计轴设备监测系统设计和应用

张伟华

北京交通运输职业学院 北京 100096

计轴设备监测系统设计和应用

张伟华

北京交通运输职业学院 北京 100096

文章首先对计轴设备监测功能进行了需求分析，然后阐述了具体的系统结构、软硬件配置、接口设计、通信协议以及查询功能的设计等。最后对该监测系统的实际使用效果进行了总结。该系统适时监测的数据可以满足维护人员对预防性维护的需求，及时准确反映设备状态，减轻维护人员负担、减少人为疏忽。同时，可以用于日常设备维护模拟教学，查找设备故障原因，定位故障位置，实现教学相长。

轨道交通；计轴设备；监测系统；接口设计；模拟教学

Azlm计轴系统由室内计轴评估器和室外轨旁计轴点组成。室外轨旁设备对经过计轴点的列车轮对进行计数，再通过计轴专用电缆发送给室内计轴评估器。评估器计算与计轴点相关的轨道区段的占用出清情况，并通过继电器接口将区段信息提供给信号连锁系统。计轴系统的组成如图1所示。

室外计轴点轨道磁头由两个位置偏移的线圈装置组成，共同安装在一根钢轨上。钢轨外侧是两个发送线圈，钢轨内侧是两个接收线圈，在27 kHz～30 kHz附近产生两种不同频率的信号，在钢轨附近形成电磁场。列车轮轴经过时产生两个时间偏移的感应电压，电子单元利用这两个电压就可以确定轮对经过的轴数以及列车行驶的方向。

图1 计轴系统的组成

室外电子单元（EAK）为发送磁头提供电磁场信号源，检测计算轮对脉冲，监督磁头状态，完成设备自检并向室内计轴评估器发送计数和监督信息的报文。

室内计轴评估器（ACE）通过室外电子单元发回的报文，计算与计轴点相关的轨道区段是否占用或出清，最后将区段状态发送给继电器接口。

1 计轴设备监测系统的功能需求分析

在计轴项目实际使用中，地铁公司要求在远程微机监测系统或者是信号系统维修机中收到计轴设备运行的适时状态，还要有故障报警信息、故障状态信息等，以便维护。因为版权关系没有获得计轴系统软件代码，不能通过修改原计轴系统代码实现自定义发送内容、定制发送协议，所以只能通过接口开发新的软件，按照这个要求在开发设计本地计轴设备监测系统中我们要解决以下几个问题：

首先需要获得计轴设备的接口和协议，通过开发的监测系统从计轴评估器ACE中获得计轴状态信息。

处理从计轴评估器发送来的信息，按照客户提供的接口和通信协议进行封装后向远程微机监测系统发送。

本地计轴设备监测系统的数据配置定制，接口参数定义功能。

本地计轴设备监测系统存储和查询功能。

2 计轴设备监测系统设计

2.1 系统功能和结构图

计轴设备监测系统的主要功能是按照一定的周期通过RS232串口线发送请求语句给计轴评估器，计轴评估器的CPU按照请求语句的类型回复一个设备查询信息给监测系统。之后监测系统再把收到的设备信息整理打包后通过RS485串口发送给业主远程微机监测系统，同时本地监测系统也可以接收来自远程微机监测系统发送来的时间同步信息，使时间保持一致。一台计轴设备监测系统可以通过两条RS232串口线监测2台计轴评估器主机，通过2条RS485串口线连接2台远程微机监测系统。

计轴设备监测系统结构图如图2所示。

2.2 系统硬件配置

计轴设备监测系统软件是使用微软VC++6.0开发的，运行平台可选用一般配置常用工业控制计算机，主要配置如下：

操作系统：Windows XP（SP3）

CPU：奔腾III以上处理器

内存：128MB以上

硬盘：50G以上

包含键盘、显示器和鼠标

串口：2个RS232串口，2个RS485串口

异型串口线：计轴系统专用串口线（RS232标准）

图2 计轴设备监测系统结构图

2.3 系统接口设计

2.3.1 用户接口

计轴设备监测系统软件的查询功能需要给用户提供人机界面操作。用户在任何时间都可对数据库进行查看，查询项目包括：日期、检测点、区段等。用户可对查询条件进行自由选择和组合。用户也可以在软件界面进行串口选择，在不同的计轴评估器主机之间的进行切换选择。

2.3.2 外部接口

计轴设备监测系统与计轴评估器主机之间通过RS232串口双向通信。

计轴设备监测系统与远程监测系统之间通过RS485串口双向通信。

2.3.3 通信接口协议的含义

按照德国提供的协议，监测系统通过RS232发送的请求语句含义为：

表示区段：字母A+回车符；

表示计轴点：字母B+回车符；

表示并口板：字母C+回车符；

表示串口板：字母D+回车符。

还有其他的一些内部状态诊断信息，在这里我们不使用。

计轴评估器回复给监测系统的查询信息包括：

各计轴检测点工作状态的正常/故障表示；

各计轴检测点的磁头告警信息；

各串口板工作状态的正常/故障表示；

各轨道区段工作状态的正常/故障表示；

各轨道区段的占用/空闲表示；

各轨道区段收到预复零操作的表示；

各并口板工作状态的正常/故障表示。

与远程微机监测系统通信的协议依据双方协商而定。

本地监测系统每2秒向远程微机监测系统发送2帧数据，第一帧为检测点及串口板状态信息，第二帧为区段及并口板状态信息。状态值：0表示正常状态，1表示故障状态。远程微机监测系统每小时发送一帧时间数据给本地监测系统来同步校准系统时间。

2.4 数据配置兼容性文件设计

不同的站场联锁区其计轴点和区段的名称和数量是不一样的，在计轴评估器里的物理地址配置也不一样，所以为了增加监测系统对不同站场的适应性，选择了以.ini为后缀的数据配置文件帮助软件定位数据，实现软件配置的灵活性。

对于串口的参数：串口号、波特率、奇偶校验位等也可以通过配置文件进行设置。

2.5 程序设计

2.5.1 运行逻辑

因为要同时监测2台或以上（依据串口数量）计轴评估器主机，并且期望拥有主机信息显示界面以及不同主机之间的界面切换，所以软件逻辑上设计成一个多线程程序，对每台主机定义了类并进行了类的封装，同时每个类将开启五个线程，分别是：

监测系统发送请求语句线程；

监测系统接收查询信息线程；

给远程微机监测系统发送计轴信息线程；

接收远程微机监测系统时间同步线程；

界面显示和通信中断判断线程；

多线程能够满足实时性要求，对串口通信响应及时，界面切换和运行都很流畅。

2.5.2 数据结构

该软件的数据是按面向对象设计的对话框类。其中全局、静态变量区主要储存固定参数和固定配置，方便所有线程和函数能够随时调用，如：配置文件名称、监测周期、数据库密码等。

2.6 历史查询功能

监测系统接收到的查询信息保存在本地硬盘数据库。每天生成两个表，分别保存当天发生的区段相关信息和检测点相关信息。

在需要查看历史状态时，还可以通过界面按钮选择。查询项目包括：计轴评估器主机、日期、检测点、区段等，用户可对查询条件进行自由选择。

如果切换到模拟教学模块，该模块可以实现故障模拟和故障再现，为维护人员的教学提供人机界面和设置界面，进而模拟现场故障。

3 结束语

计轴设备监测系统自生产以来，已经应用于北京地铁、天津地铁和郑州地铁等线路，达到了客户对计轴设备监测和维护要求的期望。而该系统可以按照不同站场图配置参数的特点又增加了产品的适应性和灵活性，一般情况下都可以通用，不需要为了适应新的项目而进行大量的软件的修改。

在日常设备维护中，维修人员可以通过模拟教学，掌握该软件查找故障位置的方法，进而为准确处理故障提供判断依据，总结故障现象并积累经验。同时也可以通过实验和学习，提出改进的目标，为研发人员进一步提高设备的可用性、可靠性、提供良好的人机界面和现场支持。

［1］范婷.计轴绘图及监测的仿真研究［J］.铁路计算机应用，2014（9）：15-17.

［2］王金魁.计轴系统工作原理及常见故障处理［J］.电子世界，2014（2）：70.

［3］杨林生.计轴在地铁行业中的应用［J］.技术与市场，2013（3）：18，20.

［4］Jon Bates，Tim Tompkins.实用Visual C++ 6.0［M］.北京：清华大学出版社，2005.

Design and Application of Axle Counting Equipment Monitoring System

Zhang Weihua
Beijing Vocational College of Transportation， Beijing， 100096， China

This article frst makes an requirement analysis of functions of the axle counting equipment monitoring system， and then describes the specifc structure design， hardware and software confguration， interface design， communication protocols and query functions. Finally，the application effects of the monitoring system are summarized. The data collected by the system， showing the real-time status of all devices，can meet the preventative maintenance requirements by maintenance personnel. Also the system can be used for routine teachingsimulation，such as fault diagnosis and positioning.

rail transportation； axle counting equipment； monitoring systems； interface design； teaching simulation

2015-06-26

张伟华，硕士，工程师。

本文是“北京市职业院校专业创新团队建设计划资助项目”的阶段性研究成果。