王 勇，陳軍華，張樹國，徐 彬

（1.北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044； 2. 大準(zhǔn)鐵路公司，鄂爾多斯 017000）

軸溫探測系統(tǒng)（THDS）是利用軌邊探頭實時檢測運行車輛的軸承溫度，及時發(fā)現(xiàn)車輛熱軸，防止燃切軸，確保鐵路運輸安全的重要設(shè)施[1]。目前，紅外線探測設(shè)備已達(dá)5 000多臺，全路建立了18個鐵路局（公司）車輛運行安全中心監(jiān)測站，負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的報文分析和熱軸預(yù)報。軸溫智能探測系統(tǒng)在我國的發(fā)展中經(jīng)歷了4代[2]，當(dāng)前使用的第3、第4代THDS都擁有一定的自檢功能[3]，但它們只能解決設(shè)備檢測維護(hù)過程中的少部分故障，可靠性差，并且這些自檢系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障上，在解決問題消除故障的這一環(huán)節(jié)上明顯力不從心。因此，有必要開發(fā)出一個相對獨立于THDS，并對它全面監(jiān)測的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其運行過程中的故障，解決存在的問題。

1 綜合監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

THDS綜合監(jiān)測系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等對THDS的探測站電源系統(tǒng)、計軸計輛系統(tǒng)、軸溫探測主機、通信系統(tǒng)、室外硬件系統(tǒng)和防盜門實施“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視”；針對THDS探測站的特色實現(xiàn)告警聯(lián)動、采集數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)的壓縮存儲、傳輸和自動處理，從而達(dá)到資源共享，為THDS各級管理人員、維修人員和決策者提供方便、快捷、有效的服務(wù)。

1.2 系統(tǒng)功能分析

通過對THDS的故障分析和總結(jié)，我們把紅外線軸溫探測站常見故障大致分6類：（1）電源系統(tǒng)故障；（2）計軸計輛系統(tǒng)故障；（3）軸溫探測主機故障；（4）通信系統(tǒng)故障；（5）室外硬件系統(tǒng)故障；（6）探測站防盜門被撬。因此系統(tǒng)功能主要設(shè)計為以下幾類：

（1）異常情況告警功能。

（2）視頻告警聯(lián)動：系統(tǒng)自動啟動故障錄像功能，同時記憶故障信息；系統(tǒng)自動啟動語音告警；監(jiān)控中心畫面顯示故障點的各種信息。

（3）遠(yuǎn)程開啟/關(guān)閉主機總電源。

（5）視頻定點預(yù)置關(guān)鍵監(jiān)測點位置。

（6）錄像存儲、回放及歷史數(shù)據(jù)的存儲、查閱，同時對于系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)可以分類進(jìn)行統(tǒng)計。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)主要由信號采集器、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和監(jiān)控中心（CSC）3個部分構(gòu)成。按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為CSC、探測站現(xiàn)場的監(jiān)控單元（FT）、設(shè)備監(jiān)控模塊（SM）3個模塊。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。

圖1 集中監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

1.3.1 監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊（SM）是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分，裝于探測站被監(jiān)控的設(shè)備附近。它是圖像、聲音、環(huán)境、電源、空調(diào)設(shè)備的智能控制器或智能采集設(shè)備，具有數(shù)據(jù)的采集、壓縮、控制和濾波作用；完成遙測，遙信數(shù)據(jù)的傳送及實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)端遙控。監(jiān)控模塊包括信號采集器、云臺控制器等，這些模塊都掛接在RS485總線上，實現(xiàn)與各被監(jiān)控對象的連接。

1.3.2 監(jiān)控單元

從邏輯上講，監(jiān)控單元（FT）是監(jiān)控模塊的上一級設(shè)備，其主要功能為：周期性地采集各監(jiān)控模塊傳來的各類信息，對信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲、參數(shù)設(shè)置以及告警管理，隨時接受并快速響應(yīng)來自監(jiān)控中心的命令，具有與監(jiān)控中心進(jìn)行通信的功能，完成監(jiān)控模塊和監(jiān)控中心之間的遙測、遙信和遙控數(shù)據(jù)的傳送，對紅外線軸溫探測室進(jìn)行視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制室內(nèi)照明、監(jiān)測市電及備用電狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制空調(diào)、監(jiān)控屋門狀態(tài)、與監(jiān)控中心語音對講。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器是監(jiān)控單元的主要組成部分。

上海自貿(mào)試驗區(qū)是國內(nèi)最早成立的自貿(mào)試驗區(qū)。2017年3月國務(wù)院批復(fù)的《全面深化中國(上海)自由貿(mào)易試驗區(qū)改革開放方案》中指出，上海自貿(mào)試驗區(qū)要創(chuàng)新合作發(fā)展模式，并于2020年成為服務(wù)“一帶一路”建設(shè)、推動市場主體走出去的橋頭堡。

1.3.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心（CSC）位于車輛段值班室，從邏輯上講，它是監(jiān)控單元的上一級設(shè)備，其主要功能為：周期性地采集各監(jiān)控單元傳來的各類信息，對信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲、參數(shù)設(shè)置和告警管理，具有實時作業(yè)和歷史數(shù)據(jù)處理功能，能同時監(jiān)視轄區(qū)內(nèi)監(jiān)控單元的工作狀態(tài)；可通過監(jiān)控單元對監(jiān)控模塊下達(dá)監(jiān)測和控制命令，完成監(jiān)控模塊、監(jiān)控單元監(jiān)控中心之間的遙測、遙信、遙控數(shù)據(jù)的傳送和以及數(shù)據(jù)過濾功能。

THDS綜合監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

2 系統(tǒng)核心模塊開發(fā)與實現(xiàn)

2.1 信號采集器

信號采集器以Cotex-M3系列ARM7為核心處理器，在設(shè)計中對需要監(jiān)測的信號進(jìn)行了分類，各類信號之間實現(xiàn)電氣隔離，防止出現(xiàn)互相干擾。

圖2 綜合監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

車輪傳感器的電壓脈沖信號接入專用的脈沖信號檢測電路，經(jīng)光電隔離后進(jìn)入微處理器，進(jìn)行計數(shù)，后臺顯示計數(shù)值，數(shù)量相等即為正常，不相等即為車輪傳感器故障，發(fā)出告警。

網(wǎng)絡(luò)接口通過一個專用的網(wǎng)口轉(zhuǎn)串口模塊把網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換成TTL電平的串口信號接入微處理器的串口，定期使用ping命令對紅外服務(wù)器做信道測試，以監(jiān)測紅外的傳輸信道是否正常。

通信線路采用RS485方式與FT通信。在與監(jiān)控中心通信正常時，信號采集器的實時數(shù)據(jù)、告警信息通過RS485通信線路發(fā)送到監(jiān)控中心。

信號采集器結(jié)構(gòu)示意圖和邏輯框圖如圖3。

圖3 信號采集器正反面示意圖

2.2 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元在本系統(tǒng)中功能較多，除了完成音視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程控制空調(diào)、照明、語音對講外，更多的是對信號采集器提供接入支持和通信保障，使用RS485接口與信號采集器進(jìn)行通信，實時對信號采集器進(jìn)行掃描，將得到的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給后臺監(jiān)控中心，同時將監(jiān)控中心下發(fā)的命令轉(zhuǎn)發(fā)給信號采集器。

網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器以高速DSP達(dá)芬奇（Davinci）處理器為內(nèi)核，同時處理1路～2路D1視頻信號，將模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進(jìn)行壓縮，壓縮算法采用H.264標(biāo)準(zhǔn)。其邏輯框圖如圖4。

圖4 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器邏輯框圖

2.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心（CSC）位于車輛段值班室，主要包括3個部分：圖像接入服務(wù)器，用于系統(tǒng)主程序、錄像存儲、參數(shù)存儲、通信；數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于保存歷史數(shù)據(jù)、歷史告警及各信號采集器的參數(shù)；操作終端，即系統(tǒng)人機對話主窗口。

CSC負(fù)責(zé)對信號采集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，顯示電壓的歷史曲線、柱狀圖、各種報表等；還可以設(shè)置告警參數(shù)或發(fā)出其他控制指令。CSC由前臺通信控制單元、數(shù)據(jù)處理單元（局域網(wǎng)）、數(shù)據(jù)庫、顯示與打印單元組成。監(jiān)控中心采用Linux平臺下的體系結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)在大準(zhǔn)線的實踐效果分析

大（同）—準(zhǔn)（格爾）鐵路是神華鐵路運輸網(wǎng)的重要組成部分。大準(zhǔn)鐵路現(xiàn)有THDS約 26套，THDS綜合監(jiān)測系統(tǒng)對探測設(shè)備的硬件及設(shè)備輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)測，并能對部分硬件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，經(jīng)檢驗此裝置有下列效果。

3.1 針對性檢修

傳統(tǒng)的檢修方式對設(shè)備檢修人員的個人能力要求很高，同樣的故障不同檢修人員可能會采用不同的檢修手段，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不僅產(chǎn)生更多的檢修費用，更會對安全生產(chǎn)造成不必要的制約。在設(shè)備故障出現(xiàn)后，通過監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)分析，完全可以判斷出哪一個配件出了問題，檢修人員無需再對故障進(jìn)行現(xiàn)場檢測，只需要按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序直接更換故障配件就可達(dá)到修理目的。

設(shè)備維修中積累的經(jīng)驗通過軟件在監(jiān)測中心得到體現(xiàn)，如表1。

3.2 實現(xiàn)設(shè)備無故障運行

通過在設(shè)備維修基地安裝一套試驗監(jiān)測裝置，對其它監(jiān)測裝置發(fā)現(xiàn)的故障配件和有故障趨勢的配件進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，了解配件的性能與輸出參數(shù)之間的關(guān)系，同時再對各關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析；完善軟件的手段，對所有配件進(jìn)行科學(xué)管理與精確掌控，這樣就可以對配件采購、儲存、使用和檢修進(jìn)行全過程管理，最大程度發(fā)揮設(shè)備的性能，降低維修、保養(yǎng)費用，杜絕意外設(shè)備故障的發(fā)生，最終實現(xiàn)設(shè)備無故障運行的目的。

4 結(jié)束語

THDS在大（同）—準(zhǔn)（格爾）鐵路的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有針對性維修，保障設(shè)備無故障運行，提高了THDS的可靠性，具有一定的應(yīng)用價值。

表1 監(jiān)測系統(tǒng)針對性檢修表

[1]傅英暉. 鐵路車輛軸溫智能探測系統(tǒng)存在的問題分析及改進(jìn)建議[J]. 中國科技信息，2010（14）.

[2]肖曉娟. 大秦線THDS運用改進(jìn)及發(fā)展研究 [D]. 西安：西南交通大學(xué)，2011.

[3]趙長波，陳 雷. 鐵路貨車軸溫探測與應(yīng)用概論[M]. 北京：中國鐵道出版社，2010．

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