CN1799912A - 液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法及装置，由压力传感器、嵌入式微处理器控制模块、A/D转换模块、串口通讯模块、存储模块、PC机端的监控软件模块等组成。其特点是：采用上、下位机的体系结构，上位机与多台下位机的以总线方式实现分布式数据采集和监测，通过PC机端的监控软件和隔离保护装置，组成具有自维护能力、抗干扰能力、低功耗的液压转辙机道岔监测装置，本发明具有实时报警和历史数据查询与分析，并且实现成本低廉，可广泛应用于铁路液压转辙机道岔的安全运行监测。

Description

液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法及装置

                        技术领域

本发明属于铁路信号采集与监测领域，具体地讲是一种液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法及装置。

                        背景技术

道岔位于道轨组合处，实现铁轨的移动和接轨。道岔的动作由转辙机完成。由于道岔处于露天状态，很容易出现生锈、有杂物堵塞等意外状况，造成道岔的误动作、不动作、不完全动作，引发重大的行车事故，尤其在准高速线上列车达到200km/h行驶速度，同时由于行车密度大，而道岔和转辙机的数量大(小站有几十台，大站有几百台)，仅靠传统的定期预防性试验和定期计划检修很难严格保障道岔和转辙机的正常运行。随着铁路向电气化和高速化发展，铁道部为确保行车安全，对铁路电务设备的检测与维修提出了更高的要求，要求设备的检修和维护采用状态修来完成，即根据设备的状态决定其维修与否，这不仅减少了大小修的次数，减少了检修和维护对行车的影响，而且延长了设备的使用寿命。状态修的关键在于对设备状态的实时监测，及时发现设备故障隐患，当发生故障时，及时发现故障点，从而提高检修和维护的速度及质量。

液压型转辙机漏油是比较普遍的问题，主要是油箱底部及油管接头处漏油，这就影响道岔动作不能到位，现在一般的做法是，定期检查转辙机内部是否漏油，检查漏油的方法是在油管接头处接一块油压表，每次巡视中检查油位，并记录在设备检修卡上，通过比较来发现。但是液压转辙机动作较快，油压表实测很难得到准确的数据，并且受测试人员水平、油压表精度以及气候条件等因素影响，使测试数据容易失真，因此不能及时反映油压的变化情况，不能及时发现转辙机是否漏油。

                        发明内容

本发明的目的是提供一种按照状态修的要求，并能管理一个站内多台液压转辙机道岔扳道装置，能够准确、快速地记录液压值及动作时间，及时发现液压转辙机故障隐患，提高了检修的质量的液压转辙机道岔的运行状况实现在线自动监控方法及装置，以克服上述的不足。

为了实现上述目的，本发明采用的方法是在每台液压转辙机上布置压力传感器，使用单片机进行信号调理与信号采集作为信号采集装置，其将采集的数据进行简单数据处理，以串行的方式传输到PC机，PC机将接收到数据进行分析、动态显示、存储到数据库、查询历史数据、系统故障报警。

上述PC机与信号采集装置采用上下位机的结构形式，PC机与信号采集装置之间是主从式多机通信，一台PC机与多台信号采集装置通过串行总线相连接，形成一个串口环网络，每台信号采集装置都有一个固定的物理地址IDn，PC机也有一个固定的物理地址ID，按照令牌环的原理工作。

上述信号采集方法是：正常工作情况下，各信号采集装置总是处于听的状态，PC机向某一信号采集装置IDn发出消息F1，各信号采集装置收到消息F1后，如果信号采集装置的IDn与消息F1的目的信号采集装置IDn若不匹配，则该信号采集装置不做出反应；如果匹配，则该信号采集装置做出以下反应：

1、如果有数据，向PC机发出消息F2，并向PC机传送采集的压力数据，PC机收到回传的数据后，如果正确收到，则向该信号采集装置发出消息F3，表示正确收到了，该信号采集装置收到消息F3后，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

2、如果没有数据，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

3、像1和2这样继续下去，直到最后一个信号采集装置也成功传送，由于最后一个信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1为PC机ID，表明一轮已经结束，然后PC机又将令牌传给第一次发出消息F1的信号采集装置IDn，新的一轮又开始，按照这样的规律不停的传送。

上述信号采集方法中PC机每次从发出消息F1时就开始计时：

1、PC机若在规定的时间内还未收到消息F2，则发出消息F3，申请重传；

2、PC机若收到错误的F2，则发出消息F3，申请重传；

3、PC机若已3次向某信号采集装置IDn发出消息F3申请重传，但仍未收到正确的消息F2，则认为这个信号采集装置IDn已经出了故障，将它放入故障分机列表；

4、PC机向出故障的信号采集装置IDn上一跳信号采集装置IDn-1发送消息F5，告诉它你的下一跳不再是那个出故障的信号采集装置IDn了，而是出故障的下一跳信号采集装置IDn+1，将出故障的信号采集装置IDn跳过，PC机继续发送消息F1，按照这样继续进行下去。

本发明还提供了一种液压转辙机道岔的运行状况实现在线自动监控装置，它采用上下位机的结构形式，包括一台PC机与多台信号采集装置，一台PC机与多台信号采集装置通过串行总线相连接，形成一个串口环网络装置，其特点是：信号采集装置由压力传感器、嵌入式微处理器控制模块、A/D转换模块、UART通讯模块、存储模块、光电隔离保护装置，其中压力传感器与嵌入式微处理器连接，A/D转换模块、485通讯模块、存储模块都与嵌入式微处理器控制模块相连接。

在每台液压转辙机上布置压力传感器，使用单片机与各压力传感器连接作为信号采集装置，信号采集装置将采集的数据进行简单数据处理，以串行的方式传输到PC机，PC机将接收到数据进行分析、动态显示、存储到数据库、查询历史数据、系统故障报警。

上述每台信号采集装置都有一个固定的物理地址IDn，PC机也有一个固定的物理地址ID，其中：

PC机中有一发送消息F1装置：

各信号采集装置收到消息F1后，如果信号采集装置的IDn与消息F1的目的信号采集装置IDn若不匹配，则该信号采集装置不做出反应；如果匹配，则该信号采集装置做出以下反应：

1、如果有数据，向PC机发出消息F2，并向PC机传送采集的压力数据，PC机收到回传的数据后，如果正确收到，则向该信号采集装置发出消息F3，表示正确收到了，该信号采集装置收到消息F3后，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

2、如果没有数据，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

3、像1和2这样继续下去，直到最后一个信号采集装置也成功传送，由于最后一个信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1为PC机ID，表明一轮已经结束，然后PC机又将令牌传给第一次发出消息F1的信号采集装置IDn，新的一轮又开始，按照这样的规律不停的传送。

上述PC机中设置有一个计时装置：

1、PC机若在规定的时间内还未收到消息F2，则发出消息F3，申请重传；

2、PC机若收到错误的F2，则发出消息F3，申请重传；

3、PC机若已3次向某信号采集装置IDn发出消息F3申请重传，但仍未收到正确的消息F2，则认为这个信号采集装置IDn已经出了故障，将它放入故障分机列表；

4、PC机向出故障的信号采集装置IDn上一跳信号采集装置IDn-1发送消息F5，告诉它你的下一跳不再是那个出故障的信号采集装置IDn了，而是出故障的下一跳信号采集装置IDn+1，将出故障的信号采集装置IDn跳过，PC机继续发送消息F1，按照这样继续进行下去。

本发明的下位机是基于片上系统SoC(System on Chip)嵌入式技术的数据采集和传输装置，其中：1、采用军品级SoC单片机、压力传感器、模数转换器、存储器等，电源、通信光电隔离，整个下位机硬件与外界隔离，因此，抗干扰能力强，根据现场安装条件，适当选择模块的安装位置及使用模块的数量，以便降低成本；2、标准化总线设计：采用RS-485接口，可方便的扩展控制及其他功能及同其他系统互连；3、采用低功耗设计：体积小，直接安装在转辙机和其接线盒内，低功耗，减少自身发热；4、更强的鲁棒性、容错能力、高效率。上位机上的软件主要实现数据接收、数据库存储、图形显示、历史数据查询、故障报警等功能。通过串口传输的数据使用自定义的格式，PC机上运行的监控软件可以同时监测239台液压转辙机。本发明上位机监控软件功能齐全，其报警和历史数据的查询与分析，能大大提高铁路道岔的可维护性，故障的定位和事后的分析功能；其独有的数据分析与处理功能，包括滤波和道岔动作时间的判断，能实时地反映道岔工作状况。

                      附图说明

图1为本发明测控方法流程图。

图2为本发明的信号采集装置结构框图。

图3为本发明的串口环网络结构框图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为本发明的信号采集装置有数据传输工作示意图。

图6为本发明的信号采集装置有数据传输工作示意图。

图7为本发明的信号采集装置出现传输故障工作示意图。

                        具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明采用上下位机的结构形式，包括一台PC机与多台信号采集装置，一台PC机与多台信号采集装置通过串行总线相连接，形成一个串口环网络装置，其中信号采集装置由压力传感器、嵌入式微处理器控制模块、A/D转换模块、UART通讯模块、存储模块、光电隔离保护装置，其中压力传感器与嵌入式微处理器连接，A/D转换模块、485通讯模块、存储模块都与嵌入式微处理器控制模块相连接。在每台液压转辙机上布置压力传感器，使用嵌入式微处理器控制模块与各压力传感器连接作为信号采集装置，信号采集装置将采集的数据进行简单数据处理，以串行的方式传输到PC机，PC机将接收到数据进行分析、动态显示、存储到数据库、查询历史数据、系统故障报警。

本发明信号采集方法是：正常工作情况下，各信号采集装置总是处于听的状态，PC机向某一信号采集装置IDn发出消息F1，各信号采集装置收到消息F1后，如果信号采集装置的IDn与消息F1的目的信号采集装置IDn若不匹配，则该信号采集装置不做出反应；如果匹配，则该信号采集装置做出以下反应：如果有数据，向PC机发出消息F2，并向PC机传送采集的压力数据，PC机收到回传的数据后，如果正确收到，则向该信号采集装置发出消息F3，表示正确收到了，该信号采集装置收到消息F3后，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1(见图5)；如果没有数据，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1(见图6)；按上述步骤继续下去，直到最后一个信号采集装置也成功传送，由于最后一个信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1为PC机ID，表明一轮已经结束，然后PC机又将令牌传给第一次发出消息F1的信号采集装置IDn，新的一轮又开始，按照这样的规律不停的传送。本发明在PC机每次从发出消息F1时就开始计时：PC机若在规定的时间内还未收到消息F2，则发出消息F3，申请重传；PC机若收到错误的F2，则发出消息F3，申请重传；PC机若已3次向某信号采集装置IDn发出消息F3申请重传，但仍未收到正确的消息F2，则认为这个信号采集装置IDn已经出了故障，将它放入故障分机列表；PC机向出故障的信号采集装置IDn上一跳信号采集装置IDn-1发送消息F5，告诉它你的下一跳不再是那个出故障的信号采集装置IDn了，而是出故障的下一跳信号采集装置IDn+1，将出故障的信号采集装置IDn跳过，PC机继续发送消息F1，按照这样继续进行下去。例如，在图7中，原来信号采集装置IDp的下一跳信号采集装置为信号采集装置IDq，信号采集装置IDq的下一跳信号采集装置为信号采集装置IDr，现在信号采集装置IDq出故障了，PC机发消息F5，更改信号采集装置IDp的下一跳为信号采集装置IDr，告诉信号采集装置IDp你的下一跳信号采集装置现在为IDr，然后PC机发消息F1，请求信号采集装置IDr传送数据。

本发明的PC机的功能是数据接收处理、数据库存储、数据分析及计算、多通道的实时波形显示、历史数据查询等。软件首先接收传输来的数据包，并按自定义格式解包，再将解释后的数据进行分析和计算，由于液压转辙机的动作液压变化较快，且随机抖动不平滑，因此必须采用软件数字滤波技术对接收的压力数据进行滤波，然后可以将处理后的数据存储到数据库，如果出现故障则报警。软件可以将一些液压转辙机点的压力的变化情况以波形的方式显示于显示器上。

具体包括以下功能：

(1)接收并处理信号采集装置传输来的数据，分别存入相应的数据库和数据文件中，供客户终端机和远程用户使用，对远程用户设置使用的权限。

(2)定时对数据进行刷新，对重要数据进行备份。

(3)负责监视整个网络的运行情况，管理各液压转辙机，对是否采集液压转辙机压力进行控制，加入站内新的液压转辙机道岔到网络中。

(4)显示和打印各液压转辙机的实时运行情况图及其历史运行情况图，电液转辙机的压力日曲线图、月曲线图和年趋势图、液压的动作液压曲线图等。

(5)显示和打印各液压转辙机液压日报表。

(6)显示和打印各种报警信息报表。

(7)显示和打印各类统计汇总报表(如道岔动作次数统计报表)。

(8)分析接收的液压数据，及时给出报警提示。当站内有任意一台液压转辙机道岔出现异常状态时，系统报警，并记录故障台位及内容。对于高级别报警，不仅可在屏幕上给出提示，同时还伴随声响报警。对于一般级别较低的报警，只在屏幕上给出提示。

(9)对重要的参数进行设置和变更。由于每个液压转辙机的模拟量的种类和数量均不相同，甚至每个数据量的报警上下限的数值也各不相同，因此提供了对所有可变数据量重新设定报警上下限数值的功能，以满足不同的要求。

本发明信号采集装置采集数据的原理：下位机每125ms都将采集一次数据，并不是将每次采集的值都传送过来，只是当采集的数据与上次采集的数据差值大于某一阀值，说明该数据应该传送到上位机，存储该数据，一直等到获得令牌之后才传送到上位机。这样起到数据压缩的作用，可以减少传送的数据量，同时也减少了数据库的大小。但是对于上位机，必须根据接收的数据做出判断，下位机没有传送数据，说明压力值没有变化，与上次的压力值一样，因此实时显示时，必须将没有的数据推算出来。

本发明在监测中，数据库中存有每一台液压转辙机的最大压力值和最小压力值，即报警的上下限值，存有每一台电液转辙机动作液压的标准过程曲线，转辙机每动作一次，程序将所采集的液压数据与标准过程曲线相比较，根据液压曲线的最大值、最小值、平均值、持续时间等，分析道岔和转辙机运行状态，发现异常时，以图形和声音的方式发出报警，并通过网络及时通知调度等上级主管部门，同时对报警的数据单独存到数据库。

本发明故障报警模块提供对重要的参数进行设置和变更。由于每台液压转辙机的不同，压力传感器不相同，因此每台液压转辙机报警上下限的数值也各不相同，因此提供了重新设定报警上下限数值的功能，以满足不同的要求。报警的依据是：

(1)超过上、下限压力值报警。一般情况下，动作压力大于6MPa，动作最大压力值不超过12MPa，超过12MPa报警，最大压力值取决于不同的液压转辙机。

(2)动作时间超过液压转辙机标准动作时间报警。一般情况下，动作时间为9s，时间超过15s报警。

本发明一台PC机上的监控软件，最多可以同时监控239台液压转辙机，用在液压转辙机道岔运行状态在线自动监测，可以方便地与铁路信号微机监测系统集成。

本发明适用于动态监测，采用上位机与多台下位机的主从式多机通信方式，可用于设备运行状态的动态监测。不仅仅局限于设备的压力，也适用于对其他的信号(物理量)进行监测。

本发明实施例的主要技术指标是：

传输距离：在没有中继的情况下，直接传输距离达4200m；

支持节点数量：目前支持239个，可根据需要任意扩充；

响应速度：根据总线上节点数目，响应时间范围为10ms-1000ms；

测量精度：在工作温度范围-40℃～+85℃内，测量精度为0.3％。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1、一种液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法，其特征在于：在每台液压转辙机上布置压力传感器，使用单片机进行信号调理与信号采集作为信号采集装置，其将采集的数据进行简单数据处理，以串行的方式传输到PC机，PC机将接收到数据进行分析、动态显示、存储到数据库、查询历史数据、系统故障报警。

2、如权利要求1所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法，其特征在于：PC机与信号采集装置采用上下位机的结构形式，PC机与信号采集装置之间是主从式多机通信，一台PC机与多台信号采集装置通过串行总线相连接，形成一个串口环网络，每台信号采集装置都有一个固定的物理地址IDn，PC机也有一个固定的物理地址ID，按照令牌环的原理工作。

3、如权利要求1或2所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法，其特征在于：各信号采集装置总是处于听的状态，PC机向某一信号采集装置IDn发出消息F1，各信号采集装置收到消息F1后，如果信号采集装置的IDn与消息F1的目的信号采集装置IDn若不匹配，则该信号采集装置不做出反应；如果匹配，则该信号采集装置做出以下反应：

如果有数据，向PC机发出消息F2，并向PC机传送采集的压力数据，PC机收到回传的数据后，如果正确收到，则向该信号采集装置发出消息F3，表示正确收到了，该信号采集装置收到消息F3后，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

如果没有数据，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

按前述步骤继续下去，直到最后一个信号采集装置也成功传送，由于最后一个信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1为PC机ID，表明一轮已经结束，然后PC机又将令牌传给第一次发出消息F1的信号采集装置IDn，新的一轮又开始，按照这样的规律不停的传送。

4、如权利要求3所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控方法，其特征在于：PC机每次从发出消息F1时就开始记时：

PC机在规定的时间内还未收到消息F2，则发出消息F3，申请重传；

PC机收到错误的F2，则发出消息F3，申请重传；

PC机3次向某信号采集装置IDn发出消息F3申请重传，但仍未收到正确的消息F2，则认为这个信号采集装置IDn已经出了故障，将它放入故障分机列表；

PC机向出故障的信号采集装置IDn上一跳信号采集装置IDn-1发送消息F5，告诉它你的下一跳不再是那个出故障的信号采集装置IDn了，而是出故障的下一跳信号采集装置IDn+1，将出故障的信号采集装置IDn跳过，PC机继续发送消息F1，按照上述步骤继续进行下去。

5、一种液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控装置，采用上下位机的结构构成，包括一台PC机与多台信号采集装置，一台PC机与多台信号采集装置通过串行总线相连接，形成一个串口环网络装置，其特征在于：信号采集装置由压力传感器、嵌入式微处理器控制模块、A/D转换模块、UART通讯模块、存储模块、光电隔离保护装置，其中压力传感器与嵌入式微处理器连接，A/D转换模块、485通讯模块、存储模块都与嵌入式微处理器控制模块相连接。

6、如权利要求5所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控装置，其特征在于：每台液压转辙机上布置压力传感器，使用单片机与各压力传感器连接作为信号采集装置，信号采集装置将采集的数据进行简单数据处理，以串行的方式传输到PC机，PC机将接收到数据进行分析、动态显示、存储到数据库、查询历史数据、系统故障报警。

7、如权利要求5或6所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控装置，其特征在于：每台信号采集装置都有一个固定的物理地址IDn，PC机也有一个固定的物理地址ID，其中：

PC机中有一发送消息F1装置：各信号采集装置收到消息F1后，如果信号采集装置的IDn与消息F1的目的信号采集装置IDn若不匹配，则该信号采集装置不做出反应；如果匹配，则该信号采集装置做出以下反应：

如果有数据，向PC机发出消息F2，并向PC机传送采集的压力数据，PC机收到回传的数据后，如果正确收到，则向该信号采集装置发出消息F3，表示正确收到了，该信号采集装置收到消息F3后，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

如果没有数据，直接发出消息F1，令牌交给该信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1；

按上述步骤继续下去，直到最后一个信号采集装置也成功传送，由于最后一个信号采集装置的下一跳信号采集装置IDn+1为PC机ID，表明一轮已经结束，然后PC机又将令牌传给第一次发出消息F1的信号采集装置IDn，新的一轮又开始，按照这样的规律不停的传送。

8、如权利要求7所述的液压转辙机道岔的运行状态在线自动测控装置，其特征在于：

PC机中设置有一个记时装置：

PC机若在规定的时间内还未收到消息F2，则发出消息F3，申请重传；

PC机若收到错误的F2，则发出消息F3，申请重传；

PC机若已3次向某信号采集装置IDn发出消息F3申请重传，但仍未收到正确的消息F2，则认为这个信号采集装置IDn已经出了故障，将它放入故障分机列表；

PC机向出故障的信号采集装置IDn上一跳信号采集装置IDn-1发送消息F5，告诉它你的下一跳不再是那个出故障的信号采集装置IDn了，而是出故障的下一跳信号采集装置IDn+1，将出故障的信号采集装置IDn跳过，PC机继续发送消息F1，按照上述步骤继续进行下去。

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