铁路客车库(站)检列车制动机试验数据传输系统方案研究

龚向东

(北京铁路局 调度所,北京100038)

根据中华人民共和国《铁路技术管理规程》、《铁路货车运用维修规程》、《铁路客车运用维修规程》的要求,必须对客货列车制动系统性能进行试验检测。目前各客车库(站)检作业单位都拥有各自的列车制动机试验监测手段,但也存在各式各样的问题。

现有的列车制动试验监测方法及装置归纳起来有以下几种:

(1)传统机械指针压力表监测

利用机械指针压力表,目测列车尾部风压,手工记录试风结果,填写检测记录。这是较原始的列车制动试验监测方法。机械指针压力表风压偏差较大,检测结果受工作人员责任心影响,难于管理。

(2)电子式压力表监测

电子式压力表有多种形式,大多具有数据记录功能,无论风压精度和方便管理方面都有了很大进步。但不能在试风过程中自动实时地给出判定结果,也不能及时反馈给值班员及相关管理人员。

(3)尾部风压自动监测装置

尾部风压自动监测装置技术比较先进,如2006年推广使用的GTPC-2列车制动试验监测装置,可以实时采集尾部风压数据,动态生成压力曲线、自动给出判定结果。但该类监视系统也有一些缺点和不足:要求值班室有专人值班,给已经很繁忙的值班员又增加了工作负担;智能化水平也有待提高,对于一些不是很规范的数据曲线不能识别试验项目,总是误报或给出不合理的结果;不能实现信息共享,试验数据只能提供给值班员,相关的其他作业单位以及管理者不能及时掌握等。

充分融入最新的技术手段,继承并集中以上各种监测方法的优点,摒弃缺点和不足,开发一种新的“列车制动机试验监测系统”对于加强列车制动机性能试验安全监控、方便管理、确保行车安全有着重要的意义。

1 监测系统方案设计

铁路客车库(站)检列车制动机试验监测系统由作业子系统、中心监视子系统、Web查询子系统3部分组成。中心设计思想是系统化、网络化,结构示意图如图1。

作业子系统是库(站)检作业单位进行列车制动试验的核心部分,也是整个监测系统的基础,要完成尾部风压数据的实时采集、传输、曲线监视、试验项目识别、结果判定、试验数据保存查询及统计等功能。

监视子系统是监测系统的控制环节,在值班室实时对作业子系统进行集中监视,同时采集、保存列检作业单位的最新制动试验数据,对于不合格的试验进行声光提示。监测中心对整个监测系统各个子系统进行监控,可实现异地远程控制,同时对制动试验数据进行远程采集、集中存储,在线查询。

Web追逆子系统是整个监测系统的管理环节,通过本子系统可以在路网上的任一台计算机上查看各作业单位的试验结果表,查看每个试验的试风曲线及报告,并可以对各单位试验合格率进行统计。

1.1 作业子系统

作业子系统由无线风压监测仪、无线传输接发仪、列首终端机、列首中心控制器、数据接收处理主机等部分组成,设置于客车库(站)检(图2)。

图1 铁路客车库(站)检列车制动机试验监测系统示意图

图2 作业子系统示意图

列首终端机由列车前部检车员持有,无线风压监测仪挂接在列尾风管上,无线传输接发仪根据需要安装在合适位置,列首中心控制器安装在值班室,数据接收处理主机也安装在值班室。

无线风压监测仪主要完成列车管风压的采集、数字化处理,同时将采集后经过处理的数据显示、存储在无线风压监测仪的LED和存储器内,且根据无线传输接发仪的要求将该数据同步传送给无线传输接发仪。

无线传输接发仪作为中转站将收到的无线风压监测仪采集的数据向数据接收处理主机进行传输,同时接收数据接收处理主机下达的指令并将其转送给无线风压监测仪。

列首终端机(列首检车员主控使用)是手持式设备,作业人员输入班组,股道号、车次、辆数、制动试验性质、风源、试验器号等试验信息,并将录入信息发送到数据接收处理主机处理和存储。实时接收显示数据处理主机转发的风压数据和判定结果。

列首中心控制器转发多个列首终端机的数据到数据接收处理主机,并转发接收处理主机发送的风压数据和判定结果给列首终端机。

数据接收处理主机将无线传输接发仪转发来的多个无线风压监测仪列车管风压实时数据进行监测记录、智能分析判断、结果显示并保存,并提供查询、报警、系统自检、联网上传等功能。由值班员完成试验监控,对现场作业进行指导。

1.2 中心监视子系统

中心监视子系统由两部分组成:监视终端和中心数据服务器。监视终端主要完成与各作业单位列车制动试验数据的远程采集和实时监视功能,同时将数据存入中心数据服务器。中心数据服务器是数据库服务系统,它为列车段监控中心监视终端和Web浏览系统提供数据源。

中心监视子系统设计有如下主要功能:

(1)实时显示各作业单位列检试验结果,不合格的显示为红色高亮并有声音提示。(2)试验显示列表可按任一单元格的数据内容进行全表数据筛选,可以非常方便的按单位、按日期、按车次、按试验结果等条件进行查询。(3)数据动态更新,仅保留最近的数据(数据条数可设定),历史过期数据将自动隐藏,可以通过查询功能查看历史数据。既可查看试验结果列表,又可以输出某试验的曲线及试验报告。(4)通过IP地址连接状态,实时显示各作业单位网络连通情况。

系统还具有用户管理、列检作业单位管理、列表显示项目设定、重抄历史数据、通信报文监视等功能。

1.3 Web查询子系统

通过局域网可远程查询中心数据库中的试验数据。由于中心数据库是实时更新的。因此Web浏览数据时也是最新的。系统具有权限管理模块,可以限制非法用户的访问。

Web查询子系统设计有如下主要功能:

(1)显示试验结果:显示各作业单位最近试验情况,标明合格、不合格或未做试验。(2)历史试验查询:查看某作业单位指定时段的列检试验情况。(3)查看打印试验曲线:显示或打印指定试验的试验报告,含试验数据和风压变化曲线。(4)试验合格率统计及输出:统计各列检作业单位在指定时间段内试验的合格率,并形成报表输出。(5)输出试验列表:查询指定作业单位、指定时段的全部试验,列出各试验项目的充风、减压、保压、结果等数据形成报表输出。

2 系统设计关键技术

系统的研究主要采用以下关键技术及应用设计;(1)作业子系统采用分段无线通信模式;(2)试验项目智能识别,试验结果自动判定,不合格试验自动诊断;(3)实现值班员主导模式和检车员主导模式灵活可配;(4)多重保护的网络数据传输;(5)试验结果及曲线的Web发布;

2.1 分段无线通信方式

无线方式比有线方式在现场安装、维护、成本等多方面具有优势。通过合理选型和技术优化,无线方式通信距离和可靠程度可以满足列检试风监测需要。

现场系统无线通信采用多种通信设备:

(1)无线风压监测仪采用微功率无线数传模块,具有抗干扰性强、全透明传输、体积小、功耗低及传输距离远等特点,完全可以适应电池供电、覆盖作业场一端区域的工作要求。(2)由客车库(站)检两端到值班室一般距离稍远,因此系统的中继设备无线传接发仪采用大功率数传模块,该模块传输距离应达5 km。(3)在有些情况下,特别是特等站,车站设备、供电、机车、通讯、车辆等作业单位集中。为了分散利用无线频点资源,避免邻频干扰,列首终端机应采用已有充分验证的铁路专用400 MHz对讲机通信。

2.2 智能化、自动化设计

系统采用分段曲线拟合法,在试验过程中智能完成对试验项目(漏泄试验、感度试验、安定保压、持续保压试验、简略试验等)识别、试验结果判定及不合格原因分析。

通过对充风、减压、保压、缓解等不同试风阶段风压变化规律的分析,分段形成不同情况下(如定压500或600 kPa、减压 50或100 kPa)的标准曲线,并增加拟合范围及保压延时等参数,在试风过程中对曲线进行自动拟合,并根据不同列车性质(始发、到达等)所做试验项目不同的情况,自动识别具体项目,并动态刷新结果。对于不合格情况,根据拟合结果给出充风不足/过充、减压过量/不足、保压时间不足等不合格原因(见图3)。

图3 曲线拟合图

2.3 数据传输安全

系统采用铁路专网作为各作业单位向中心传输数据的信道。系统有如下设计要点:

(1)各作业单位基本都具备路网上网条件;(2)对试验数据进行必要压缩,采用TCP/IP通信技术进行传输;(3)设计重发保护机制,连续N次重发,只有接收到合法应答才确认发送成功;(4)设计暂存队列,对于重发N次仍失败的数据,存入暂存队列,在系统空闲时定期尝试重发,一但网络畅通,则能立即上传;(5)除新数据自动上传机制外,还设计中心主动呼叫历史数据功能。

通过以上设计,可以保证数据完整性和相对的实时性:

(1)在网络通畅时,可以实时自动上传;(2)在网络繁忙时,可以择机自动上传;(3)在网络故障时,中心可以主动呼叫。

2.4 试验曲线网络发布

系统通过Web方式在网上查询试验数据和曲线,可以方便的查询当前或以往的列车制动系统试验信息。系统的Web曲线功能采用SQLSERVER2008的报表服务器开发,曲线直观、清晰,为上级领导及时决策及故障定责提供了方便快捷的手段(见图4)。

图4 数据库服务器框图

数据库服务器采用分层设计,分为数据层和应用层。数据层是指存储试验曲线数据、结果数据及试验基本信息的数据表。应用层由视图、函数、存储过程等组成,完成对数据表中数据的过滤、组合、统计、格式转换等工作,可直接提供给报表应用层或外部应用模块

报表采用SQLSERVER报表服务器平台进行设计,发布安装于报表服务器上,与数据库的应用层相连。SQLSERVER报表服务器提供强大的曲线报表显示功能,可将风压数据以曲线方式显示出来,并添加适当的说明及标注,既实用,又美观。

Web查询子系统的报表通过IP映射到报表服务器上,动态数据页面则直接通数据连接器连接到数据库的应用层。

3 结束语

系统设计思想是集智能仪器技术、计算机及传感器技术、智能拟合技术、无线通信技术、网络通信技术、Web发布技术为一体的网络化监测系统。系统可适用于铁路客车库(站)检列车制动机试验时的尾部风压监测,具有测量精确、通信可靠、智能化程度高、使用简单方便、数据网络共享化程度高等优点,它的研制和应用有助于提高客车制动机性能试验的质量管理技术水平,为制动试验的技术作业提供了质量过程控制手段,为客货车的安全管理提供了一种高效、快捷、准确的质量追朔方法,此方案的实施对保证行车安全具有重要的意义。

[1] 铁路客车运用维修规程[S].北京:中国铁道出版社,2006.

[2] TB/T 2555—1995.车辆制动机列车试验方法[S].

[3] 数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求(试行)[S].2007.

[4] 石振东,刘国庆.实验数据处理与曲线拟合技术[M].哈尔滨:哈尔滨船舶工程学院出版社,1992.

[5] 康会光.SQL Server2008中文版标准教程[M].北京:清华大学出版社,2009.