TFDS-2T硬件维护手册.doc

TFDS-2T系统硬件维护手册货车故障轨边图像检测系统（-2T）硬件维护手册北京康拓红外技术有限公司2011-1037目 录1. 系统简介21.1 系统简介21.2 系统功能21.3 系统特点31.4 检测范围41.5 图像数量52. 系统结构92.1 系统构成92.2 系统工作流程102.3 轨边设备112.3.1. 车轮传感器122.3.2. 车号天线132.3.3. 底箱132.3.4. 侧箱142.3.5. 远程监控摄像机152.3.6. 高速数字摄像机152.3.7. 补偿光源192.4 轨边机房设备222.4.1. 车辆信息采集计算机222.4.2. 图像采集计算机282.4.3. 控制箱302.4.4. 车号智能跟踪装置312.4.5. 车轮传感器智能处理装置312.4.6. KVM显示器322.4.7. 光纤收发装置322.4.8. 防雷设备322.5列检中心设备332.5.1. 服务器和复示终端列检计算机352.5.2. 网络设备362.5.3. 列检中心防雷设备361. 系统简介1.1 系统简介TFDS-2T型货车故障轨边图像检测系统是一套集高速数字图像采集，大容量图像数据实时处理技术、精确定位技术、模式识别技术、抗阳光干扰技术、智能化、网络化技术以及自动控制技术于一体的智能系统，其设计目的是对货车的隐蔽故障和常见故障进行动态检测。本系统能够利用图像采集设备对通过的车辆自动抓拍车钩缓冲配件、基础空气制动装置、车底架、转向架等部位的全部图像，并经过数字化处理，传送到室内信息终端计算机，采用人机结合的方式检测车辆故障，并及时通知维修人员进行处理，自动形成车统15、车统81等作业台帐。本系统能有效直观地显示出车钩分离、制动闸件脱落，机车部件甩油，摇枕、侧架、基础制动装置发生裂折等危及行车安全的故障，实现过车信息、故障及其图像、检修处理信息和车辆部件图像等数据的精确采集和及时上报。1.2 系统功能1. 列车到达时，系统自动测速、计轴计辆；2. 适应车速：0-120km/h（不包含0km/h）；3. 自动获取机车及车辆的标签信息，并自动提取车次、车号及车型等信息；4. 自动识别客车和特种车型；5. 对货车关键部件（制动梁、转向架、车钩等）准确定位并抓拍图像；6. 系统自动按转向架、制动梁、中间部和车钩钩缓四个部位进行图像的拼接，并通过列检终端计算机显示；7. 系统能够自动生成车统15、车统81等作业台帐；8. 系统实现了数据及图像的上传接口；9. 系统实现了自检功能，自动对防护门、图像采集计算机、车辆信息采集计算机及各软件进行监控。1.3 系统特点1. 采用高速数字CMOS摄像机；2. 补偿光源选用LED频闪灯，光效高，温度低，寿命长；3. 列车通过时，系统实时进行计轴计辆、图像采集及传输，实现了过车实时检车；4. 车辆关键部件定位准确，列车匀速行驶时定位误差小于1cm;5. 系统采用多种方式对丢轴问题进行处理，使丢轴造成图像错位现象只出现在丢轴的一辆车内，不影响后续车辆；6. 系统有完善的车辆模版库管理功能，增加新车型时，不需重修改程序；7. 图像采集时能够根据外部环境自动调整曝光时间及增益，确保在任何情况下，都可以获得最佳图像效果；8. 底箱采用沉箱方式固定在道床上，无需减震装置，安装及拆卸简单；9. 防护门开关时无碰撞，声音小，并且电机有打滑装置或者限流保护装置，能够有效保护电机；10. 轨边设备（摄像机，补偿光源等）全部被密封在防护盒内，具有防水、防尘功能；11. 轨边安装了吹风设备，可以保证轨边设备在恶劣天气下正常运行。1.4 检测范围1. 滚动轴承外圈前端、前盖、承载鞍前端无裂损，轴端螺栓无丢失，滑动轴承轴箱及配件齐全。2. 侧架及一体式构架侧梁外侧、摇枕底部无裂损，侧架立柱磨耗板无窜出；交叉支撑装置盖板下平面物变形、破损，交叉杆无裂损、弯曲、变形，交叉杆支撑座无破损，轴箱及摇枕弹簧无窜出、丢失，外簧无折断，转K4型转向架弹簧托板底部无破损、斜楔主摩擦板无丢失。3. 钩尾框底部无裂损，钩尾框托板无裂损、螺栓螺母无丢失，从板、从板座、缓冲器底部无破损，钩尾扁销螺栓、螺母、开口销五丢失。4. 闸瓦托吊、制动梁支柱、槽钢及弓形杆无弯曲、变形、裂损，制动梁吊的圆销、开口销、U型插销（螺栓）无丢失，闸瓦、闸瓦插销无折断、丢失，下拉杆无变形、折断、丢失，安全吊无折断、脱落、丢失，制动梁支柱、下拉杆、固定杠杆支点、移动杠杆、上拉杆的圆销、开口销无折断、丢失。5. 制动缸、副风缸无松脱，闸调器无破损，各拉杆五折断。1.5 图像数量系统检测故障分为四个工位：基础制动部件（制动梁）、侧架（转向架）、车钩钩缓、车底架（中间部），每个部位采集的有效图像数量如下：1. 基础制动部件：12幅图像，拼接成2幅大图；2. 侧架：12幅图像，拼接成2幅大图；3. 车钩钩缓：11幅图像，底部9幅拼成1幅大图，侧部2幅拼成1幅大图；4. 车底架：标准18幅（根据车体长短不同，车底中间部图像数量也随之变化），拼接成2幅大图，其中每幅大图9幅小图。图1.5.1 基础制动部件(制动梁)图1.5.2 侧架图1.5.3 车底部一图1.5.4 车底部二图1.5.5 车钩钩缓(底部图片)图1.5.6 车钩钩缓(侧部图片)2. 系统结构本章向用户介绍TFDS-2T型系统的构成，包括轨边设备、机房设备和列检中心设备，为使用户能清晰地认识本系统，在介绍系统构成时，将按照设备的物理位置依次进行介绍。2.1 系统构成图2.1.1 TFDS-2T系统框图 本节将介绍系统的整体框架，如上图，TFDS-2T型系统主要由三部分构成：轨边探测设备、轨边机房设备和列检检测中心设备。轨边探测设备及轨边机房设备都安装在探测站，探测站机房一般位于列检中心进站方向1-5公里处的轨边，轨边探测设备安装在探测站机房附近轨下及轨两侧，完成列车及车辆信息的探测及采集功能，轨边机房内安装有读取并处理列车及车辆信息的计算机、图像采集计算机、控制箱及AEI室内设备、车轮传感器智能处理装置、远程管理箱，为室外设备（门电机，补偿光源，风机等）提供控制和电源输出。列检检测中心主要有服务器机房和列检值班室，服务器机房内主要设备是服务器，列检值班室内主要有列检终端计算机和远程监控屏幕。列检检测中心设备与探测站设备之间通过光缆连接。2.2 系统工作流程等待接车状态收到1、2号磁钢信号进入接车状态打开保护门、风机、触发车号采集装置上电进入采集状态、进行测光并将曝光参数发送给摄像机列车机车压过3、4号磁钢，采集轴距信息并计算车速，同时打开补偿光源根据底部和侧部的不同延时时间分别对5个摄像头进行触发拍照图像采集计算机将图片进行压缩并传送至服务器车辆信息采集计算机将采集到的车辆信息同时传送到服务器服务器根据图片来源将各部件图片进行转换拼接，并将通过车辆基本信息入库各工位计算机收到来车信号和图片信息后即可浏览相应部件图片最后一辆车通过3，4号磁钢后超过延时时间，系统认定过车完毕关闭补偿光源的电源、关闭保护门、风机、关闭摄像头采集程序，同时将车号采集系统下电进入等待接车状态。2.3 轨边设备 轨边设备主要是系统前端探测设备，主要部件包括：车轮传感器、车号天线和高速数字摄像机，用于直接采集列车车辆信息，抓拍图像，另外轨边设备还包括防护设备、补偿光源，补偿光源为摄像机抓拍图像提供光源补偿，补偿光源和摄像机都被安装在防护设备内，防止被破坏，如下图。图2.3.1 TFDS-2T系统室外设备安装图2.3.1. 车轮传感器 1#、2#磁钢（3#、4#磁钢安装方式与1#、2#磁钢相同）图2.3.1.1 车轮传感器外观视图车轮传感器是实现系统实现接车、测速、计轴计辆、图像定位等功能最基本的设备，共4个磁钢，4个磁钢都在采集系统的前方，即来车方向一侧，面对来车方向，由远及近，分别是1#磁钢、2#磁钢、3#磁钢、4#磁钢。其中，1#磁钢和2#磁钢距离采集系统大于50米，两个磁钢间距离约250毫米，用于列车探测，当列车经过1、2#磁钢时，系统进行接车准备，进入接车状态，系统开门，并打开AEI设备；系统利用3、4#磁钢识别列车类型，如果是客车，系统关门，退出接车，同时3#、4#磁钢用于采集车辆信息，3#磁钢距离底部摄像机1500-1700毫米，3#、4#磁钢间距为250毫米，系统根据3#、4#磁钢信号对列车进行测速、计轴计辆，另外，4#磁钢作为补偿光源开启磁钢，当列车第一轴经过4#磁钢时，补偿光源开启，同时系统也是根据4#磁钢信号对车辆关键部件进行定位并抓拍图像。2.3.2. 车号天线图2.3.2.1 车号天线车号天线负责获取通过的机车/车辆的标签信息（标签信息包含列车车次及车辆车号），并上传至车号处理系统。2.3.3. 底箱 底箱内部安装有3个高速数字摄像机和8组补偿光源，用于抓拍车辆底部图像。底箱安装在铁轨下方枕木间隙处，固定在道床上面。底箱底部设有走线孔和排水孔，走线孔本身也可以起到排水的作用。图2.3.3.1 底箱内部图底箱3个摄像机编号分别方式为：背对来车方向，从左向右3台摄像机标号分别是底1(底左)摄像机、底2(底中)摄像机、底3(底右)摄像机。2.3.4. 侧箱图 2.3.4.1 侧箱内部图 TFDS-2T轨边安装有2个侧箱，背对来车方向，左边为左侧箱,右边为右侧箱。每个侧箱内部装有1个高速数字摄像机和4组补偿光源，用于抓拍车辆侧架及互钩差图像。侧箱安装在铁轨两侧，距轨内侧1400毫米，通过护管跟底箱连接并固定,并且底部平面与水平面呈15度夹角。2.3.5. 远程监控摄像机监控摄像机安装在探测站机房边对着轨边设备的方向，全天24小时运行。监控摄像机配有红外灯，用于为夜间摄像提供光源补偿。监控摄像机输出的视频也将通过网络发送到列检所远程监控显示屏上，以便列检值班员了解探测站轨边情况。 2.3.6. 高速数字摄像机底箱和侧箱内摄像机采用Dalsa HM1400高速数字CMOS摄像机，并配有焦距8mm,面靶尺寸2/3英寸镜头。Dalsa HM1400曝光时间最小为20微秒，全分辨率下最高拍摄帧率可达64帧/秒，可以适应最高时速为120公里/小时的列车。Dalsa HM1400分辨率最大为14001024，并且采用的CMOS传感器对光线的灵敏度非常高，可以拍摄高质量图像。摄像机兼容GigE Vision 1.0协议，技术成熟，数据传输率高，安装方便，支持即插即用，是目前国际上使用最广泛的视频传输标准之一。图2.3.6.1 Dalsa HM1400摄像机带8mm镜头Dalsa HM1400 摄像机参数：传感器：DALSA IA-G5 Area Array；分辨率：1400X1024；像素大小：7.4m X 7.4m；全分辨率下最高帧率：64fps8bit, 32fps10bit ；电源：12-24V（标准为12V）；环境温度：0 C 45C；环境湿度: 20% 80%；兼容GigE Vision 1.0协议，双 光电隔离输入输出。computar 镜头参数：焦距8毫米；面靶尺寸2/3英寸；光圈：1.4；景深：以1米的拍摄距离为准，前景深为0.4m，后景深为3.2m。图2.3.6.2 高速数字相机现场安装接线示意图相机接线与控制：摄像机触发控制电缆接线表点号名称代号去向代号电缆备注YZ-10（孔）CN9现场电装注明标号：摄像触发1底箱摄像机触发信号地CN9-018芯屏蔽网线、蓝白线2底箱摄像机触发信号CN9-028芯屏蔽网线、蓝线3侧箱摄像机触发信号CN9-038芯屏蔽网线、蓝线4侧箱摄像机触发信号地CN9-048芯屏蔽网线、蓝白线7备用摄像机触发信号CN9-0781394电源控制+12VCN9-089备用摄像机触发信号地CN9-09101394电源控制地CN9-10注：网口相机的供电采用单独24V电源长供电模式，不做复位。将5个摄像头的8芯屏蔽网线中电源地（橙白和绿白）接在24V开关电源的地线上，8芯屏蔽网线中的电源（橙和绿）接在24V开关电源的正极。相机插头引脚定义：图2.3.6.3 观测方向：航插头背部接线侧定义或摄像机插头定义Pin 1 Power GND 电源地，接8芯网线的橙白，外接到电源地线Pin 2 +12V DC 电源正，接8芯网线的橙，外界到+12V直流电源Pin 5 Input1 - 触发地，外接到RS442-或 TTL GNDPin 6 Input2+ 触发正，外接到RS442或TTL2.3.7. 补偿光源底箱内补偿光源采用IITL-GP2B型LED频闪灯作为补偿光源。图2.3.7.1 补偿光源图本频闪灯与相应滤光片配合使用，能够为高速照相系统提供非常出色的抗阳光干扰功能。即使在强烈阳光干扰的环境中，使系统也能得到高质量的图像。1) 频闪灯的脉宽和亮度可以实时控制；2) 有适合于室外恶劣环境的过载保护功能；3) 正常工作状态下，具有低功耗性能，消耗电流小于1安培；4) 闪光寿命为十亿次。特点:1) 独特的抗阳光干扰技术；2) 色彩平衡；3) 脉冲宽度10ms-400ms,实时可调；4) 每个脉冲强度可实时控制；5) 小于1A的低电流供电；6) 快速启动,无需预热；7) 控制信号过宽保护；8) 温度适应范围-40到85；9) 低电磁辐射干扰；10) 较长使用寿命；11) 电源及信号反接保护。性能指标:光学性能最小值标准值最大值单位备注峰值功率40W/波长450650nm辐射角90/60度两种类型电学性能供电电压202427V供电电流0.5A平均电流待机时功率消耗2.54W控制电压高电平812V控制电压低电平02V控制电流0.5mA控制脉宽10800m闪光频率60Hz光强调节电压05V光强调节电流5mA机械性能温度-4085摄氏度尺寸10.013.512.4cm重量4Kg寿命109次闪光次数接线说明:1) 线1:黑色,地线;红色,24V电源线；2) 线2:黑色,地线;红色,脉冲控制线；3) 线3:黑色,地线;红色,光强控制线。图2.3.7.2 补偿光源尾部以及线序图注意事项:1) 如果光强控制线不在使用中，不可使其对地短路；2) 光脉冲控制电压不可超过12V；3) 频闪频率不可超过60Hz。2.4 轨边机房设备图2.4.1 轨边机房设备图 轨边机房设备有：主机柜、车辆信息采集计算机、图像采集计算机、控制箱、车号智能跟踪装置、车轮传感器智能处理装置、信号防雷箱、远程管理箱、KVM显示器、鼠标、键盘、稳压电源、网络设备、防雷设备。2.4.1. 车辆信息采集计算机车辆信息采集计算机是车辆信息采集子系统的核心，放在机柜中，位于键盘的下方，主要完成防护设备及补偿光源的开关控制、设备自检、图像采集计算机的开关控制、车辆信息的采集、列车测速、计轴计辆、读取标签信息、关键部件定位并产生摄像机触发脉冲、将列车信息、车辆信息及图像信息入库。图2.4.1.1 车辆信息采集计算机后面板图（1）图2.4.1.2 车辆信息采集计算机后面板图（2）车辆信息采集计算机内扩充了I/O控制板卡PCL720卡、频闪光源触发板卡、I/O采集板卡PCI1750卡，通过两个37芯电缆连接控制箱，由系统软件进行车辆信息的采集及设备控制。串口1与控制箱通过串口线相连，由系统软件对车号接受设备进行操作。图2.4.1.3 车辆信息采集计算机背部面板板卡示意图车辆信息采集计算机操作系统选用Windows XP SP3版，系统主要运行车辆信息采集及控制软件TFDSController，远程控制软件Radmin，板卡管理软件Advantech Device Manager以及相关的板卡驱动程序。车辆信息采集计算机中的板卡:1) I/O控制板卡（PCL720卡）：图2.4.1.3 PCL720卡实物图PCL720卡作用是控制TFDS-2T设备中轨边防护门的开关、光源的频闪、相机拍照等功能，是TFDS-2T系统中比较重要的板卡,所有的控制信号都由该板卡发出。PCL720卡是PC兼容的插入式板卡，带有32路数字量输入、32路数字量输出和3个可编程计数器/定时器通道。该卡的数字量I/O通道是TTL兼容的，使用了74LS244驱动器/缓冲电路，以提供高输出驱动能力。这些缓冲电路所需要的输入负载电流比常规的TTL电路更低。板卡的8254可编程计数器/定时器提供了3个灵活的16位计数器/定时器通道。可以通过对8254编程来产生波形和脉冲。时钟晶振的频率通过跳线设置。2) I/O采集板卡（PCI1750卡）：PCI1750卡的作用是将磁钢信号通过磁钢板之后的数字脉冲信号采集到，并实时地交给车辆信息采集计算机系统做测速、计轴计量、控制信号等处理。TFDS-2T系统中车辆信息采集计算机共用了2块PCI1750卡，每块板卡都使用了中断触发模式。相应的触发模式设置将会在软件手册部分说明。PCI1750卡提供了16个隔离数字量输入通道、16个隔离数字量输出通道以及一个PCI总线的隔离计数器/定时器。由于带有2,500VDC隔离保护及支持干接点，PCI1750卡非常适合需要高电压保护的工业应用场所。图2.4.1.4 PCI1750卡实物图3) 频闪光源触发板卡该卡的作用是对PCL720卡发出的触发频闪灯的TTL信号经过处理放大到12V信号，并分4路输出，每一路触发4个频闪灯，每路可提供10mA的驱动电流，能增强触发信号驱动能力和抗干扰能力，并对触发信号的脉宽限制在800uS以内，对频闪灯进行保护。图2.4.1.5 频闪灯触发板卡实物图板卡有两个接线座，上面的20芯排线座为信号及电源输入端口，下面的带孔串口为处理完以后的信号输出口，接线表如下。板卡上接线座（输入）720卡上插槽（输出）信号作用11左侧灯触发信号22右侧灯触发信号33底箱灯触发信号17，1817，18地19195V202012V电装串口输出线：板卡串口输出（DB9带针）室外接线信号作用1 或6 -红色连接左侧灯触发线左侧灯触发输出信号2或7 -绿色连接右侧灯触发线右侧灯触发输出信号3或8 -蓝色连接底左灯触发线底部左侧灯触发输出信号4或9 -黄色连接底右灯触发线底部右侧灯触发输出信号5（公用地）-黑线触发地线触发地4)图2.4.1.6 电装串口输出线与灯触发线示意图2.4.2. 图像采集计算机TFDS-2T型系统共有3台图像采集计算机，图像采集计算机放在主机柜中位于显示器下方，从上到下分别是1#、2#、3#图像采集计算机。2#和3#图像采集计算机中分别安装有两块千兆网卡，每块千兆网卡连接1台摄像机，3#计算机连接侧箱两个摄像机，2#计算机连接底左和底右两个摄像机；1#计算机中安装有1块千兆网卡，连接底部中央摄像机。每台高速摄像机对应一张网卡，1号图像采集机安装一张网卡，2号3号采集计算机各安装两张网卡，安装两张网卡的计算机，两张网卡分别装于图像采集计算机的PCI插槽与PCI-X插槽。网卡在安装过程中可能会发上一张网卡找不到的情况，此种情况多为工控机主板与底板接触不良所示，将工控机主板拆下再重新插回去大多情况下都可以找到网卡。图2.4.2.1 千兆以太网卡实物图图像采集计算机操作系统选用Windows XP SP3版，系统主要运行图像采集压缩传输程序GrabImagesTool，远程控制软件Radmin以及摄像头驱动程序。2.4.3. 控制箱图2.4.3.1 控制箱前面板图图2.4.3.2 控制箱后面板图控制箱内安装有开关电源、继电器板卡等，其中开关电源为继电器板、门电机、相机、风机等提供直流电源。图2.4.3.3 继电器板控制箱内继电器板的作用是通过PCL720卡传递过来的控制信号控制电源柜开关电源的通断，以达到控制轨边防护门、光源、电机的目的。2.4.4. 车号智能跟踪装置车号智能跟踪装置用于接收车号地面天线采集到的机车及车辆的标签数据，与车号地面天线通过同轴电缆连接。2.4.5. 车轮传感器智能处理装置车轮传感器智能处理装置用于将轨边车轮传感器的模拟差分信号经整形滤波之后转换为数字信号，给车辆信息采集计算机提供磁钢信号，供车辆信息采集计算机进行测速、计轴计辆等工作。2.4.6. KVM显示器KVM显示器可以将多台计算机的显示、鼠标、键盘操作集成在一个设备上，以便于操作。图2.4.6.1 KVM显示器2.4.7. 光纤收发装置光纤收发装置负责轨边机房设备与列检中心设备之间的数据通信及监控视频的传输。图2.4.7.1 光纤收发器图2.4