CN202171499U

CN202171499U - 铁路货车车载式超偏载智能监测系统

Info

Publication number: CN202171499U
Application number: CN201120212191XU
Authority: CN
Inventors: 杨迪; 鲁五一; 熊红云; 王莉; 吴志虎
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2021-06-22

Abstract

本实用新型公开了一种铁路货车车载式超偏载智能监测系统，包括现场数据采集部分、无线通信模块、大容量数据存储器模块、宽温液晶显示模块、功能按键模块和车载计算机等模块。超偏载检测装置包括微处理器、A/D转换器和用于测量二系弹簧弹性形变的位移传感器，位移传感器通过A/D转换器与微处理器连接，微处理器与GSM-R无线模块相连；位移传感器为4个，分别安装在铁路货车的车体前后转向架的摇枕与2系弹簧托梁之间。该铁路货车车载式超偏载智能监测系统，结构简单、是一种车载式的，能方便地监测铁路货车是否存在超载和偏载。

Description

铁路货车车载式超偏载智能监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路货车车载式超偏载智能监测系统，属于铁路安全监测领域。

背景技术

在铁路安全检测领域，尤其是超偏载检测技术的发展过程中，传感器的研究和发展一直是安全检测装置的关键技术因素之一。采用不同的传感器技术，直接影响着在此技术领域内产品的更新换代和产品质量的高低。因此可以说，不同的超偏载检测产品的关键性标志就是传感器技术。

铁路货车超偏载测装置是重要的铁路货运安全计量检测设备，它是在轨道衡称重系统的基础上发展起来的，超偏载属于动态电子轨道衡范畴，它与动态电子轨道衡一样能准确的计量出列车的重量，并且能检测出列车装载的状态是即否偏载；其次，超偏载是动态称重。与静态称重模式相比能节约大量时间，在很大程度上提高了作业效率。

铁路现有的货运货物计量一直采用比较原始的计量方式：整车货物以件计算，散装货物通过测定其密度来确定装载高度，这些办法非常不准确，因而，货运列车因为超、偏载而引起断轴、切轴、爬轨和列车颠覆事故时有发生，引起的事故骇人听闻，极大地影响着铁路运输的安全和铁路的整体形象。超偏载近年来成为影响铁路行车安全的重要因素。如果能方便、准确、有效、及时地检测列车超偏载问题，便可极大限度地预防此类事故的发生，因此铁路车辆超、偏载检测对铁路运输有着极其重大的意义。货运车辆超载、偏载检测系统通过动态测定所通过车辆的重量，来判别车辆是否存在超过额定载重以及装载不平衡现象。

参照铁道部《铁路货车超偏载检测装置检定规程》关于超载和偏载的评判标准如下：

装载成件包装货物的重量超过允许装载量的10％以上，或装载散堆装货物的重量超过允许装载量的15％以上；

左右偏载车：(左轮重之和-右轮重之和)/(左轮重之和+右轮重之和)≥0.2；

前后偏载车：|前转向架负重值-后转向架负重值|≥10吨。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提出一种铁路货车车载式超偏载智能监测系统，该铁路货车车载式超偏载智能监测系统结构简单、能方便地监测铁路货车是否存在超载和偏载。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种铁路货车车载式超偏载智能监测系统，包括微处理器、A/D转换器和用于测量二系弹簧弹性形变的位移传感器，位移传感器通过A/D转换器与微处理器连接；

位移传感器为4个，分别安装在铁路货车的车体前后转向架的摇枕与2系弹簧托梁之间。

在位移传感器与A/D转换器之间还设有变送/调理电路。

铁路货车车载式超偏载智能监测系统还包括键盘和显示器，键盘和显示器均与微处理器连接。

铁路货车车载式超偏载智能监测系统还包括能支持无线通信的通信模块，所述的通信模块与微处理器连接。

铁路货车超偏载智能监测系统包括现场数据采集部分、无线通信模块、大容量数据存储器模块、宽温液晶显示模块、功能按键模块和车载计算机等模块。

铁路货车超偏载智能监测系统是一种车载式的，可动态实时监测出超偏载状态，人机交互、轮重及状态显示、报警。

铁路货车车载式超偏载监测系统主要包括三个部分：

(1)数据采集节点：具有唯一标识(ID)，安装在每节车辆的轮轴上。负责该车辆监测数据的收集、预处理和信息的发送。

(2)无线信息通信网络：利用铁路系统专用的GSM-R网络体系，将采集节点初步处理后的数据信息，发送至车载监测上位系统，实现监测数据的及时、安全、可靠传输；

(3)机载监控系统：依据收集的各车辆监测数据，分析和判别(包括数据拟合、超偏载状态判别等)，实现报警、显示、数据存储等功能，预防事故的发生。

微处理器与GSM-R无线模块相连。

位移传感器完成被检测车辆通过时重量数据的测量，并把重量值转化为相应的电压信号。现场数据采集处理部分是：把位移传感器传过来的电压信号进行模数转换，并计算出通过车辆的重量、超载、偏载等信息。数据通讯系统是：将测量结果由现场处理计算机传输到远端的管理计算机，实现实时远程监控管理，以至全路联网。

使用的重载货运车辆大多安装有前后两个转向架，共有4组二系承重弹簧，分别列于车辆对称的四个方向。二系弹簧组受力之和即为货车车体重量，这就提供了本实用新型的系统设计的原理性依据，即：通过对转向架二系弹簧组形变大小的测定，间接获取货车载重量。因此，测量出四组二系承载弹簧组压缩大小，就可以表达车辆四个方向的载重，超载、偏载状态也可由此来表达，测定四组二系承载弹簧组压缩量大小，就可以根据力学原理将位移量转换为对应的车辆载重大小。将超偏载状态传输到车载式计算机上，是一种车载式，动态实时的超偏载智能监测系统。

有益效果：

本实用新型的铁路货车车载式超偏载智能监测系统，是一种车载式的，一套基于无线网络的车载式超偏载检测和报警系统，车辆在运行时开启该系统相应功能，可实现超偏载状态的动态检测，即实现超偏载超限报警，并能显示车辆实际载重量、超偏载程度。在车体前后转向架二系弹簧附近安装能够检测弹簧动态压缩量的位移传感器，一个车体上的四个对称位各安装一个，将信号放大调理后送入信号采集节点。通过数码显示、声光报警实现所需功能。

附图说明

图1为转向架摇枕弹簧装置示意图；

图2为车辆悬挂装置简图；

图3为实施例1的铁路货车车载式超偏载智能监测系统的总体结构示意图。

标号说明：1-摇枕，2-下心盘，3-摇枕吊杆，4-二系弹簧，5-螺栓，6-弹簧托梁，7-摇枕吊轴，8-车体，9-摇枕吊，10-构架侧梁。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-3所示，摇枕弹簧装置由弹簧组和油压减震器组成，摇枕两端各一套，每套由两组并列的内外卷圆簧和油压减震器组成。圆簧组由上下夹板、中间穿以螺栓组成，呈预压缩状态，如图1所示。弹簧托梁为整体铸钢横梁式结构，它和摇枕吊轴之间用两个螺栓连接。摇枕吊上部通过摇枕吊销借助两块摇枕吊销支承板，垂直悬挂在摇枕吊座上。由图1可知，对车体自重、载重起支承作用的主要是二系承载弹簧。垂向载荷在转向架的传递顺序为：车体→上心盘→下心盘→摇枕→二系承载弹簧→弹簧托梁→支撑装置→侧梁→轴箱组成→轴承→轮对→钢轨。

经简化得到车辆悬挂装置如图2所示。通过力的传递路线及图2可知，4根弹簧和吊杆受力之和即为货物重量，因而测出弹簧或吊杆所受力便可得到承载量大小。又因为弹簧和吊杆均匀分布于四个方向，比较各个方向受力大小则可以判断是否偏载。

位移传感器负责采集到二系承载弹簧位移信号，输出的电信号经放大和显示即可读出外力p的大小。从而判断是否超载和偏载。将测量结果由现场处理计算机传输到远端的管理计算机，实现实时远程监控管理，以至全路联网。

1、处理器模块(即微处理器)

检测节点系统采用的数据处理芯片是TI公司的DSP芯片，主要完成控制外围芯片、传输和接收数据信息以及对采集到的数据进行处理等。该款芯片具有良好的性价比，适合复杂信号处理、通信等嵌入式实时应用的需求。它的突出优点是功耗低、运行速度快——最高运行速率160MHz。C5416具有先进的多总线结构和6级流水线的工作方式，另外，TI公司还专门开发了一套并行指令，可在10ns内完成乘法一类运算。具有外部存储器接口(ExternalMemory Interface，EMIF)，可以无缝地访问异步存储器以及高速、高密度的同步存储器；3个全双工的多通道缓冲串口(Multichannel Buffered Serial Port，McBSP)，兼容SPI模式；8位并行主机接口(HPI)，兼容PCI总线接口。

TMS320C5416的增强型CPU结构、改进的哈佛结构和高速运算效率、片上丰富的存储器和外设资源都为系统的功能实现和扩展奠定了基础，它能够很好地满足超偏载在线检测信号处理算法的要求。

2电源转换模块

DSP处理器C5416所需电源分为内核电源CV_DD和I/O电源DV_DD。其中，内核电源为包括CPU、时钟电路和所有外设的器件在内的所有内部逻辑提供电流，电压为1.5V；I/O电源为外部接口引脚提供电压，电压为3.3V。本系统中采用TI公司的TPS767D318芯片为检测节点提供电源。芯片的输入电源电压为5V，可提供两路电压输出：一路为1.5V，另一路为3.3V，每路输出的最大电流为750mA。另外，它还提供两个200ms的低电平复位输出，可以直接连接C5416的复位引脚，实现上电复位。

位移传感器采用常用的位移传感器，如CL8101150型位移传感器(该型号的位移传感器只是一个举例，并非限定本实用新型)

下面是位移传感器的一些指标。

一、硬件协议

1.通讯接口：RS485；

2.波特率：2400bps以上；

3.数据位长：1位起始位，8位数据位，1位停止位；

4.奇偶校验：无；

二、数据协议

上位机请求发送数据格式：3个字节(16进制)；

地址码(0-15 1个字节)命令码1(地址码+0xa0 1个字节)命令码2(地址码+0xb01个字节)；

如地址码为0x01，就发送读取数据命令

0x01 0xA1 0xB1；

下位机(传感器)返回上位机数据：6个字节(16进制)

标示码0xee 地址码0x01 传感器信号MV值(0x00 0x00 0x00 0x09)

如返回数据标示传感器9MV

0xEE 0x01 0x00 0x00 0x00 0x09；

如返回数据标示传感器1134MV；

0xEE 0x01 0x01 0x01 0x03 0x04；

传感器返回量程值为0～4995MV。

三、通讯方式

被动模式，上位机采用轮询查询方式，向下位机发送请求数据，下位机向上位机返回数据。查询间隔要求大于30毫秒。

接线：棕 +9-12Vdc

黑 GND

蓝 RS485+

灰 RS485-。

四、车载计算机

超偏载状态在线监测系统在硬件选择上，需要考虑工程的实际应用要求，满足机车上恶劣的运行环境。PC104是一种小型化、堆栈式结构的嵌入式控制器，具有外形紧凑、结构成熟、易于维护、易于扩展的特点。

车载计算机采用深圳盛博科技公司生产，型号为SCM/SDXu的PC104模块，是一款高速嵌入式486DX CPU，主频可达50～133MHz，并且提供了一套与IBM PC/AT兼容的系统功能，包括CPU、RAM、BIOS、串/并行接口、以太网接口、USB接口、键盘和扬声器接口、标准系统控制器(中断通道、DMA通道、定时器)，具备电池后备的实时时钟，看门狗定时器保证系统运行性，SSD(板固态盘)插座支持EPROM及DOC。产品结构坚固，功耗低，工作温度可扩展，满足应用要求。

五、数据采集

数据采集包括无线通信模块传送的远程数据和现场采集的开关信号及传感器信号。其中开关量信号主要为机车安全回路接口数据和供电信息，将采集的110V信号经降压、稳压限幅、滤波、隔离、施密特触发器等，最终将TTL信号送计算机处理；传感器信号主要是车辆速度和制动系统中的压力、温度等信号，经过PCI采集板卡传送至车载计算机。

Claims

1.一种铁路货车车载式超偏载智能监测系统，其特征在于，包括微处理器、A/D转换器和用于测量二系弹簧弹性形变的位移传感器，位移传感器通过A/D转换器与微处理器连接；位移传感器为4个，分别安装在铁路货车的车体前后转向架的摇枕与2系弹簧托梁之间。

2.根据权利要求1所述的铁路货车车载式超偏载智能监测系统，其特征在于，在位移传感器与A/D转换器之间还设有变送/调理电路。

3.根据权利要求1所述的铁路货车车载式超偏载智能监测系统，其特征在于，还包括能支持无线通信的通信模块，所述的通信模块与微处理器连接。