机车安全信息综合监测装置的研制_唐献康

1、机车平安信息综合监测装置的研制_唐献康 (1) 导读：就爱阅读网友为您分享以下“机车平安信息综合监测装置的研制_唐献康 (1)资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to 的支持! 作者简介 :唐献康 (1964) ,男 , 1989年获兰州铁道学院 铁道 运 输自 动 化与 通信 专 业硕 士 学位 , 高 级 工程 师 , 从事 机 车微 机 控制 和列 车 行车 安 全设 备 的研 究开 发 和技术管理工作 。研 究 开 发 机车平安信息综合监测装置的研制唐献康 , 李均良(株洲电力机车研 究所 , 湖南 株洲 412001)摘 要 :简要介绍了 综合监测装置的开 发背景以及开发此 装置的必

2、要性 , 阐述了其设 计思想 、 功 能 、 特点 、 组 成及工作原理 , 特别对通信记 录单元的硬件原理和 软件设计作了详尽 的分析 。 该装 置现 已开始了大批量的推广应用 。关键词 :机车 ; 监测装置 ; 监控装置 ; 通信记录中图分类号 :U 260. 4+2 文献标识码 :A 文章编号 :1000-128X (2000) 04-0022-04收修改稿日期 :2000-04-18Development of comprehensive supervisor for locomotive safety informationTANG Xian -kang , LI Jun-liang

3、 (Z h uzh ou Electric Locomotiv e R esearch Institute, Zh uzhou, Hunan 412001, China)Abstract :Th e dev eloping backg ro und of the co mprehensiv e superviso r a nd the necessity to dev elop it is briefly intro duced.Desig n though t , func tio ns , fea tures , compositio ns a nd wo rking principles

4、 a re ex po unded . T he har dw ar e principle a nd the so ftwa re desig n of th e co mmunica tio n a nd reco rd unit are detailed. Th e superviso r has been put into w ide o per atio n.Key words :lo como tiv e; supe rviso r; mo nito ring unit; com munication &recor d0 引言近年来 , 一些与机车运行有关的辅助平安信息检 测及信息

5、传输设备已相继问世 , 并开始试验或局部运 用 , 如轨道动态检测设备 、 弓网检测设备 、 列车无线调 度 机车电台语音录音设备 、 TM IS 及 DM IS 列车 运行信息传输设备等 。 但这些设备分别由不同的研制 单位生产或试制 , 自成一体 , 在机车上分散安装 , 系统 性不强 , 资源浪费大 ; 况且由于没有与列车运 行的时 间 、 公里标 、 速度和车次等信息相结合 , 又没有一套较 好的地面管理系统支持 , 致使记录的信息可用性差 , 不 便于分析和统一管理 。 为此 , 很有必要将这些设备集中 化 、 系统化 , 并建立统一的工作平台 。 在铁道部组织下 , 1998年 1

6、1月 , 由株洲电力机车研究所牵头开始进行 机车平安信息综合监测装置 (以下简称监测装置 ) 的研 制 。 该装置将各检测设备以标准模块单元置于工作平 台中 , 由该工作平台中的通信记录单元一方面获取列 车运行监控记录装置 (以下简称监控装置 ) 的时间 、 公 里标 、 速度和车次等信息 , 另一方面综合各功能模块单元检测到的信息进行记录 。 记录的格式与 LKJ -93A 型监控装置的数据记录格式相同 , 可以用监控装置转 储器进行记录数据的转储 , 并利用其地面处理软件进 行地面分析处理和数据管理 。 另外 , 通过装置中的信息 传输单元 (如 TM IS 单元 、 DM IS 单元等

7、) , 可以将列车 运行的信息实时传送给有关地面设备 , 以便实现对机 车的动态跟踪管理 , 提高机车的周转率和利用率 。 该装 置既解决了所有检测信息以统一时间 、 公里标作为基 准坐标记录的问题 , 又解决了数据的转储 、 分析管理和 车地信息传输问题 , 同时也节约了资源和便于对设备 的统一维护 。1 设计思想及特点1. 1 设计思想无论是机车检测设备还是信息传输设备 , 均希望 通过监控装置获取列车运行的有关根本信息 , 如时间 、 公里标 、 速度 、 车次等 , 并以这些信息作为基准坐标进 行各种检测信息的记录 。 如何从监控装置获取信息并 对各种检测到的信息进行记录便是本装置设计

8、的关键 所在 。 而监控装置是确保列车运行平安的关键设备 , 其2000年第 4期 机 车 电 传 动 4, 20002000年 7月 10日 EL EC T RIC DR IV E FO R LO COM O T IV EJ uly 10, 2000DOI:10. 13890/j.i ssn. 1000-128x. 2000. 04. 007性能主要是防止列车冒进和超速 , 并实时记录列车运 行的平安信息以便分析 。 假设通过改造监控装置的硬件 和软件来到达上述目的 , 势必将增加监控装置系统软 、 硬件的复杂性 , 降低系统可靠性指标 , 最终导致影响监 控装置原有的监控和记录功能 , 危

9、及列车运行平安 , 这 是绝不可取的 ! 况且监控装置的软 、 硬件资源在很大程 度上已受到限制 , 要在此根底上进行改造 、 扩展容量 、 增加功能已根本不可能 。 因此本装置的设计原那么是在 不影响监控装置的任何软 、 硬件根底上获取其信息 。 设 计思想是采用与监控装置相对独立的信息工作平台 , 并将各种检测设备及信息传输设备以标准功能模块单 元置于工作平台中 。 在此工作平台中设置一根本功能 单元 , 即通信记录单元 。 它一方面从监控装置主机与显 示器间的 RS485串行通信总线上获取列车运行信息 , 同时将所获信息通过另一级 RS485通信实时传送给 装置内各功能模块单元 , 从而

10、不影响监控装置的任何 软 、 硬件 ; 另一方面又实时记录各功能模块单元反应的信 息 。 本装 置与监控 装置的 连接关 系如图 1所示。图 1 与监控装置连接关系示意图1. 2 设计特点(1) 采用 4U 标准机箱及插件单元方式进行结构 设计 。 这样既符合开放式工作平台结构的要求 , 也便于 装置的标准化 、 模块化 , 有利于装置的检测 、 维护 、 功能 扩充和标准管理 。(2) 采用相互独立的多 级串行通信方式交换 信 息 。 这样既可保证不影响监控装置的原有硬件和软件 , 又提高了记录数据的实时性 、 可用性和统一性 。(3) 采用与 LK J -93A 监控装置完全兼容的数据 记

11、录格式 。 这样可以充分利用原有监控装置的转储和 地面分析设备来分析和管理记录的数据 , 节省了投资 。 (4) 采用较先进的闪烁存储器技术 。 这样可以不 用电池 , 且记录数据可长久保存 (10年以上 ) , 同时提 高了数据存储的可靠性 。(5) 装置中各功能单元采用隔离技术 。 如电源隔 离 、 通信接口隔离及对外输入 /输 出信号隔离技术 , 提 高了装置的可靠性 、 平安性和抗干扰性 。(6) 装置为开放式平台结构 , 各功能单元采用统 一的硬件标准和软件通信协议 。 这样有利于功能单元 的合作开发和新增功能的扩展 。 2 硬件设计装置系统结构框图如图 2所示 。 装置内部采取由

12、电源单元集中供电的工作方式 , 由电源单元提供多路 电源输出给各单元的电路及其相关外部设备 (如 :传感 器 、 机车标签等 ) 。 各单元从中选用任何一种电源均必 须采取 DC-DC 变换器等方式与系统电源隔离 , 以提 高系统电源的工作可靠性 。 通信记录单元为装置的核 心 , 通过它获取监控装置的运行信息 , 完成对各功能单 元反应信息的记录及对外数据的转储 。 装置中除电源 单元外 , 其余各单元均带有单片微机和通信接口 , 因 此 , 本装置是一个带有多级串行通信的多计算机系统 。 下面以装置的核心单元 , 即通信记录单元为重点对装 置硬件设计的根本原理作一介绍。图 2 T AX 2

13、型监测装置系统结构框图2. 1 通信记录单元通信记录单元的核心器件是 8位单片机 80C320。 该单元主要设 有 80C 320单片微机 、 28SF 040闪烁 存 储器 、 M AX1480B 和 TSC232串行通信接口 、 DS1232电源电压监视等电路 , 由 48芯插头并通过机箱内母板 印制线与其他各单元相联系 , 通过机箱后背板专用插 座与监控装置通信 。 其原理如图 3所示 。从图 3可以看出 , D1(27C512) 为 64KB EPROM 存储器 , 用于存放通信记录程序 , 由 80C320的程序存 储器读选通信号 (PSN /)来进行对该芯片的访问 。 D 3、 D

14、6(28SF040) 为 单 5V 供 电 的 闪 烁 存 储 器 , 每 片 28SF040容量为 512KB, 故 D3、 D6共具有 1M B 存储 容量用于存放记录数据 。 28SF 040存储器分成 2048个 区 , 每区 256个 字节 , 每 个区 首 地址 的 低字 节 为 00H, 末 地 址 的低 字 节 为 0FFH 。 D5(6264) 为 8K RAM 存储器 , 为程序运行 的中间结果缓 冲区 。 D3、 D 5、 D 6三片存储器通过 P 1. 1、 P 1. 0的编码来控制其 片 选信号 。 P1. 7用于控制监视器 (DS1232) , 激活由 DS1232

15、芯片构成的外部监视电路 , 以增强程序的抗干第 4期 唐献康 , 李均良 :机车平安信息综合监测装置的研制 图 3 通信记录单元原理框图扰能力 ; P1. 2、 P1. 3用于 扩 充 通 信 接 口 ; P 1. 4、 P1. 5、 P1. 6用 于 高三 位 地 址线 A16A18的 扩 充 。 通 信 口 0(RXD 0, TXD 0) 固定用 于与监 控 装置通信 , 波特率为 9600bps; 通 信 口 1(RXD1, TXD 1) 用于与 各功能 单 元 、 转储器 及 IC 卡的 通 信 , 为多功 能通 信接口 , 但它 同时只能 与三者 之 一通信 , 由硬件电路及软 件判

16、别进行自动切换 。 其 切换原理为 :当用转储器 转储数据时 , 硬件电路保 证无 条件切换 为与转 储 器通 信 ; 当 用 IC 卡转 储 数据时 , 软件判别由与各功能单元通信转为与 IC 卡通信 ; 通常状态下 , 通信口 1保持与各功能单元通信 。 通信口 1与各设备通信的 方式及通信波特率如下 :(1) 与各功能单元的通信采用 RS485通信方式 , 波特率为 28. 8kbps 。(2) 与 IC 卡的通信采用 RS485通信方式 , 波特率 为 28. 8kbps 。(3) 与转储器的通信采用 RS232通信方式 , 波特 率为 28. 8kbps 。 2. 2 其他单元简介(

17、1) 电源单元本 单元 为 装置 本 身及 相 关外 部传 感 器等 提 供 +5V 、12V 、 +15V 、 +24V 、 +110V 等多 种电 源 输出 , 设有输出过压保护和输入过压 、 欠压保护等多种 保护功能 。(2) 轨道检测单元用于机车运行时动态检测轨道的技术状况 。 其基 本原理是通过安装在机车上的振动传感器检测机车运 行时的横向和垂向加速度值 , 在对其进行分析处理后 得出机车在运行轨道上的晃动等级 , 从而判定相关地 点的轨道状况 。 本单元还将横向超限和垂向超限的时 间 、 地点 、 加速度值等数据实时反应给通信记录单元进 行记录 , 以便地面的进一步分析和及时对轨道

18、设备进 行维护 。(3) 弓网检测单元用于电力机车运行时动态检测弓网的技术状况 。 该单元对由拉出值和硬点冲击超限检测传感器检测到的拉出值超限 、 硬点冲击超限等信号进行处理 , 能及时 检测到电力机车在运行线路上的弓网状态 , 并将确定 的拉出值超限和硬点冲击超限点的时间 、 线路公里标 、 速度等信息实时反应给通信记录单元进行记录 , 以便 地面的进一步分析和及时对弓网设备进行维护 。(4) TM IS 单元其主要功能是将从监控装置获取的车次 、 本 /补 、 客 /货 等列车运行信息实时传送给车号自动识别系统 中的机车标签设备 , 再由车号自动识别系统的地面识 别设备和管理设备传送给 T

19、M IS 系统 , 完成 TM IS 系 统对机车的动态跟踪管理 。(5) DM IS 单元它是 DM IS 工程无线车次号校核系统中车次等信 息的传输源 。 其主要功能是将从监控装置获取的列车 运行时间 、 公里标 、 车次 、 信号机编号和速度等信息经 调制后 , 通过机车电台传输到车站地面电台 , 再传送给 DM IS 系统 , 完成对机车的调度管理 。(6) 语音录音单元它是列车无线调度 机车电台语音录音装置的 车载设备 。 该单元以从监控装置获取的时间 、 公里标作 为基准坐标 , 将机车乘务员通过列车无线调度 进 行的收 、 发语音信号 , 按数字压缩形式进行存储记录 , 再通过地

20、面语音回放器来转储以及复原回放 语音信 号 , 以加强对 “ 车机联控 的标准化管理 。(7) 备用单元预留给尚待开发的其他功能 。 机 车 电 传 动2000年图 4 程序流程图3 软件设计通信记录单元软件为装置的核心软件 , 它采用模 块化设计 , 主要由如下五大模块组成 :(1) 与监控装置通信管理模块 。 该模块完成从监 控装置获取信息 , 并自动识别 LK J-93A 和 JK-2H 监控装置型号的功能 。(2) 数据组织管理模块 。 该模块把从监控装置获 取的信息组织成发送给各功能单元的数据 。(3) 与各功能单元通信管理模块 。 该模块采用多 机通信方式把信息传递给各功能单元 ,

21、 并接收各功能 单元反应的信息 。(4) 数据记录模块 。 该模块完成对各功能单元反 馈信息的记录 。(5) 与转储器通信管理模块 。 该模块把记录数据 传递给转储器 , 以进行地面分析处理 。其程序流程如图 4所示 。4 结语本装置以从监控装置获取的时间和公里标等信息 作为基准坐标 , 检测并记录与机车运行有关设备的状 态 , 实现通过移动设备来检测固定设备的目标 , 以便及 时排除有关设备的平安隐患和维护设备 , 确保铁路运 输平安 ; 同时 , 通过装置中的信息传输单元还可将列车 运行的有关重要信息及时传送给地面设备 , 从而实现 对机车的动态跟踪管理 。 该装置已于 1999年 8月在

22、兰 州通过铁道部技术鉴定 。 按 照 全 路 车 号 自 动 识 别 系 统建 设 工 作 的 进 度 安 排 和 要 求 , 作为铁路机车车号自动 识别系统重要车载设备之一的 TAX2型监测装置 , 目前已进入批量装车阶段 , 将于 2000年 10月底装备于 全路所有内燃 、电 力 机 车 上 。(上接第 17页 )6结 论我 们从上 述分 析中 , 得到了以下两点重要结论 :(1) 电力机车降低轴重有利于提高机车运行平安 性和平稳性 。SS 7B 和 SS 7C 型 电 力 机 车 最 大 的 差 别 是 轴 重 不同, 前者为 25t , 后者为 22t , 后者比前者减少了 12%。所 以 , 在同样的速度下 , 就直线运行平安性而言 , 脱轨 系数平均下降了 50%以上