(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081； 2.同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院，上海 200092)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，城市軌道交通的重要性更加凸顯。地鐵作為城市軌道交通中運(yùn)量最大的交通方式，每天承擔(dān)著繁重的運(yùn)輸任務(wù)，極易發(fā)生因疲勞引發(fā)的設(shè)備故障與安全隱患。為了保證地鐵的安全運(yùn)營(yíng)，地鐵車輛需要在每天夜間進(jìn)行人工檢查，尤其是關(guān)鍵部位(見圖1)；人工檢查很難發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，極易造成疏漏，且效率低[1]。

以制動(dòng)系統(tǒng)為例，由于地鐵列車站間距短、車站多、制動(dòng)頻繁，熱負(fù)荷的反復(fù)作用極易導(dǎo)致摩擦副的損壞與車輪踏面熱裂紋的產(chǎn)生，這類裂紋在發(fā)展初期很難通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，卻嚴(yán)重威脅著行車安全；此外，制動(dòng)系統(tǒng)中的風(fēng)缸或閥門，由于運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)、老化等原因，發(fā)生泄漏或堵塞，可能導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力異常變化，威脅行車安全[2]。通過(guò)監(jiān)測(cè)摩擦副溫度、制動(dòng)缸壓力等地鐵列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的異常變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題的部件。

圖1 地鐵列車停運(yùn)后的夜間例行安全檢查現(xiàn)場(chǎng)

針對(duì)上述問(wèn)題，可以借鑒民航客機(jī)中 “黑匣子”的設(shè)計(jì)理念，為地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配備遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)功能，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人值守地連續(xù)采集并存儲(chǔ)與安全相關(guān)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。這樣，既可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)的異常變化，以便采取緊急措施，也可以通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，找出關(guān)鍵參數(shù)的變化與列車故障之間的關(guān)系，為地鐵車輛可能出現(xiàn)的安全隱患提出預(yù)警，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3-4]。

本文擬設(shè)計(jì)的運(yùn)行列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)遠(yuǎn)程同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將結(jié)合RS485總線技術(shù)、GPRS遠(yuǎn)程通信技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等[5-6]，具有以下功能：

① 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自成體系，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電自動(dòng)運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人值守地連續(xù)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，且留有充足的對(duì)外數(shù)據(jù)交流接口；

② 工程技術(shù)人員可通過(guò)個(gè)人PC，在現(xiàn)場(chǎng)與跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，獲取其實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，或拷貝其存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)文件；

③ 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可利用基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU)，通過(guò)Internet將關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送給位于監(jiān)控室的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的本質(zhì)，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的數(shù)字/模擬量采集系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線作為近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，由于其具有簡(jiǎn)單可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，目前已經(jīng)產(chǎn)生了如CAN、RS485等各類總線標(biāo)準(zhǔn)。

不同的總線標(biāo)準(zhǔn)有不同的技術(shù)特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，表1給出了目前常用的低傳輸速率不同類型現(xiàn)場(chǎng)總線之間的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比。

表1 不同類型現(xiàn)場(chǎng)總線關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需滿足只設(shè)置一個(gè)“黑匣子”(主機(jī))、同時(shí)采集多個(gè)數(shù)字/模擬量數(shù)據(jù)的基本要求。RS485總線優(yōu)于RS232總線；與CAN總線相比，RS485總線的主從通信方式更符合跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，考慮到RS485總線技術(shù)成熟且成本不高，故基于RS485總線構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是最為經(jīng)濟(jì)合理的選擇。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖

RS485總線采用半雙工的通信方式，其電氣特性采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，即邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2～6) V表示，邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2～6) V表示，其較低的接口信號(hào)電平不易損壞接口電路的芯片，且可以方便地與TTL電路連接。采用RS485模組進(jìn)行組網(wǎng)具有以下3點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[7-8]：

① RS485接口采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抑制共模干擾能力強(qiáng)，抗噪聲干擾性好；

② RS485組網(wǎng)一般是兩線制，在低速短距離無(wú)干擾工況下，多采用屏蔽雙絞線傳輸，易于布置；

③ RS485方便用于多點(diǎn)互連，最多允許并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和接收器，方便拓展新節(jié)點(diǎn)。

1.2 多路模擬量采集模塊的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模擬量采集采用DAM-3054 16位4路高速模擬量采集模塊，該模塊可采集±10 V、±5 V、0～10 V、0～5 V的模擬量電壓信號(hào)或0～20 mA、4～20 mA的模擬量電流信號(hào)，采用4路差分信號(hào)輸入，采樣速率單通道可達(dá)100 Hz，分辨率可達(dá)16-bit，采樣精度為±2‰，且內(nèi)置看門狗設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)。

使用該模塊可以很方便地構(gòu)成RS485主從通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)多路模擬量信號(hào)進(jìn)行采集且完成模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，主機(jī)對(duì)采集模塊數(shù)據(jù)寄存器的讀取采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通用協(xié)議[9-10]；信息傳輸方式為異步方式，起始位1位、數(shù)據(jù)位8位、停止位1位，空校驗(yàn)；數(shù)據(jù)傳輸速率可變，但通常選用9.6 Kbit/s；采集模塊將采集到的模擬量線性轉(zhuǎn)換為0～65535的十進(jìn)制碼，然后發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)程序即可根據(jù)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出采集到的模擬量電壓或電流的準(zhǔn)確數(shù)值，以采集4～20 mA模擬量為例，其計(jì)算公式為

(1)

式中，I為現(xiàn)場(chǎng)模擬量的采集值；x為A/D轉(zhuǎn)換后采集模塊得到的數(shù)值碼。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件功能結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程發(fā)送的核心，系統(tǒng)軟件部分通常采用專用的虛擬儀器開發(fā)語(yǔ)言(LabVIEW)編寫而成，并可通過(guò)Internet 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能。

圖3為基于LabVIEW編寫的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的軟件功能結(jié)構(gòu)，總程序調(diào)用相關(guān)庫(kù)函數(shù)及VISA資源，通過(guò)RS485串口總線系統(tǒng)對(duì)地鐵車輛關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，將采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波，然后通過(guò)特定的算法，即可得到實(shí)時(shí)采集值[11-12]。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的軟件功能結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)人員通過(guò)個(gè)人PC與現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，獲取其采集與存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)，需要將采集到的參數(shù)封裝后發(fā)送給特定的串口，同時(shí)將其保存在特定路徑的TDMS文件中，供個(gè)人PC通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)下載。此外，系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)封裝發(fā)送給串口的同時(shí)，發(fā)送給近旁的GPRS DTU設(shè)備，通過(guò)Internet將這些數(shù)據(jù)上傳給位于監(jiān)控室的接收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收子模塊的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確發(fā)送與接收，需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，數(shù)據(jù)幀的編碼模式如表2所示，由幀頭(H)、數(shù)據(jù)的采集時(shí)刻(包含年月日、時(shí)分秒)、分隔符(a)、數(shù)據(jù)值(按順序進(jìn)行封裝)、幀尾(J)依次組成，封裝后通過(guò)串口發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)個(gè)人PC和GPRS DTU設(shè)備。個(gè)人PC和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)幀頭、幀尾對(duì)接收到的字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行幀序調(diào)整，然后即可根據(jù)幀頭、幀尾與分隔符提取出所需的采集時(shí)刻信息與采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、分析與存儲(chǔ)。

表2 向串口與DTU設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)幀編碼模式

1.5 長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人值守的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊具備轉(zhuǎn)存功能，防止單個(gè)數(shù)據(jù)文件過(guò)大導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)文件下載困難或數(shù)據(jù)查詢困難，此外可以防止跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異常崩潰導(dǎo)致的大量數(shù)據(jù)丟失。圖4為長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊的程序代碼，該模塊可實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，通過(guò)文件/目錄信息函數(shù)并配合移位寄存器，不斷判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件的大小，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)TDMS文件大于1 Mbits時(shí)即重新創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)文件，并以系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間命名。

圖4 長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊的程序代碼

1.6 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理樣機(jī)開發(fā)與測(cè)試

為驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，設(shè)計(jì)并開發(fā)了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，如圖5所示。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，上電自動(dòng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)多路模擬量同時(shí)采集、顯示與存儲(chǔ)；將個(gè)人PC連接到系統(tǒng)后，可獲取系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集值，查詢并下載存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)文件；經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間拷機(jī)運(yùn)行，無(wú)崩潰現(xiàn)象的發(fā)生，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人值守地連續(xù)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)，達(dá)到了既定的測(cè)試目標(biāo)。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理樣機(jī)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

此外，為驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，應(yīng)用頻率信號(hào)發(fā)生器與示波器對(duì)該原理樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性試驗(yàn)，以示波器采集值為頻率真實(shí)值，通過(guò)對(duì)比監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集值與真實(shí)值發(fā)現(xiàn)，在2000 Hz試驗(yàn)量程下，測(cè)量偏差不大于7.6 Hz，即該現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理樣機(jī)的測(cè)量誤差不大于0.38%，滿足跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性的要求。

2 遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)功能，可以使技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行列車制動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)，在發(fā)生異常的情況下及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)一步保證列車的行車安全。

2.1 遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)，需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送，相較雙絞線、光纖傳輸?shù)扔芯€傳輸方式，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸，具有更高的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)腄TU具有以下優(yōu)勢(shì)[13-14]。

① 可靠性高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。DTU采用TCP協(xié)議通信，避免了數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸；DTU采用的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)在線的特性，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小，并支持多點(diǎn)同時(shí)傳輸，可以很好地滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

② 適用范圍廣，成本低。運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋的地區(qū)，DTU設(shè)備都可以使用；由于采用運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，只需安裝設(shè)備即可構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)成本很低，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的費(fèi)用也可以省去。

③ 傳輸容量大，擴(kuò)容性好。DTU設(shè)備能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要，由于系統(tǒng)采用成熟的TCP/IP通信架構(gòu)，具備良好的擴(kuò)展性能，一個(gè)監(jiān)測(cè)中心可輕松支持多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)的通信接入。

綜上所述，基于GPRS DTU技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳送，適用于運(yùn)行列車制動(dòng)參數(shù)遠(yuǎn)程同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這種低數(shù)據(jù)傳輸量的應(yīng)用情形，且不需要在地鐵線路上布置線網(wǎng)，節(jié)省了大量系統(tǒng)開銷。

2.2 遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)2.1節(jié)的實(shí)現(xiàn)方案，基于GPRS DTU技術(shù)的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)在顯示、存儲(chǔ)的同時(shí)，將數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口發(fā)送給DTU設(shè)備，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸單元后，數(shù)據(jù)被GPRS模塊封裝成適合網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)包，發(fā)送至GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入Internet上傳輸，最后被指定IP地址的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀取。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，即可通過(guò)LabVIEW軟件進(jìn)行讀取、顯示與存儲(chǔ)。

2.3 GPRS DTU與主機(jī)虛擬串口配置

在使用GPRS DTU設(shè)備前需要對(duì)設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)中心域名與IP、端口、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)APN名稱、GPS信息上報(bào)間隔時(shí)間等。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，采用固定IP方式將DTU設(shè)備接入數(shù)據(jù)中心。DTU設(shè)備配置完成后即可通過(guò)串口線接入現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)則通過(guò)虛擬串口的配置與DTU設(shè)備形成對(duì)應(yīng)的連接端口，如圖7所示?；贚abVIEW開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控總程序通過(guò)VISA函數(shù)調(diào)用該虛擬串口，完成與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換[15]。

圖7 主機(jī)虛擬串口配置后的監(jiān)控界面

3 跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為驗(yàn)證運(yùn)行列車制動(dòng)參數(shù)遠(yuǎn)程同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，基于同濟(jì)大學(xué)軌道交通綜合試驗(yàn)線列車開發(fā)了圖8所示的跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)熱電偶傳感器、壓力傳感器等，將采集到的閘溫、制動(dòng)缸壓力及其他關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成4～20 mA的模擬量信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡掛接在RS485總線上，發(fā)送給圖9所示的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)，進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)[23-25]。

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)不僅留有接口，供個(gè)人PC連接以獲取實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS DTU設(shè)備上傳至互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)送給位于監(jiān)控室的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)，進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)。圖10為監(jiān)控室主機(jī)的軟件界面，可顯示當(dāng)前通信狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間等，并通過(guò)數(shù)據(jù)框和波形圖兩種方式顯示車輛制動(dòng)摩擦副溫度、制動(dòng)缸壓力等制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的變化。

圖8 制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 制動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)顯示界面

圖10 遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)主程序界面

通過(guò)大量反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)顯示，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性高，在大數(shù)據(jù)量情況下存儲(chǔ)正常；遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，獲取的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)完全一致，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，極少有掉點(diǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。圖11為根據(jù)遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)的制動(dòng)缸壓力參數(shù)，用Matlab軟件繪制的制動(dòng)缸壓力變化曲線。

圖11 使用歷史數(shù)據(jù)繪制的制動(dòng)缸壓力曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

本文應(yīng)用RS485總線與虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用GPRS DTU遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行列車系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)功能。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行列車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，如摩擦副溫度、制動(dòng)缸壓力等的長(zhǎng)期無(wú)人在線跟蹤監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)，保存的長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)可用于列車服役安全狀態(tài)評(píng)估，或用于分析其與列車故障之間的關(guān)系。通過(guò)GPRS DTU設(shè)備將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控室，可便于地鐵工作人員隨時(shí)掌握地鐵列車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中是否正在發(fā)生或已發(fā)生異常，進(jìn)而及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，保障列車的安全運(yùn)行，具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本文監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)盡管以制動(dòng)系統(tǒng)為例，但可推廣至其他城市軌道交通系統(tǒng)關(guān)鍵運(yùn)營(yíng)參數(shù)的長(zhǎng)期狀態(tài)采集與遠(yuǎn)程同步跟蹤監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步保障系統(tǒng)安全。遠(yuǎn)程跟蹤監(jiān)測(cè)除監(jiān)控室監(jiān)控外，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控，或利用移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的監(jiān)控，可開發(fā)潛力巨大。