基于S3C2410 的鐵路道岔融雪加熱控制系統(tǒng)

李楠 張華衛(wèi)

（1 蘭州交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與科學(xué)技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，甘肅 蘭州 730070；2 蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

道岔是鐵路軌道連接的重要設(shè)備，它直接關(guān)系著鐵路運(yùn)輸?shù)男屎托熊?chē)安全[1-2]。目前我國(guó)鐵路道岔的日常清雪仍以人工方式為主，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，尤其是在北方的冬季，道岔積雪難以及時(shí)清除，這對(duì)于高速鐵路來(lái)說(shuō)，是一個(gè)影響安全正點(diǎn)運(yùn)行的弊端[3]。目前融雪方式除了人工掃雪外，還有化學(xué)融雪、高壓氣吹式融雪、電加熱燈融雪、熱水循環(huán)融雪等方法[4-5]，這些方法大多因技術(shù)不成熟、安裝復(fù)雜、不可靠、能耗大等諸多原因無(wú)法進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用。基于以上原因，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠有效融雪加熱的智能控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。

本文提出的鐵路道岔融雪加熱系統(tǒng)，是通過(guò)安裝在道岔上的電加熱元件對(duì)道岔進(jìn)行加熱，以達(dá)到除雪的目的。

1 融雪加熱系統(tǒng)總體架構(gòu)及工作原理

系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制中心、本地工作站、電氣控制柜、隔離變壓器和電加熱元件組成。其基本組成框圖如圖1所示。遠(yuǎn)程控制中心位于車(chē)站調(diào)度中心，主要由服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、電源、電磁干擾防護(hù)設(shè)備組成，通過(guò)鐵路專用網(wǎng)絡(luò)與本地工作站通信，集中監(jiān)控各車(chē)站道岔整體的狀態(tài)；本地車(chē)站控制中心位于各個(gè)車(chē)站的調(diào)度室，由專業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源、電磁干擾的防護(hù)設(shè)備等組成，可以對(duì)該站所有的電氣控制柜及電加熱元件進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)可以與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信；電氣控制柜通常安裝于室外，采用分散控制方式，控制現(xiàn)場(chǎng)道岔加熱系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和參數(shù)設(shè)置等；電加熱元件安裝在軌內(nèi)側(cè)或滑床板邊，用于道岔電加熱融雪。

圖1 融雪加熱系統(tǒng)組成框圖

2 電氣控制柜核心控制模塊硬件構(gòu)成

電氣控制柜是融雪加熱系統(tǒng)的核心構(gòu)件，其內(nèi)部的核心控制模塊采用的是SAMAUNG 公司的S3C2410[6]，其余還包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊、GSM 通信模塊、報(bào)警模塊等。電氣控制柜系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.1 核心控制模塊S3C2410

S3C2410 是SAMSUNG 公司推出的基于ARM920T內(nèi)核和AMBA 總線的16/32 位RISC 微處理器，其內(nèi)部的電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，具有極其重要的地位。經(jīng)過(guò)分析，在電源系統(tǒng)中，至少需要3.3V 和1.8V 的兩種直流穩(wěn)壓電源。

2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊

環(huán)境數(shù)據(jù)的采集主要指采集外界溫濕度、雨雪天氣信息和導(dǎo)軌溫度。溫濕度數(shù)據(jù)采集選用JCJ175A 傳感器，雨雪數(shù)據(jù)通過(guò)FM-YX 雨雪傳感器獲取；導(dǎo)軌溫度傳感器安裝在鋼軌的底部，選用PT100 貼片式溫度傳感器。由于選用的傳感器均為RS485 輸出型傳感器，而S3C2410具有的是RS232 串口，因此需要RS232 和RS485 的接口轉(zhuǎn)換器，這里選用UT-2127 型轉(zhuǎn)換器。

圖2 電氣控制柜系統(tǒng)框圖

2.3 GSM 通信模塊

GTM900-C 是華為公司研制的GSM/GPRS 模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令及增強(qiáng)AT 命令[7-8]，本系統(tǒng)利用GTM900-C 的短消息服務(wù)功能，將現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)通知給系統(tǒng)管理人員。

3 電氣控制柜核心控制模塊軟件設(shè)計(jì)

軟件部分以linux-2.6.24.4 為系統(tǒng)核心，采用armlinux-gcc-3.4.6 編譯器，各個(gè)模塊的應(yīng)用程序分別調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)設(shè)備，前臺(tái)界面采用Qt-4.4.0 編寫(xiě)[9-10]。軟件設(shè)計(jì)包括前端采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、信息傳輸程序和QT 界面模塊。這里僅列出數(shù)據(jù)處理工作流程圖，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理工作流程圖

4 系統(tǒng)性能測(cè)試

由于環(huán)境的限制，本融雪加熱控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步簡(jiǎn)單試驗(yàn)，我們首先把溫度閾值設(shè)為25°，濕度閾值設(shè)為60%，對(duì)一段鋼軌進(jìn)行加熱，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 融雪加熱系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，本系統(tǒng)能夠完成預(yù)定的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于S3C2410 的融雪加熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)地將鐵路道岔積雪信息動(dòng)態(tài)情況反映到S3C2410 核心處理器上，以便對(duì)道岔進(jìn)行合理的管理，提高列車(chē)運(yùn)行安全，保證鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：本設(shè)計(jì)方案可以滿足系統(tǒng)的需求，具有可靠性和實(shí)用性的特點(diǎn)，考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蕟?wèn)題，下一步可以將ZIGBEE 技術(shù)等無(wú)線新技術(shù)引入到設(shè)計(jì)方案中。