑。本算法具備很強的現實使用價值。

參考文獻

[1]李偉，朱紅，劉鳳月.鐵路煤炭運輸抑沉劑的制備、評價和應用[J].鐵道學報，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，張曉東，董志國.運煤車智能全自動防凍液噴灑系統[J]機械工程與自動化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志剛，李元宗.基于PLC的防凍液噴灑控制系統設計[J].煤礦機械，2009，30（1）：33-36.

[4]張曉東，牛志剛等.鐵路運煤車防凍液自動噴灑系統研究與應用[J].煤礦機械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋錫來.全自動抑塵劑噴灑系統的研制[J].機械設計與制造，2011（07）：100-101.

作者單位

河南鄭鐵中原遙感科技有限公司 河南省鄭州市 450000endprint

摘 要

煤車抑塵劑噴灑系統的前提是列車測速，根據列車的實時測速，才能準確判定列車的實時位置，才能進一步確定噴灑時機。如何提高列車測速的正確性是噴灑系統的關鍵。該研究專門針對磁鋼測速提出多種測速算法，并進行驗證，找出最優的測速算法。

【關鍵詞】抑塵劑 磁鋼 車輪傳感器 測速 MCU 自動噴灑 車號識別 計軸判輛

1 前言

隨著鐵路貨物列車速度的不斷提高，煤炭鐵路運輸過程中揚塵、遺灑和環境污染等問題日益凸顯，已經成為危及運輸安全、造成環境污染和浪費煤炭資源的重大隱患之一。目前在我國的煤炭鐵路儲運中主要采取抑塵措施。

目前我國抑塵控制主要是手動控制。手動控制會帶來噴灑不準確、誤噴、抑塵劑浪費，人力浪費等多種弊端，所以研發自動噴灑系統就能很好的解決上述問題。而該系統中最重要、最核心的問題就是精確的獲取列車的當前速度。所以本文就專門針對列車測速提出優化算法。

2 磁鋼測速功能模塊

2.1 介紹

該功能模塊能夠實時準確的測量列車速度，基于速度可以準確的繪制出噴灑的時序，即何時開啟噴灑，何時終止噴灑，能夠精確無誤的噴灑到每一節車廂（煤炭），并且能夠準確的避開兩節車廂之間的鉤檔（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁鋼可以實現列車的測速，提供以下三種測速方案：雙軸單磁鋼、單軸雙磁鋼、雙軸雙磁鋼等多種算法。

2.3.1 雙軸單磁鋼

如圖1所示。

（1）根據電子標簽的車型信息，獲取該車廂的軸距S （軸距固定）。

（2）計算出磁鋼信號兩個相鄰下降沿之間的時間間隔t。

（3）計算出列車的速度V = S / t。

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩車輪時間間隔測量出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.2 單軸雙磁鋼

如圖2所示。

（1）1#磁鋼和2#磁鋼間距L（根據需要安裝固定）；

（2）計算出1#磁鋼和2#磁鋼檢測到的兩個下降沿之間的時間間隔t；

（3）計算出列車的速度V = L / t；

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩磁鋼測量的時間間隔出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.3 雙軸雙磁鋼

采用雙軸單磁鋼和單軸雙磁鋼的測速方法均存在測量不準的風險，可以綜合運用兩種方法相結合測速異常處理進行更精確的測試，保證測速結果更接近列車實際運行速度。如圖3所示。

（1）計算出基于磁鋼間距測速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁鋼和2#磁鋼間距L。

（3） t1：1#磁鋼和2#磁鋼對1#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（4） t2：1#磁鋼和2#磁鋼對2#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（5）計算出基于車軸間距測速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：車廂的軸距S（軸距固定），可通過電子標簽信息獲取；

（7） t3：1#車軸和2#車軸經過1#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（8）t4：1#車軸和2#車軸經過2#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（9）計算出實際速度V = （V1 + V2） / 2；

雙軸雙磁鋼算法結合下面的磁鋼糾錯算法，能夠大幅提高測速的準確性。

2.3.4 磁鋼糾錯

對于列車車輛的每一個軸進行磁鋼糾錯，保證車軸檢測的正確性。

示意圖（1#軸）如圖4所示。

對于每個磁鋼都會出現未檢測、誤檢測等問題，所以為了提高車軸檢測的正確性，設計3個磁鋼，只有2個（或以上）磁鋼檢測信號一致時，才認為車軸檢測正確，并對第3個未正確檢測車軸的磁鋼進行糾正，保證下次能夠正確檢測。

2.3.5 測速異常處理

通過對磁鋼測速算法的研究，能夠大幅的提高磁鋼測速的準確性，但是不排除仍有很多現場外因導致測速不準確時，應按照如下方案進行規避修正，盡量不影響本節車廂的噴灑和下節車廂的正常測速：

（1）采用上節車輛測速結果。

（2）采用默認車速模型（根據現場情況）。

（3）告警進行提示。

連續測速異常時，進行人工干預。

2.3 磁鋼安裝示意圖

如圖5所示。

（1）1#磁鋼：喚醒系統（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁鋼：測速和糾錯。

（3）天線：車號識別裝置接收天線。

3 結論

系統采用ARM Cortex-M3內核的32位STM32作為控制器，3個磁鋼作為測速信號的采集設備，通過本算法進行測速和糾錯，能夠很好的避免由于磁鋼未檢測、誤檢測車軸帶來的測速不準的問題。采用本算法能夠極大的提高測速的準確性，進而能夠對車輛位置進行準確的判斷，最終能夠精確的控制噴灑設備，達到自動化精確噴灑。本算法具備很強的現實使用價值。

參考文獻

[1]李偉，朱紅，劉鳳月.鐵路煤炭運輸抑沉劑的制備、評價和應用[J].鐵道學報，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，張曉東，董志國.運煤車智能全自動防凍液噴灑系統[J]機械工程與自動化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志剛，李元宗.基于PLC的防凍液噴灑控制系統設計[J].煤礦機械，2009，30（1）：33-36.

[4]張曉東，牛志剛等.鐵路運煤車防凍液自動噴灑系統研究與應用[J].煤礦機械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋錫來.全自動抑塵劑噴灑系統的研制[J].機械設計與制造，2011（07）：100-101.

作者單位

河南鄭鐵中原遙感科技有限公司 河南省鄭州市 450000endprint

摘 要

煤車抑塵劑噴灑系統的前提是列車測速，根據列車的實時測速，才能準確判定列車的實時位置，才能進一步確定噴灑時機。如何提高列車測速的正確性是噴灑系統的關鍵。該研究專門針對磁鋼測速提出多種測速算法，并進行驗證，找出最優的測速算法。

【關鍵詞】抑塵劑 磁鋼 車輪傳感器 測速 MCU 自動噴灑 車號識別 計軸判輛

1 前言

隨著鐵路貨物列車速度的不斷提高，煤炭鐵路運輸過程中揚塵、遺灑和環境污染等問題日益凸顯，已經成為危及運輸安全、造成環境污染和浪費煤炭資源的重大隱患之一。目前在我國的煤炭鐵路儲運中主要采取抑塵措施。

目前我國抑塵控制主要是手動控制。手動控制會帶來噴灑不準確、誤噴、抑塵劑浪費，人力浪費等多種弊端，所以研發自動噴灑系統就能很好的解決上述問題。而該系統中最重要、最核心的問題就是精確的獲取列車的當前速度。所以本文就專門針對列車測速提出優化算法。

2 磁鋼測速功能模塊

2.1 介紹

該功能模塊能夠實時準確的測量列車速度，基于速度可以準確的繪制出噴灑的時序，即何時開啟噴灑，何時終止噴灑，能夠精確無誤的噴灑到每一節車廂（煤炭），并且能夠準確的避開兩節車廂之間的鉤檔（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁鋼可以實現列車的測速，提供以下三種測速方案：雙軸單磁鋼、單軸雙磁鋼、雙軸雙磁鋼等多種算法。

2.3.1 雙軸單磁鋼

如圖1所示。

（1）根據電子標簽的車型信息，獲取該車廂的軸距S （軸距固定）。

（2）計算出磁鋼信號兩個相鄰下降沿之間的時間間隔t。

（3）計算出列車的速度V = S / t。

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩車輪時間間隔測量出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.2 單軸雙磁鋼

如圖2所示。

（1）1#磁鋼和2#磁鋼間距L（根據需要安裝固定）；

（2）計算出1#磁鋼和2#磁鋼檢測到的兩個下降沿之間的時間間隔t；

（3）計算出列車的速度V = L / t；

缺點：如果單個磁鋼對車輪誤檢測時（未檢測或干擾）時，將導致兩磁鋼測量的時間間隔出現誤差，此時速度將不可信，導致整個噴灑時間出現異常。

2.3.3 雙軸雙磁鋼

采用雙軸單磁鋼和單軸雙磁鋼的測速方法均存在測量不準的風險，可以綜合運用兩種方法相結合測速異常處理進行更精確的測試，保證測速結果更接近列車實際運行速度。如圖3所示。

（1）計算出基于磁鋼間距測速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁鋼和2#磁鋼間距L。

（3） t1：1#磁鋼和2#磁鋼對1#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（4） t2：1#磁鋼和2#磁鋼對2#車軸檢測到的兩個下降沿之間的時間差；

（5）計算出基于車軸間距測速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：車廂的軸距S（軸距固定），可通過電子標簽信息獲取；

（7） t3：1#車軸和2#車軸經過1#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（8）t4：1#車軸和2#車軸經過2#磁鋼時兩個相鄰下降沿之間的時間間隔；

（9）計算出實際速度V = （V1 + V2） / 2；

雙軸雙磁鋼算法結合下面的磁鋼糾錯算法，能夠大幅提高測速的準確性。

2.3.4 磁鋼糾錯

對于列車車輛的每一個軸進行磁鋼糾錯，保證車軸檢測的正確性。

示意圖（1#軸）如圖4所示。

對于每個磁鋼都會出現未檢測、誤檢測等問題，所以為了提高車軸檢測的正確性，設計3個磁鋼，只有2個（或以上）磁鋼檢測信號一致時，才認為車軸檢測正確，并對第3個未正確檢測車軸的磁鋼進行糾正，保證下次能夠正確檢測。

2.3.5 測速異常處理

通過對磁鋼測速算法的研究，能夠大幅的提高磁鋼測速的準確性，但是不排除仍有很多現場外因導致測速不準確時，應按照如下方案進行規避修正，盡量不影響本節車廂的噴灑和下節車廂的正常測速：

（1）采用上節車輛測速結果。

（2）采用默認車速模型（根據現場情況）。

（3）告警進行提示。

連續測速異常時，進行人工干預。

2.3 磁鋼安裝示意圖

如圖5所示。

（1）1#磁鋼：喚醒系統（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁鋼：測速和糾錯。

（3）天線：車號識別裝置接收天線。

3 結論

系統采用ARM Cortex-M3內核的32位STM32作為控制器，3個磁鋼作為測速信號的采集設備，通過本算法進行測速和糾錯，能夠很好的避免由于磁鋼未檢測、誤檢測車軸帶來的測速不準的問題。采用本算法能夠極大的提高測速的準確性，進而能夠對車輛位置進行準確的判斷，最終能夠精確的控制噴灑設備，達到自動化精確噴灑。本算法具備很強的現實使用價值。

參考文獻

[1]李偉，朱紅，劉鳳月.鐵路煤炭運輸抑沉劑的制備、評價和應用[J].鐵道學報，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，張曉東，董志國.運煤車智能全自動防凍液噴灑系統[J]機械工程與自動化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志剛，李元宗.基于PLC的防凍液噴灑控制系統設計[J].煤礦機械，2009，30（1）：33-36.

[4]張曉東，牛志剛等.鐵路運煤車防凍液自動噴灑系統研究與應用[J].煤礦機械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋錫來.全自動抑塵劑噴灑系統的研制[J].機械設計與制造，2011（07）：100-101.

作者單位

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