CN101590863A - 铁路脱轨器状态的监测系统 - Google Patents

Abstract

一种铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是包括与各脱轨器连接的室外采集设备和室内判别监测设备，由室内判别监测设备通过无线通道依次对站场内的室外采集设备查询，室外采集设备接到查询指令后，根据传感器所采集的脱轨器位置状态信息进行编码并发送回室内判别监测设备，然后由室内判别监测设备对信号进行判别处理并显示。这样使得装卸员和运转室能够实时了解站场内各装卸线的脱轨器状态，确保货运站场装卸作业和调车作业的安全。

Description

铁路脱轨器状态的监测系统

技术领域

本发明设计涉及铁路货运站场装卸作业和调车作业的安全监测设备，具体的是涉及站场内各装卸线的脱轨器状态的监测设备。

背景技术

在铁路货运站场上，脱轨器的状态一直采用人工检查，装卸员和运转室不能实时了解所有脱轨器状态，给装卸作业和调车作业带来一定不安全因素，而且人工检查容易漏查或出错，引发安全事故。

发明内容

本发明的目的是为确保货运站场装卸作业和调车作业的安全，使装卸员和运转室能够实时了解站场内各装卸线的脱轨器状态。

基于此，本发明采取如下技术方案：

一种铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是包括与各脱轨器连接的室外采集设备和室内判别监测设备，由室内判别监测设备通过无线通道依次对站场内的室外采集设备查询，室外采集设备接到查询指令后，根据传感器所采集的脱轨器位置状态信息进行编码并发送回室内判别监测设备，然后由室内判别监测设备对信号进行判别处理并显示。

在实际应用中，该系统一般包括两台室内判别监测设备，分别安装在装卸值班室和货运值班室，两台设备分别对室外采集设备查询脱轨器位置状态信息，并通过无线通道对得到的信息进行相互核对。

室外采集设备包括传感器模块、逻辑运算模块、无线接收/发送模块、显示模块、故障切换单元、故障继电器、控制输出单元和电源模块，其中传感器模块将采集的脱轨器位置状态信息经滤波隔离后输入逻辑运算模块，经逻辑判别后正确的结果采用动态输出的方式，经控制输出单元和隔离电路后驱动显示模块显示；故障的结果经故障切换单元、控制故障继电器驱动显示模块显示，同时经逻辑判别后的结果经无线接收/发送模块发送。

室内判别监测设备包括逻辑运算模块、无线接收/发送模块、控制输出单元、显示模块、报警电路，无线接收/发送模块接收到信号经解调后输入逻辑运算模块进行逻辑判别后采用动态输出的方式，经控制输出单元，驱动显示模块点亮相应的信号灯；判别出的故障信号驱动报警电路发出报警信号。

作为一个优选方式，所述室内判别监测设备还包括信息采集模块，该模块采集显示模块显示的脱轨器状态信息经滤波和光电隔离后反馈到逻辑运算模块进行确认。

考虑到现场的环境复杂，雨雾天气和周围的机车调度都会对无线信号的传输产生影响，所以作为一个优选方式，室外采集设备和室内判别监测设备之间通过无线中继设备进行通信。无线中继设备使用八木定向天线，且该设备中含有单片机电路，所有信息首先经过它进行处理，可以降低其他设备的工作负担，提高系统的响应时间。

系统的工作过程是：安装在装卸值班室和货运值班室的室内判别监测设备，依次对站场的所有脱轨器所连接的室外采集设备进行检测查询，各脱轨器所连接的室外采集设备在接到查询指令后，根据由电磁感应器所采集的脱轨器位置信息，进行编码并发送回装卸值班室和调度值班的室内判别监测设备，然后室内判别监测系统对信号进行判别处理后点亮相应的灯及显示相应的液晶显示内容，这样在值班室就能对站场内各装卸线的脱轨器状态实时的了解。室外采集设备的设计遵从故障安全的原则，当设备故障时自动投入故障信号显示；同时在装卸值班室和货运值班室之间对脱轨器状态信息进行相互校核，以增加状态监测判别的准确性，和进行设备故障甄别。

系统故障安全设计与系统网络

采用被动检测方式确认脱轨器状态信息，消除可能由于死机或设备故障造成的状态锁定而产生的错报与误报。

采用两台室内判别监测设备分别与室外采集设备组成的两个独立系统单独检测，在交互校验信息的监测方式，形成双闭环并行系统，可以准确定位故障位置，避免单闭环系统出现开环故障后系统重复询问。

通讯全部采用握手问答式，避免单向传输信息造成信息的丢失和网络连接的中断。

所有的控制输出与故障转换采用动态控制技术，避免由于短路或断路产生的高电位锁定故障或低电位锁定故障。

故障转换采用失电投入模式，增加故障导向安全的可靠性。

附图说明

图1.系统原理框图

图2.室外采集设备原理框图

图3.室外采集设备结构示意图

图4.室内判别监测设备原理框图

图5.室内判别监测设备结构示意图

图6.系统网络构成示意图

图3中：

1——主板   2——LED点阵板    3——电源板4——备用充电电池    5——内置天线    6——外壳

具体实施方式

1.室外采集设备：

室外采集设备由主机机箱和信号采集装置组成。

主机机箱由玻璃钢材料制作，目的是尽量减少对机箱内电台信号的干扰。机箱内由电源板3、主板1、LED点阵板2、内置天线5(电台)以及备用充电电池4组成。其位置分布如图3所示。

信号采集装置由一个玻璃钢密封方盒以及内部的电磁传感器(电磁接近式开关)构成，与脱轨器固定连接(位置可以视现场而定)，通过在脱轨器移动过程中电磁传感器向主机机箱传回不同的电信号，来确定脱轨器的状态及位置。

主机机箱安装在脱轨器的头部，而且机箱两面的LED红色警示灯能够使机车人员和货场装卸人员都能清晰的看清。信号采集设备安装在脱轨器底部，一定要保证信号采集设备与轨道的位置，以便于能够采集到正确的脱轨器状态信息。

室外采集设备的工作流程如图2所示：其中，脱轨器的位置由信号采集装置的电磁传感器采集，信号经滤波和隔离后送入运算单元(一般为单片机)，进行逻辑运算后，通过控制输出模块和动态隔离模块，采用动态输出的方式，驱动两块圆形的红色LED点阵板，作为信号显示；同时，逻辑运算结果经故障切换模块和信号调制模块，经过调制后由无线模块发送。

电源板输入采用交流220V和交流36V电源，输出为直流5V/3A和12V/2A，并设有充电电路，对备用充电电池进行充电，当输入电源故障时，备用充电电池可提供相应工作电源，同时报警。

故障点灯采用故障继电器失电方式，在设备不工作的状态下，利用故障继电器失电落下的闭合接点，直接接通电源或充电电池，点亮圆形的红色LED点阵板作为故障信号显示；在设备正常工作时，故障继电器吸起，断开故障点灯电路，由设备正常点灯。

如图3所示：室外采集设备采用全内置结构(包括电台天线)，外壳6采用玻璃钢密封结构外壳。尺寸约为350mm×250mm×100mm。

考虑到现场工作人员操作脱轨器的延迟性，上述室外采集设备具有延时识别功能，避免发生误报。

由于铁路站场干扰源比较复杂，为防止误动作，室外采集设备与外界的接口都设计有防护措施，防止干扰和各种冲击造成设备损坏。

2.室内判别监测设备：

如图4所示：从无线接收/发送模块接收的信号(包括从室外采集设备发送来的信号和另一台室内监测设备发送来的核对信号)经解调后送入运算单元(单片机)，进行逻辑判别后，采用动态输出的方式，经控制输出单元和动态隔离后，驱动LED点阵板相应的信号灯作为信号显示，故障信号还同时驱动报警电路报警。如图5所示：每列三个LED灯表示一条轨道，红色LED灯表示脱轨器在线上，绿色LED灯表示脱轨器不在线上，黄色LED灯表示系统故障不能确定脱轨器的状态；整个LED阵列板分为上下三行、左右十六列，分别表示十六个轨道的轨上(红灯)、轨下(绿灯)及故障(黄灯)，所有的轨道的状态都会以轨道号的形式显示在LED显示屏上。同时，显示内容经信息采集与隔离后送入运算单元(51系列单片机)进行确认；查询信号经过调制后由无线模块发送。

电源板输入采用交流220V和交流36V电源，输出为直流5V/3A和12V/2A，并设计有充电电路，对备用电池进行充电，当输入电源故障时，充电电池可提供相应工作电源。

每台室内判别监测设备设计为可显示16个脱轨器的监测工作状态，对于多于16的站场可相应增加设备。室内判别监测设备还可以连接到可以存储的设备上(根据客户需求)，如电脑、存贮硬盘等，便可以存储以往的一些信息。室内判别监测设备尺寸约为350mm×250mm×100mm。

3.无线通讯中继设备

由于现场情况复杂，雨雾冰霜以及周围的机车调度都会对无线信号的传输产生相当大的影响，甚至会导致整个系统瘫痪。设立无线通讯中继设备的目的就是在上述情况产生的时候还要保持正常的工作状态。

首先，无线通讯中继设备使用了八木定向天线，这样就有效的加强了无线信号的强度，同时大大降低了其它方向的干扰信号，提高了信噪比。

其次，无线通讯中继设备架设的位置充分考虑到了现场的实际情况，在最有利的位置上架设天线，从而回避了一些不可克服的障碍物。

第三，无线通讯中继设备本身含有单片机电路，所有的信息首先经过它进行处理，很好的降低了其它设备的工作负担，大大提高了整个系统的响应时间和可靠性，使整个系统工作更加出色。

系统工作过程：

装卸值班室的室内判别监测设备依次对站场的所有脱轨器所连接的室外采集设备进行检测查询，各脱轨器所连接的室外采集设备在接到查询指令后，根据由电磁感应器所采集的脱轨器位置信息，进行编码并发送回装卸值班室的室内判别监测设备，装卸值班室的室内判别监测设备将所收集到的站场的所有脱轨器的位置状态信息的集合，传送到运转值班室的室内判别监测设备。

同时，当脱轨器位于作用位(轨上)时，室外采集设备点亮相应的标志信号；当室外采集设备故障时，在外接电源正常的情况下，自动点亮相应的标志信号；当室外采集设备的外接电源发生故障时，根据用户要求可配置充电电池，在向相关人员发出警报的同时，维持工作约4小时左右；充电电池在外接电源正常的情况下，自动进行充电，但每两年必须进行更换。

运转值班室的室内判别监测设备在接收到装卸值班室的室内判别监测设备所传来的站场所有脱轨器位置状态信息后，依次对站场的所有脱轨器所连接的室外采集设备进行检测确认，各脱轨器所连接的室外采集设备在接到确认指令后，再次根据由电磁感应器所采集的脱轨器位置信息，与确认信息进行对比，将对比结果编码并发送回运转值班室的室内判别监测设备，运转值班室的室内判别监测设备将确认信息和故障信息传送回装卸值班室的室内判别监测设备，由装卸值班室的室内判别监测设备对故障点的脱轨器状态进行再次检测和确认，已确定故障点和故障状态的真实性。

检测周期为每分钟一次。

系统技术指标

无线通讯

监测控制范围：控制半径≤1000米

无线传输误码率：≤10^-6

传输速率：1200bps

发射功率：≤3W

天线阻抗：50Ω

工作温度：-20℃～60℃

室内判别监测设备

循环检测间隔：1～20分，可根据用户需求设定。

输入电源：AC220V±15％；50Hz±5％

工作温度：-20～60℃

24小时不间断连续工作。

室外采集设备

循环检测间隔：1～20分，可根据用户需求设定。

输入电源：AC36V±15％；50Hz±5％。

工作温度：-20℃～60℃

24小时不间断连续工作。

信号输入：耐冲击值大于3倍的额定值。

Claims (9)

1.一种铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是包括与各脱轨器连接的室外采集设备和室内判别监测设备，由室内判别监测设备通过无线通道依次对站场内的室外采集设备查询，室外采集设备接到查询指令后，根据传感器所采集的脱轨器位置状态信息进行编码并发送回室内判别监测设备，然后由室内判别监测设备对信号进行判别处理并显示。

2.根据权利要求1所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是该系统包括至少两台室内判别监测设备，两台设备分别对室外采集设备查询脱轨器位置状态信息，并通过无线通道对得到的信息进行核对。

3.根据权利要求1所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述室外采集设备包括信号采集装置、逻辑运算模块、无线接收/发送模块、LED点阵、故障切换单元、故障继电器、控制输出单元和电源模块，其中信号采集装置将采集的脱轨器位置状态信息经滤波隔离后输入逻辑运算模块，经逻辑判别后正确的结果采用动态输出的方式，经控制输出单元和隔离电路后驱动显示模块显示；故障的结果经故障切换单元、控制故障继电器驱动显示模块显示，同时经逻辑判别后的结果经无线接收/发送模块发送。

4.根据权利要求3所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述故障继电器采用失电方式工作。

5.根据权利要求3所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述电源模块中含有充电电路，可以对备用电池充电。

6.根据权利要求1所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述室内判别监测设备包括逻辑运算模块、无线接收/发送模块、控制输出单元、显示模块、报警电路，无线接收/发送模块接收到信号经解调后输入逻辑运算模块进行逻辑判别后采用动态输出的方式，经控制输出单元，驱动显示模块点亮相应的信号灯；判别出的故障信号驱动报警电路发出报警信号。

7.根据权利要求6所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述室内判别监测设备还包括信息采集模块，该模块采集显示模块显示的脱轨器状态信息经滤波和光电隔离后反馈到逻辑运算模块进行确认。

8.根据权利要求1所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是还包括无线中继设备，所述室外采集设备和室内判别监测设备之间通过无线中继设备进行通信。

9.根据权利要求1所述的铁路脱轨器状态的监测系统，其特征是所述无线中继设备使用八木定向天线，且该设备中含有单片机电路。

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