翟曉宇

（沈陽鐵道科學(xué)技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽 110013）

0 引言

隨著旅客列車尾部安全防護(hù)裝置（以下簡稱客列尾）在鐵總各路局集團(tuán)公司的廣泛應(yīng)用，各路局集團(tuán)公司車輛段針對列尾設(shè)備的管理和維護(hù)日益繁重。由于車輛段列尾維護(hù)部門缺少1套便捷有效的裝置對運(yùn)行中的列尾裝置包括風(fēng)壓信息、司機(jī)操作信息、設(shè)備告警故障信息、車次位置信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測[1]。因此需要研發(fā)設(shè)計(jì)1個客列尾移動監(jiān)聽裝置系統(tǒng)，客列尾移動監(jiān)聽裝置設(shè)備實(shí)時監(jiān)控LBJ與客列尾主機(jī)通信狀態(tài)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)時上傳監(jiān)聽數(shù)據(jù)至客列尾信息管理系統(tǒng)，客列尾信息管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，實(shí)現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的及時告警。

1 整體設(shè)計(jì)

將客列尾在線監(jiān)測裝置安裝在客車尾部發(fā)電車中，通過800 MHz通信采集客列尾車頭和尾部主機(jī)的通信狀態(tài)、風(fēng)壓信息、司機(jī)操作信息和設(shè)備故障告警等信息，將采集的信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至車輛段服務(wù)器中，保持維護(hù)人員遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測運(yùn)行中的客列尾工作狀態(tài)[2-4]。

客列尾在線監(jiān)測裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測列尾機(jī)車臺（LBJ）與列尾主機(jī)之間的通信信息，包括列車尾部風(fēng)壓查詢信息、列車尾部風(fēng)壓異常告警信息、列車尾部排風(fēng)制動信息列尾主機(jī)電池電量信息等[5]，客列尾監(jiān)測裝置主要功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 客列尾監(jiān)測功能結(jié)構(gòu)圖

客列尾移動監(jiān)聽裝置主要由主控單元、電源單元和數(shù)傳單元（包括GSM模塊、800MHz信道機(jī)）組成[6]。客列尾監(jiān)測裝置主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 客列尾在線監(jiān)測設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

1.1 主控單元

主控單元采用ARM處理器作為主控芯片，外圍設(shè)計(jì)串行接口轉(zhuǎn)換電路、時鐘電路以及看門狗電路等外部電路。串行接口電路采用自身UART接口和串口擴(kuò)展電路與RS232接口轉(zhuǎn)換芯片連接，實(shí)現(xiàn)與外圍部件通信。主控單元通過兩路串行接口分別與800 MHz數(shù)字信道機(jī)、GSM-R模塊通信以實(shí)現(xiàn)雙信道數(shù)據(jù)收發(fā)控制[7]。主控單元框圖如圖3所示。

圖3 主控單元框圖

1.2 數(shù)傳單元

數(shù)傳單元包括800 MHz信道機(jī)和GSM模塊車載無線通信模塊2個部分，800 MHz信道機(jī)單元對LBJ與客列尾通信的數(shù)據(jù)監(jiān)聽接收，通過模擬接口與主控板連接，將調(diào)制信號數(shù)據(jù)傳輸至主控調(diào)制解調(diào)單元。GSM模塊具備數(shù)據(jù)傳輸及定位的功能，通過GPS/北斗衛(wèi)星對設(shè)備運(yùn)行位置進(jìn)行精確定位；模塊通過RS232接口與主控單元相連，主控單元將監(jiān)聽的客列尾運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送至GSM模塊后，通過GSM網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)聽數(shù)據(jù)及位置信息上傳至客列尾信息管理系統(tǒng)[8-9]。

GSM模塊選用T5020.13A.00型號的4G車載定位無線通信模塊。該模塊使用IPEX天線接口，供電電壓為DC24 V，對外數(shù)據(jù)通信接口為7孔通信接口且孔間距為2.54，串口為RS232電平。主控單元將接收到的列尾通信信息處理后，應(yīng)用GSM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時通過GPS或北斗衛(wèi)星對設(shè)備運(yùn)行位置進(jìn)行精確定位，同步發(fā)送監(jiān)測信息和列車的定位信息，供監(jiān)測終端使用。

800 MHz單元主要主要負(fù)責(zé)接收來自列尾主機(jī)和列尾機(jī)車臺（LBJ）的無線通信信息，經(jīng)過FFSK解調(diào)處理后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果回傳至主控單元，該單元由800 MHz信道機(jī)、信息處理板等功能性單元組成，具有調(diào)節(jié)800 Mhz電臺功率、電臺接收場強(qiáng)等功能。800 MHz單元采用ATmega32A-AU為主控芯片，由必要的外圍電路搭建成主控單元，分別連接不同設(shè)計(jì)需求功能單元，保證該單元的正常工作，800 MHz單元結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 800MHz單元結(jié)構(gòu)圖

1.3 監(jiān)測過程

列尾機(jī)車臺（LBJ）與列尾主機(jī)通過800 MHz通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測裝置通過監(jiān)聽其800 MHz通信實(shí)現(xiàn)對客列尾工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測功能。

下面以客列尾風(fēng)壓信息監(jiān)聽和存儲為例說明監(jiān)聽功能：1） 客列尾監(jiān)測裝置通過監(jiān)聽列尾主機(jī)和列尾機(jī)車臺的800 MHz通信獲取列尾主機(jī)ID信息，800 MHz通信幀格式見表1。2） 客列尾監(jiān)測裝置通過監(jiān)聽列尾主機(jī)和列尾機(jī)車臺的800 MHz通信獲取列尾主機(jī)風(fēng)壓信息，800 MHz通信幀格式見表2。

表1 列尾主機(jī)ID通信幀格式

表2 列尾主機(jī)風(fēng)壓信息通信幀格式

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 實(shí)時告警功能

監(jiān)測頁面實(shí)時顯示當(dāng)前安裝客列尾監(jiān)測裝置采集的列尾設(shè)備風(fēng)壓告警信息。單擊當(dāng)前告警直接轉(zhuǎn)到客列尾設(shè)備發(fā)生風(fēng)壓報(bào)警所在位置，同時彈出詳細(xì)告警參數(shù)框。實(shí)時告警如圖5、圖6所示。

圖5 客列尾設(shè)備風(fēng)壓告警示意圖

圖6 詳細(xì)告警參數(shù)信息示意圖

2.2 實(shí)時監(jiān)測功能

監(jiān)測終端主頁面直接顯示車次號+機(jī)車號， 可選擇實(shí)時參數(shù)選項(xiàng)直接顯示列尾最新上傳的數(shù)據(jù)信息，包括機(jī)車號、客列尾號、風(fēng)壓值、時間參數(shù)和位置信息等，如圖7所示。

圖7 客列尾設(shè)備實(shí)時參數(shù)

2.3 歷史數(shù)據(jù)查詢功能

選擇歷史參數(shù)選項(xiàng)，可查詢列尾全部運(yùn)行信息，可以根據(jù)命令類型，上傳時間進(jìn)行查詢分類查詢。查詢類型包括確認(rèn)指令、確認(rèn)應(yīng)答、銷號指令、銷號應(yīng)答、GPS信息、排風(fēng)指令、自動查詢指令、自動查詢應(yīng)答、手動查詢應(yīng)答、電壓報(bào)警、風(fēng)壓報(bào)警和風(fēng)壓報(bào)警確認(rèn)等類型，如圖8所示。

圖8 客列尾主機(jī)歷史參數(shù)查詢

3 結(jié)語

該裝置能夠通過800 MHz通信對運(yùn)用中的客列尾設(shè)備工作狀態(tài)、告警狀態(tài)和操作狀態(tài)等信息進(jìn)行采集，并通過GSM無線通信方式將采集的信息傳至遠(yuǎn)程監(jiān)測終端，達(dá)到對運(yùn)用中的客列尾設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的目的。列尾維護(hù)人員可以隨時掌握管內(nèi)客列尾設(shè)備的運(yùn)行情況，可以第一時間了解發(fā)生故障的客列尾主機(jī)包括故障發(fā)生事件、地點(diǎn)、車次號、機(jī)車號等信息，縮短故障響應(yīng)事件的處理流程。

該設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)用中的客列尾設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，彌補(bǔ)了客列尾設(shè)備維護(hù)中不能對運(yùn)用中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的不足，在保證生產(chǎn)管理程序化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的同時有效降低了客列尾維護(hù)不全面所帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)?？土形苍诰€監(jiān)測裝置具有監(jiān)測全面、成本低、系統(tǒng)獨(dú)立和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)土形苍O(shè)備的日常維護(hù)工作提供有力支撐和保障，對于鐵路系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)輸具有重要意義。