CN204116924U - 一种货运火车物料状态监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种货运火车物料状态监控系统，包括：火车头监控子系统和多个车厢监控子系统，每节车厢安装有一个车厢监控子系统；火车头监控子系统包括：无线接入点、与无线接入点相连的主站定向天线、与无线接入点相连的主站可编程逻辑控制器PLC和安装于火车头尾部的主站RFID存储卡和主站RFID读写头；车厢监控子系统包括：无线客户端、与无线客户端相连的从站定向天线、分别与无线客户端和车厢物料采集装置相连的从站PLC及与从站PLC相连的从站RFID读写装置。本实用新型提供的货运火车物料状态监控系统为实现对物料状态进行实时监控以及实施监测物料在运输过程中的状态变化提供了硬件支持。

Description

一种货运火车物料状态监控系统

技术领域

本申请涉及工业控制及通信领域，特别涉及一种货运火车物料状态监控系统。

背景技术

货运火车常常运输诸如煤炭、油料、化学原料、天然气等物料，而这些物料在运输过程中的物理状态、安全状态、遗漏状态很少能够进行实时监控，导致无法及时监测运输过程中存在的安全隐患。

现有的大部分货运火车无法对物料的状态进行监控，针对能够进行物料状态监控的货运火车，常采用仪表进行数据采集的方式对物料状态进行监控。但是采用仪表进行数据采集的方式，只能等到车辆进入中转站进行人工抄表实现监控，无法将采集到的物料状态数据实时传输到火车头或远程中心站，无法实现物料状态的实时监控。又由于仪表只进行采集，没有数据管理功能，无法对采集到的数据进行数据归档记录，因此无法对物料在运输过程中的状态变化进行实时监测。

由上可见，目前急需一种能够实现物料状态的实施监控及能够对物料在运输过程中的状态变化进行实时监测的系统。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种货运火车物料状态监控系统，以达到为实现对物料状态进行实时监控以及实施监测物料在运输过程中的状态变化提供硬件支持的目的，技术方案如下：

一种货运火车物料状态监控系统，包括：火车头监控子系统和多个车厢监控子系统，每节车厢安装有一个车厢监控子系统；

所述火车头监控子系统包括：无线接入点、与所述无线接入点相连的主站定向天线、与所述无线接入点相连的主站可编程逻辑控制器PLC和安装于火车头尾部的主站RFID存储卡和主站RFID读写头，所述火车头尾部为火车头连接车厢的一端；

所述车厢监控子系统包括：无线客户端、与所述无线客户端相连的从站定向天线、分别与所述无线客户端和车厢物料采集装置相连的从站PLC及与所述从站PLC相连的从站RFID读写装置。

优选的，所述从站RFID读写装置具体为：第一从站RFID读写头。

优选的，所述从站RFID读写装置包括：安装于车厢头部的第二从站RFID读写头及安装于车厢尾部的第三从站RFID读写头和从站RFID存储卡，所述车厢头部为在行车方向上，车厢靠近所述火车头的一端，所述车厢尾部为与所述头部相对应的另一端；

所述第二从站RFID读写头用于读取所述主站RFID存储卡中的信息或读取与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的前端车厢的从站RFID存储卡中的信息，并将读取到的信息写入所述从站PLC，其中，与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的车厢的从站RFID存储卡中的信息包括与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的前端车厢的站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC的IP地址；

所述第三从站RFID读写头用于从所述从站PLC中获取所述从站PLC所属车厢的站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC的IP地址，并将获取到的信息写入所述从站RFID存储卡。

优选的，所述无线接入点设置有第一串行通信编程口，所述无线客户端设置有第二串行通信编程口。

优选的，所述火车头监控子系统还包括：与所述主站PLC相连的人机界面。

优选的，所述火车头监控子系统还包括：

与所述主站PLC相连的远程通信模块，用于将所述主站PLC接收到的物料状态数据发送至列车地面中心站监控系统。

优选的，所述远程通信模块包括：

GPRS模块。

优选的，所述远程通信模块包括：

3G SIM卡。

优选的，所述远程通信模块包括：

4G SIM卡。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请中，在货运火车的火车头安装火车头监控子系统，在货运火车的每节车厢分别安装一个车厢监控子系统，每节车厢通过各自的无线客户端、从站定向天线与火车头的无线接入点和从站定向天线，建立以太网无线通信连接，从而打通了主站PLC和从站PLC实现无线以太网通信的物理通道，在建立以太网无线通信连接(即打通主站PLC和从站PLC实现无线以太网通信的物理通道)的基础上，主站PLC与从站PLC建立TCP连接，以实现所述从站PLC将所述车厢物料采集装置采集的物料状态数据实时发送至所述主站PLC，从而实现了将车厢物料采集装置采集的物料状态数据实时传输至主站PLC，主站PLC可以将实时接收到的物料状态数据发送至人机界面进行显示或发送至远程中心站进行显示，达到对物料状态进行实时监控的目的。

又由于主站PLC对接收到的从站PLC发送的物料状态数据进行了存储，因此可以依据存储的物料状态数据分析出物料在运输过程中的状态变化，从而实现了实时监测物料在运输过程中的状态变化。

可见，本实用新型提供的货运火车物料状态监控系统为实现对物料状态进行实时监控以及实施监测物料在运输过程中的状态变化提供了硬件支持。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的货运火车物料状态监控系统的一种逻辑连接示意图；

图2是本申请提供的货运火车物料状态监控系统的一种物理结构示意图；

图3是本申请提供的火车头监控子系统的一种结构示意图；

图4是本申请提供的车厢监控子系统的一种逻辑连接示意图；

图5是本申请提供的货运火车物料状态监控系统的另一种逻辑连接示意图；

图6是本申请提供的车厢监控子系统的一种实体示意图；

图7是全自动读取方案中RFID读写头的通信示意图；

图8是本申请提供的无线客户端与无线接入点的通信示意图；

图9是本申请提供的主站PLC与多个从站PLC的通信示意图；

图10是本申请提供的火车头监控子系统的另一种结构示意图；

图11是本申请提供的火车头监控子系统的一种实体示意图；

图12是本申请提供的火车头监控子系统的再一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本方案提供了一种货运火车物料状态监控系统，请参见图1，其示出了本申请提供的货运火车物料状态监控系统的一种逻辑连接示意图，货运火车物料状态监控系统包括：火车头监控子系统11和多个车厢监控子系统12。

其中，火车头监控子系统11安装于火车头。车厢监控子系统12安装于车厢，每节车厢安装有一个车厢监控子系统12，如图2所示，其示出了货运火车物料状态监控系统的一种物理结构示意图，图2中的i＝{1,2,3，…，N}，N为大于等于1的整数。

在本方案中，火车头监控子系统11的具体结构请参见图3，其示出了本申请提供的火车头监控子系统的一种结构示意图，火车头监控子系统11包括：无线接入点21、主站定向天线22、主站PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)23、主站RFID(射频识别，Radio FrequencyIdentification)存储卡24和主站RFID读写头25。

主站定向天线22与无线接入点21相连。具体的，主站定向天线22通过天线馈线与无线接入点21相连。

主站PLC23分别与无线接入点21和主站RFID读写头25相连。

主站RFID存储卡24和主站RFID读写头25均安装于火车头尾部，和主站RFID存储卡24的安装位置距离可以很近，所述火车头尾部为火车头连接车厢的一端。

主站RFID读写头25，用于从所述主站PLC23中读取火车头站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息写入所述主站RFID存储卡24。

主站RFID存储卡24，与主站RFID读写头25相连，用于存储火车头站号或车厢的站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址。

主站PLC23预先存储有与多个从站PLC33通信的主站TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)通信参数，每组列车形成一组主站PLC23与多个从站PLC33的通信，属于主站PLC23通信参数的部分都预先设置并存储在主站PLC23中。各个从站PLC33的TCP通信参数则根据自身所在的车厢站号进行计算并设置自己的TCP参数。需要说明的是，主站PLC23存储的多个主站TCP通信参数是固定不变的。主站TCP通信参数至少包括：从站PLC33的IP地址、双方通信的通道ID号及通信端口号。从站TCP通信参数至少包括：所通信对象即主站PLC23的IP地址，从站PLC33的IP地址、双方通信的通道ID号及通信端口号。

其中，双方通信的通道ID号包括第一通道ID号和第二通道ID号，第一通道ID号为从站PLC33向主站PLC23发送数据的ID号，第二通道ID号为从站PLC33接收主站PLC23发送数据的ID号。

主站PLC23虽然存储有多个主站TCP通信参数，各个主站TCP通信参数与各个从站PLC33的从站TCP通信参数有对应关系，但是各个车厢中从站PLC33的并不从主站PLC23中获取相应的主站TCP通信参数作为从站TCP通信参数，而是由各个从站PLC33各自生成各自的TCP通信参数即从站TCP通信参数。

在本方案中，车厢监控子系统12的具体逻辑连接请参见图4，其示出了本申请提供的车厢监控子系统的一种逻辑连接示意图，车厢监控子系统12包括：无线客户端31、从站定向天线32、从站PLC33和从站RFID读写装置34。

从站定向天线32与无线客户端31相连。具体的，从站定向天线32通过天线馈线与无线客户端31相连。

从站PLC33分别与无线客户端31、车厢物料采集装置和从站RFID读写装置34相连。所述车厢物料采集装置具体包括传感器和仪表。

请参见图5，其示出了本申请提供的货运火车物料状态监控系统的另一种逻辑连接示意图。

车厢监控子系统12的实体示意图请参见图6，其示出了本申请提供的车厢监控子系统的一种实体示意图。

在本方案中，车厢物料采集装置(即传感器和仪表)采集物料状态数据，从站PLC33获取车厢物料采集装置采集的物料状态数据。传感器或仪表与从站PLC33之间可通过4-20mA电流型模拟量或通过Profibus-DP等工业总线方式连接，即从站PLC33需要支持模拟量采集并带有Profibus-DP主站通信能力。

其中，PROFIBUS–DP通信是工业自动化通信的典型现场控制总线。其中的DP即Decentralized Periphery。Decentralized Periphery具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS，是一种国际化.开放式.不依赖于设备生产商的现场总线标准。

通过4-20mA电流型模拟量连接具体可以为通过4-20mA电流型模拟量2线或4线制信号连接。

从站RFID读写装置34，用于读取火车头站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息(即火车头站号、所述无线接入点21的SSID(Service Set Identifier，服务集标识)名称和IP地址、及主站PLC23的IP地址)写入所述从站PLC33；

或，从站RFID读写装置34，用于读取与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号、无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息(即与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号、无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)写入所述从站PLC33。

用于读取火车头站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息写入所述从站PLC33的从站RFID读写装置34位于与火车头直接相连的车厢。

用于读取与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号、无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息写入所述从站PLC33的从站RFID读写装置34位于未与火车头直接相连的车厢。

其中，所述前端车厢为在行车方向上，靠近所述火车头的车厢。

在本方案中，从站PLC33通过RFID技术读取火车头站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及主站PLC23的IP地址或与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号、无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，具体的实施方案分为半自动读取方案和全自动读取方案。其中，在半自动读取方案中，所述从站RFID读写装置34具体为：第一从站RFID读写头，即各个车厢各自只需要配置一个第一从站RFID读写头，RFID读写头与其车厢中配置的从站PLC33进行通信。实际操作中，操作人员将获取安装于火车头尾部的主站RFID存储卡24，手持主站RFID存储卡24从列车车头走到列车车尾，逐一在每个车厢的第一从站RFID读写头感应区“刷”一下。每个第一从站RFID读写头在感应到主站RFID存储卡24时的操作为，首先读取主站RFID存储卡24中信息，传输给从站PLC33进行信息处理，从站PLC33进行信息处理后得到该从站PLC33所属车厢的站号，并将从站PLC33信息处理完后得到的新数据(即该从站PLC33所属车厢的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)写入主站RFID存储卡24。需要说明的是，每个第一从站RFID读写头在感应到主站RFID存储卡24时的操作为先读后写。

在半自动读取方案中，从站PLC33通过RS232或RS422或RS485串口通信方式与RFID读写头通信。

在半自动读取方案中，由于采用的是人工持卡在RFID读写头感应区刷卡的方式，因此第一从站RFID读写头的射频发射距离在10cm左右即可。

在全自动读取方案中，所述主站RFID读写头25从所述主站PLC23中读取火车头站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，并将读取到的信息写入所述主站RFID存储卡24。

在全自动读取方案中，所述从站RFID读写装置34具体包括：安装于车厢头部的第二从站RFID读写头341及安装于车厢尾部的第三从站RFID读写头342和从站RFID存储卡343，所述车厢头部为在行车方向上，车厢靠近所述火车头的一端，所述车厢尾部为与所述头部相对应的另一端。

所述第二从站RFID读写头341用于读取所述主站RFID存储卡24中的信息或读取与该第二从站RFID读写头341所属车厢相连的前端车厢的从站RFID存储卡343中的信息，并将读取到的信息写入所述从站PLC33，其中，与该第二从站RFID读写头341所属车厢相连的车厢的从站RFID存储卡343中的信息包括与该第二从站RFID读写头341所属车厢相连的前端车厢的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址。

第二从站RFID读写头341将读取到的信息写入所述从站PLC33后，从站PLC33进行信息处理，具体的信息处理过程至少包括计算出该从站PLC33所属车厢的站号。从站PLC33在进行信息处理后，得到该从站PLC33所属车厢的站号。

所述第三从站RFID读写头342用于从所述从站PLC33中获取该从站PLC33所属车厢的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址，并将获取到的信息写入所述从站RFID存储卡343。

在全自动读取方案中，火车头的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址及各个车厢的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址的传递是通过火车头与车厢之间及车厢与车厢之间通信实现的，如货车包括火车头和四节车厢，分别为车厢a1、车厢a2、车厢a3和车厢a4，与火车头相连的车厢为车厢a1，与车厢a1相连的车厢为a2，与车厢a2相连的车厢为a3，则车厢a1中的第二从站RFID读写头341读取火车头的主站RFID存储卡24中的信息(即火车头的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)，车厢a1将读取到的信息写入车厢a1的从站PLC33，从站PLC33将火车头站号加1，得到车厢a1的站号，并将车厢a1的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a1的第三从站RFID读写头342，车厢a1的第三从站RFID读写头342将车厢a1的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a1的从站RFID存储卡343；

车厢a2的第二从站RFID读写头341读取车厢a1的从站RFID存储卡343中的信息(即车厢a1的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)，车厢a2将读取到的信息写入车厢a2的从站PLC33，车厢a2的从站PLC33将车厢a1的站号加1，得到车厢a2的站号，并将车厢a2的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a2的第三从站RFID读写头342，车厢a2的第三从站RFID读写头342将车厢a2的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a2的从站RFID存储卡343；

车厢a3的第二从站RFID读写头341读取车厢a2的从站RFID存储卡343中的信息(即车厢a2的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)，车厢a3将读取到的信息写入车厢a3的从站PLC33，车厢a3的从站PLC33将车厢a2的站号加1，得到车厢a3的站号，并将车厢a3的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a3的第三从站RFID读写头，车厢a3的第三从站RFID读写头342将车厢a3的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址写入车厢a3的从站RFID存储卡343；

车厢a4的第二从站RFID读写头341读取车厢a3的从站RFID存储卡343中的信息(即车厢a3的站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址)，车厢a4将读取到的信息写入车厢a4的从站PLC33，车厢a4的从站PLC33将车厢a3的站号加1，得到车厢a4的站号。

需要说明的是，在全自动读取方案中，货车的最后一节车厢的从站RFID读写装置可以包括有安装于车厢头部的第二从站RFID读写头341及安装于车厢尾部的第三从站RFID读写头342和从站RFID存储卡343。当然，货车的最后一节车厢的从站RFID读写装置可以只包括第二从站RFID读写头341，以减少系统成本。

在全自动读取方案中，安装在每节车厢头部的第二从站RFID读写头341需要选择支持高频设备，其射频发射距离需要达到2-3m距离，以保证能够从与该第二从站RFID读写头341所属车厢相连的前端车厢的从站RFID存储卡343中读取到信息。

请参见图7，其示出了全自动读取方案中RFID读写头的通信示意图。

各个车厢在通过半自动读取方案或全自动读取方案，获取到火车头站号、所述无线接入点21的SSID名称和IP地址、及主站PLC23的IP地址或与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号、无线接入点21的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC23的IP地址等信息后，各个车厢各自的从站PLC33生成各自的从站PLC所属车厢的站号及从站TCP通信参数。

由于各个车厢中从站PLC33的从站TCP通信参数的生成过程相同，因此在本方案中对任意一个从站PLC33的从站TCP通信参数的生成过程进行说明，任意一个从站PLC33的从站TCP通信参数的生成过程如下：该从站PLC33将第一预设IP地址加上该从站PLC33所属车厢的站号，生成新的IP地址即该从站PLC33的IP地址，如该从站PLC33的IP地址为192.168.0.N(N＝10+该车厢的站号)，其中，192.168.0.10为第一预设IP地址；

该从站PLC33将第一预设通道ID号加上该从站PLC33所属车厢的站号，生成新的通道ID号即第一通道ID号，如该从站PLC33的第一通道ID号为X,(X＝110+该PLC所属车厢的站号)，其中，X为第一预设通道ID号；

该从站PLC33将第二预设通道ID号加上该从站PLC33所属车厢的站号，生成新的通道ID号即第二通道ID号，如该从站PLC33的第二通道ID号为Y,(Y＝210+该PLC所属车厢的站号)，其中，Y为第二预设通道ID号；

该从站PLC33将预先存储的通信端口号作为该从站PLC33的通信端口号；

主站PLC23的IP地址由从站RFID读写装置34一个车厢接着一个车厢的传递，设置到每个从站PLC33中，作为从站PLC33的从站TCP通信参数的一部分。

其中，该从站PLC33所属车厢的站号的生成过程如下：

在该车厢为与火车头直接相连的车厢时，该车厢的站号的生成过程为：该车厢的从站PLC33从其本身的从站RFID读写装置34中读取火车头站号，对读取到的火车头站号和1进行相加，得到的和为该车厢的站号；在该车厢不是与火车头直接相连的车厢时，该车厢的站号的生成过程为：该车厢的从站PLC33从其本身的从站RFID读写装置34中读取与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号，对与该从站RFID读写装置34所属车厢相连的前端车厢的站号和1进行相加，得到的和为该车厢的站号。

各个车厢中无线客户端31的IP地址由各个从站PLC33各自生成。由于各个车厢中第无线客户端31的IP地址的生成过程相同，因此在本方案中对任意一个车厢中无线客户端31的IP地址的生成过程进行说明，如下：该车厢中从站PLC33将第二预设IP地址加上该车厢的站号，生成新的IP地址即该车厢中无线客户端31的IP地址，如无线客户端31的IP地址为192.168.0.M(M＝100+该车厢的站号)，其中，192.168.0.100为第二预设IP地址。

在本方案中，从站PLC33通过第二串行通信编程口向从站RFID读写装置34写入无线接入点21的SSID名称和IP地址，及将从站PLC33生成的该从站PLC33所属车厢中无线客户端31的IP地址写入该从站PLC33所属车厢中无线客户端31，以更新无线客户端31的IP地址、SSID参数。

当然，无线接入点21也可以预留第一串行通信编程口，在有需要时，可以由主站PLC23通过第一串行通信编程口对无线接入点21的IP地址和SSID名称进行修改。

无线客户端31从从站PLC33中获取无线接入点21的SSID名称和IP地址，并通过所述从站定向天线32、所述主站定向天线22和从所述从站PLC33中获取到的所述无线接入点21的SSID名称和IP地址，与所述无线接入点21建立以太网无线通信连接，从而打通主站PLC23与从站PLC33之间实现无线以太网通信的物理通道。

无线客户端31与无线接入点21采用802.11g或802.11n无线传输协议建立以太网无线通信连接。主站定向天线22和从站定向天线32的通信距离至少达到2km，以满足常规货运火车50-60节车厢的需求。

无线客户端31与无线接入点21进行以太网无线通信的示意图请参见图8，其示出了本申请提供的无线客户端与无线接入点的通信示意图。

无线客户端31、无线接入点21、主站定向天线22和从站定向天线32的工作温度范围宽，具体范围为0℃-60℃，甚至-20℃-70℃。

在建立以太网无线通信连接的基础上，所述主站PLC23与所述从站PLC33通过所述从站TCP通信参数建立TCP连接，以实现所述从站PLC33将所述车厢物料采集装置采集的物料状态数据实时发送至所述主站PLC23。

主站PLC23与所述从站PLC33建立TCP连接的必要因素包括双方具有IP地址，双方通信的ID通道号，通信端口号(位于服务器端)。由于主站PLC23中存储有主站TCP通信参数，从站PLC33自身生成从站TCP通信参数，因此主站PLC23和从站PLC33具备建立TCP连接的必要因素。

由于建立TCP连接的技术为现有非常成熟的技术，因此所述主站PLC23与所述从站PLC33通过所述从站TCP通信参数建立TCP连接的过程在此不再赘述。

在本方案中，主站PLC23作为通信客户端，主动向每个从站PLC33发起TCP通信连接。建立连接后，所有从站PLC33与主站PLC23进行通信，即主站PLC23作为中心TCP通信站，负责收集各个从站PLC33发送的数据，并可以向各个从站PLC33发送数据。主站PLC由于需要和几十个从站PLC33建立通信，故其需要具有同时能够进行几十个通信连接的能力，即其通信连接资源需要非常多。

主站PLC23与多个从站PLC33进行通信的示意图请参见图9，其示出了本申请提供的主站PLC与多个从站PLC的通信示意图。

所述主站PLC23对接收到的所述从站PLC33发送的物料状态数据进行存储。

在本方案中，如果是火车头发生更换，只要火车头监控子系统11将其对应的第一预设IP地址、火车头站号、无线发射端的SSID通信参数告知各个从站PLC33，从站PLC33能够通过上述信息(即第一预设IP地址、火车头站号、无线发射端的SSID通信参数)计算从站TCP通信参数如第一预设通道ID号、第二预设通道ID号及通信端口号。自动生成相应的从站TCP通信参数和无线客户端31的IP地址，保证每个从站PLC33连接不同主站PLC23都能正常进行连接，实现自动调整通信对象。

在本申请中，在货运火车的火车头安装火车头监控子系统，在货运火车的每节车厢分别安装一个车厢监控子系统，每节车厢通过各自的无线客户端、从站定向天线与火车头的无线接入点和从站定向天线，建立以太网无线通信连接，从而打通了主站PLC和从站PLC实现无线以太网通信的物理通道，在建立以太网无线通信连接(即打通主站PLC和从站PLC实现无线以太网通信的物理通道)的基础上，主站PLC与从站PLC建立TCP连接，以实现所述从站PLC将所述车厢物料采集装置采集的物料状态数据实时发送至所述主站PLC，从而实现了将车厢物料采集装置采集的物料状态数据实时传输至主站PLC，主站PLC可以将实时接收到的物料状态数据发送至人机界面进行显示或发送至远程中心站进行显示，达到对物料状态进行实时监控的目的。

又由于主站PLC对接收到的从站PLC发送的物料状态数据进行了存储，因此可以依据存储的物料状态数据分析出物料在运输过程中的状态变化，从而实现了实时监测物料在运输过程中的状态变化。

进一步的，由于本申请提供的货运火车物料状态监控系统采用以太网无线通信方式进行数据传输，完成监控，因此在货运火车的车厢、火车头之间并不需要连接通信电缆，在货运火车车厢顺序进行调整或是车厢进行重新整合时，不需要对通信电缆重新连接，避免了长期插接操作而造成连接不牢固所造成的通信不稳定、中断的隐患；且由于不需要连接通信电缆，因此在车厢顺序调整后，不需要对通信电缆进行重新连接，工作量小。

请参见图9，其示出了全自动读取方案中RFID读写头的通信示意图。

在本方案中，主站PLC23和从站PLC33均具有无线以太网通信能力和工业总线通信能力，要求其体积较小、模块化设计、稳定性强、工作温度宽(0-60℃，甚至-20-70℃)。主站PLC23和从站PLC33的程序及重要数据带有掉电保持功能。同时主站PLC23和从站PLC33的编程支持LAD梯形图及SCL结构化文本编程。

在本方案中，若一列货运火车的车厢发生重组(即各个车厢的排列顺序发生变化)，由于各个车厢中的从站PLC33各自能够生成各自的从站TCP通信参数及其所属车厢中无线客户端31的IP地址，并将生成的无线客户端31的IP地址写入无线客户端31，而且各个从站TCP通信参数与火车头存储的主站TCP通信参数有对应关系，自动完成通信配置，因此能够保证火车头与各个车厢之间进行正常的无线以太网通信，不需要人工设置各个从站PLC33的从站TCP通信参数及相应无线客户端31的IP地址，灵活性强。

在本方案中，请参见图10，其示出了本申请提供的火车头监控子系统的另一种结构示意图，火车头监控子系统11还包括：与所述主站PLC23相连的人机界面81。与主站PLC23相连的人机界面81具体可以为工业计算机。工业计算机上运行监控软件。监控软件通过与主站PLC23通信实现画面监控、报警、数据归档、历史数据查询等功能。

具体的，工业计算机与主站PLC23进行以太网线通信连接。火车头监控子系统11能够完成监控本车头所有搭载的车厢上采集的所有物料状态数据，监控所有车厢物料状态报警并可对采集的物料状态数据进行归档。归档的数据在后期可以方便的进行历史数据查询和追溯。火车头监控子系统11是工业自动化控制系统中典型的SCADA系统，因此在此不再赘述。

请参见图11，其示出了本申请提供的火车头监控子系统的一种实体示意图。

在本方案中，请参见图12，其示出了本申请提供的火车头监控子系统的再一种结构示意图，火车头监控子系统11还可以包括：与所述主站PLC23相连的远程通信模块111，用于将所述主站PLC23接收到的物料状态数据发送至列车地面中心站监控系统。

远程通信模块具体可以为GPRS(通用分组无线服务技术，General PacketRadio Service)模块或3G SIM卡或4G SIM卡。

远程通信模块与远程中心站的路由器构成VPN(Virtual PrivateNetwork，虚拟专用网络)无线以太网通信网络。主站PLC23通过VPN无线以太网通信网络将收集到的各节车厢的物料状态数据，车辆位置信息，列车整体状态等信息传送至列车地面中心站监控系统，完成远程数据实时监控。

列车地面中心监控系统配置公网固定IP地址及带有VPN功能的路由器，此路由器与远程通信模块配置VPN通道，实现可覆盖全国范围的无线以太网监控网络。同时，列车地面中心站监控系统建立总的监控系统，负责与各远程火车头监控子系统11进行数据采集与控制，监控各列车中各个车厢中监控的物料状态，车辆状态和GPS地址信息等。同时列车地面中心站监控系统也可以发送控制指令到各个列车的火车头监控子系统11，下达控制指令。

在本方案中，各个设备的安装方式如下：

每个货运火车车厢可在其一侧安装控制箱，车厢监控子系统12安装于控制箱中。采集物料状态数据的仪表和传感器安装在集装箱附近，用于检测压力、温度等信号，通过Profibus-DP现场总线或是4-20mA信号传输方式传送至控制箱中的从站PLC33。其中，集装箱为存放物料的装置。

在本方案中的各个RFID读写头的安装，需要放在一个IP65等级以上的非金属盒子中。在半自动读取方案中，RFID读写头可以安装在车厢侧面，且RFID读写头的高度为与成人高度适中，便于操作人员刷卡操作。

在本方案中，从站定向天线32安装在集装箱顶部，安装位置需要与主站定向天线22在同一水平位置，并达到直线可视没有遮挡。从站定向天线32与无线客户端31(Client)的连接采用馈线方式连接，主站定向天线22与无线接入点21的连接采用馈线方式连接。必要时从站定向天线32与无线客户端31的连接及主站定向天线22与无线接入点21的连接可做防雷处理。

如果货运火车所载物料有防爆要求，控制箱需要做防爆箱处理。采集信号仪表使用支持防爆区使用的仪表，如Profibus-PA仪表，通过防爆总线方式连接至从站PLC33。

在供电方面，车厢监控子系统12所需电压为直流24V供电。车厢与火车头依次连接好后，位于车厢上的电气控制系统供电可采取两种方式。一种为电源来自火车头，每节车厢首尾有快速连接供电插头，可实现交流220V/380V或是直流24V的供电连接。如果为交流供电，则控制箱内部需要配置220V/380V转直流24V的电源模块。另一种为采用电池供电的方式，电池可提供24V直流电源即可。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本申请所提供的一种货运火车物料状态监控系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种货运火车物料状态监控系统，其特征在于，包括：火车头监控子系统和多个车厢监控子系统，每节车厢安装有一个车厢监控子系统；

所述火车头监控子系统包括：无线接入点、与所述无线接入点相连的主站定向天线、与所述无线接入点相连的主站可编程逻辑控制器PLC和安装于火车头尾部的主站RFID存储卡和主站RFID读写头，所述火车头尾部为火车头连接车厢的一端；

所述车厢监控子系统包括：无线客户端、与所述无线客户端相连的从站定向天线、分别与所述无线客户端和车厢物料采集装置相连的从站PLC及与所述从站PLC相连的从站RFID读写装置。

2.根据权利要求1所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述从站RFID读写装置具体为：第一从站RFID读写头。

3.根据权利要求1所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述从站RFID读写装置包括：安装于车厢头部的第二从站RFID读写头及安装于车厢尾部的第三从站RFID读写头和从站RFID存储卡，所述车厢头部为在行车方向上，车厢靠近所述火车头的一端，所述车厢尾部为与所述头部相对应的另一端；

所述第二从站RFID读写头用于读取所述主站RFID存储卡中的信息或读取与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的前端车厢的从站RFID存储卡中的信息，并将读取到的信息写入所述从站PLC，其中，与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的车厢的从站RFID存储卡中的信息包括与该第二从站RFID读写头所属车厢相连的前端车厢的站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC的IP地址；

所述第三从站RFID读写头用于从所述从站PLC中获取所述从站PLC所属车厢的站号、所述无线接入点的SSID名称和IP地址、及所述主站PLC的IP地址，并将获取到的信息写入所述从站RFID存储卡。

4.根据权利要求1所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述无线接入点设置有第一串行通信编程口，所述无线客户端设置有第二串行通信编程口。

5.根据权利要求1所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述火车头监控子系统还包括：与所述主站PLC相连的人机界面。

6.根据权利要求1所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述火车头监控子系统还包括：

与所述主站PLC相连的远程通信模块，用于将所述主站PLC接收到的物料状态数据发送至列车地面中心站监控系统。

7.根据权利要求6所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述远程通信模块包括：

GPRS模块。

8.根据权利要求6所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述远程通信模块包括：

3G SIM卡。

9.根据权利要求6所述的货运火车物料状态监控系统，其特征在于，所述远程通信模块包括：

4G SIM卡。