铁路车号自动识别系统（共5篇）
铁路车号自动识别系统 篇1
我国铁路车号自动识别系统自从建设完成并投入使用后, 实现了对全路货物列车、车辆的动态追踪管理, 在运输生产组织、调度指挥、车辆管理、统计分析、财务清算等方面, 发挥了非常重要的作用, 取得了巨大的社会效益和经济效益。
目前全路所有的货车车辆都已安装了货车电子标签, 所有的机车都安装了机车电子标签和车载信息写入装置, 作为ATIS系统的最基础的部分支撑ATIS系统平稳运行了十多年, 但客车车辆一直未能全面安装车号电子标签, ATIS系统中也缺少客车部分的应用功能。
为了深化车辆安全风险管理, 进一步加强客车安全管理手段, 提高客车安全防范能力和客车使用效率, 铁路总公司决定对既有的ATIS系统进行补充和完善, 建立全路客车车辆段 (厂) 车号自动识别系统, 可以通过数据共享, 实现KMIS与AEI设备采集的客车车号及进出时间信息的结合, 可以准确地掌握车辆的检修状态和当前所在位置, 实现客车进出车辆工厂、车辆段、检修车间、客整所及存车线的自动管理, 可以动态编制、调整检修生产计划, 及时掌握生产现场动态, 提高客车检修管理的现代化水平。
一、铁路客车车号自动识别系统组成及功能
1总体布局
客车车辆段 (厂) 车号自动识别系统主要由客车电子标签、客车电子标签编程系统、便携式标签读出器、AEI地面设备、CPS设备等组成, 并通过对现有AEI设备和CPS软件进行升级改造, 实现系统相关应用。
2网络架构
铁路客车车号自动识别系统整体架构由铁路总公司级应用、铁路局级应用、车辆段 (厂) 级应用和检修车间、客整所、存车线级应用四级组成, 各级应用可以提供B/S架构的管理应用平台, 相关用户可以通过浏览器实现各项管理应用功能。其中, 系统与KMIS系统的数据接口可以在车辆工厂和车辆段实现, 采用FTP报文发送的方式, 如图1所示。
3客车电子标签
客车电子标签, 安装在客车 (包括动车) 的底部, 内部存储器中可以存储客车的车种、车型、编号、属性、制造厂、制造年月、定员等信息, 通过微波反射调制方式被AEI设备和便携式标签读出器等装置识别, 用于客车的自动识别。客车电子标签外观如图2所示。
3.1主要功能
3.1.1以永久性存储客车的基本信息 (车种、车型、编号、属性、制造厂、制造年月、定员等) ;
3.1.2具备可编程功能, 可以通过专用的标签编程器及配套标签编程软件对客车电子标签进行编程写入操作;
3.1.3可以被现有的地面AEI设备识别 (需要对地面AEI设备及配套的CPS软件进行升级改造) ;
3.1.4可以被便携式标签读出器识别;
3.1.5标签采用无源设计, 可以通过标签天线接收地面识别设备微波天线发射的载波信号获取标签正常工作所必需的能量;
3.1.6具备高速识别功能, 适应车速可以达到350公里/小时;
3.1.7标签使用寿命长, 不需要维护。
3.2数据存储
HTK-08型客车电子标签的存储容量为128bits, 其中用户数据区占用104bits, 存储内容包括客车车种、车型、编号、属性、制造厂、制造年月、定员等信息。信息编码格式如图3所示。
4客车电子标签编程系统
客车标签编程器 (如图4所示) , 是客车电子标签编程系统的重要组成部分, 具有标签编程接口, 通过编程电缆与专用编程计算机连接后, 可以将客车的属性、车种、车型、编号、制造厂、制造年月、定员等信息写入客车电子标签中。客车标签编程的过程中, 需要联网申请, 经铁路总公司标签中央服务器核实信息, 以确保客车车号的唯一性。
主要功能:
4.1可以接收专用编程计算机发送的命令;
4.2可以接触式读取客车标签信息;
4.3可以对客车标签信息进行编程、写入;
4.4可以对客车标签信息进行校验和复核;
4.5标签编程器具有操作状态指示灯和蜂鸣器;
5 AEI地面设备
在全路客车车辆工厂、客车车辆段、客车检修车间、客整所、存车线进出咽喉处安装地面AEI设备, AEI设备采用不需要轨边机房建设的AEI-W1型地面设备, 安装数量可根据各单位的实际情况和需求进行设计, 但必须确保至少每个单位车辆进出的咽喉处安装有AEI设备 (多个咽喉处需要分别安装AEI设备) , 如果需要掌握车辆所在的具体位置, 可以考虑在检修库等咽喉处或线路上增加AEI设备。
主要功能:
5.1实时判断单个车辆的行车方向;
5.2准确读取全部过车的标签信息;
5.3实时分析调车作业的细节, 实时进行数据处理;
5.4正确判断实际过车辆数;
5.5准确记录实际过车时间;
5.6形成与实际过车情况完全相符的过车报文。
6 CPS服务器
CPS服务器完成设备通讯、数据传输、数据处理、数据存储和管理应用等多种功能, 其服务器硬件配置建议:八核CPU, 内存4G以上, 500G硬盘3块以上 (RAID1或5) , 内置100M/1000M以太网卡。另外, 车辆段级的CPS服务器由于需要接收所辖各个检修车间、客整所、存车线的上传报文, 并分多个目标发送, 数据存储、处理及网络传输量大, 因此, 车辆段需要在以上建议配置的基础上进行增强, 内存配置在8G以上, 并可以配置双CPU。
二、铁路客车车号自动识别系统的现状
铁路总公司为了深化车辆安全风险管理, 进一步加强客车安全管理手段, 提高客车安全防范能力和客车使用效率, 已于2013年底发布了《铁总函运[2013]1013号中国铁路总公司关于铁路客车车辆安装电子标签相关工作安排的通知》, 决定启动实施铁路客车车辆安装电子标签及相关建设工作, 要求对既有的ATIS系统进行补充和完善, 通过对客车车辆安装电子标签, 对既有ATIS系统的车号采集设备和相关软件进行升级, 实现对客车的识别, 并在总公司、路局级增加客车位置跟踪、查询统计等应用系统功能。
目前, 根据总公司对电子标签安装工作的相关安排, 全路各相关单位正在紧张有序的施工当中, 预计将于近期完成电子标签支架的安装, 并开始对电子标签进行编程, 将客车的各相关信息写入电子标签内, 并在写入完成后将其按照要求安装在客车车辆底部的电子标签支架上。在其他配套设施也全部安装完毕后, 再经过调试、试运行等阶段, 就可以正式投入使用了。
结语
ATIS系统实现了建立一个铁路列车车次, 号码、标识、属性和位置等信息的计算机自动报告采集系统的目标, 是信息化和铁路生产实际结合的一个典范。虽然目前ATIS系统在客车车辆的管理应用方面只是刚刚开始, 在以后的实际使用中也可能会存在很多问题, 但是随着系统本身的不断完善和发展, 与其他铁路信息化系统相互结合, 客车车号自动识别系统的应用范围将会不断扩大, 其作用也会得到充分发挥, 成功实现加强客车安全管理, 提高铁路运输效率和现代化管理水平的目标。
参考文献
[1]苗群, 裴超裕.WNLDJ-I型车辆安全动态监测系统[J].铁道车辆, 2003 (04) .
铁路车号自动识别系统 篇2
【摘要】本文结合煤炭铁路行车自动化控制实际，通过对车站信号联锁信息化设备的分析、研究，采用先进的车站信号计算机联锁设备自动化控制技术，保证了矿区铁路行车安全。
【关键词】浅谈；矿区铁路；行车系统：自动化：控制
【中图分类号】U292 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0413-01
矿区铁路作为国家铁路运输网的重要组成部分，是煤炭企业发展的大动脉。车站信号联锁系统是保证煤炭铁路行车安全，提高运输效率的基础。对矿区车站信号联锁信息化设备因素的进行分析、研究，运用先进的计算机联锁技术，是保证矿区铁路运输安全长治久安的根本措施。
1、煤炭铁路行车系统现状
目前，我国煤炭铁路行车系统的技术装备处于不完善、不配套、不统一的“三不”状态，普遍存在标准低、质量差的现象。据统计，全国矿区铁路硬件近40%的车站无道岔区轨道电路，28%的车站无到发线轨道电路，32%的车站无电源设备、无信号联锁装置。枣庄矿区铁路系统所辖的9个车站实际，其中有2/3的车站为无信号联锁装置，无到发线、道岔区轨道电路，是一种非集中联锁设备操作系统。这种系统不仅设备落后，车站信号设备难以形成“进路、信号、道岔”之间的相互制约联锁关系，极易造成接发列车操作系统的失控，以至酿成事故。因此，改变车站信号联锁落后的状况，必须对其设备进行技术改造。本文结合矿区铁路实践，认真研究探讨矿区车站信号联锁设备等薄弱环节，实施技术改进，为矿区铁路实现有效的自动化控制提供科学的理论依据。
2、车站计算机联锁技术特点及功能
控制车站道岔、进路和信号机并实现它们之间安全联锁的系统称为车站信号联锁系统。近几年，随着科技的迅猛发展，控制方式有了质的提升，从原来的手动到6502电气集中，从6502电气集中到计算机联锁系统。计算机联锁设备也由双机冷备、双机热备到二乘二取二和三取二技术几经更新换代。
枣庄矿区铁路系统有9大车站，2/3的车站信号控制设备均为无联锁道岔转换进路，采用落后的手动操作接发列车。行车、电务部门工作效率低，给运营、维护工作带来极大不便，而且不可避免的人为因素给铁路运输带来很大的安全隐患。因此，在其他装车站采用三取二计算机联锁系统，可满足铁路提速和运输安全行车的需求。
2.1 三取二计算机联锁系统技术特点：
2.1.1 采用三重系统不停顿故障重组技术，有可靠性与安全性冗余结构，满足“故障一安全”原则。
2.1.2 采取双程序设计，具有模块化结构。软件设计为双程序比较，使得故障在每一层都得到检查，将危险侧故障最终降到最低限度，灵活适应不同站场的需要。
2.1.3 系统功能齐全。除完成6502电气集中相应的联锁功能外，具有设备故障语音报警、智能诊断提示、值班员操作历史记录和站场行车作业历史画面重视等功能，为事故分析和故障处理提供了有利的依据。
2.1.4 计算机联锁系统维护方便，故障判断智能化，利于压缩故障延时，处理故障方便快捷。设备采用CRT显示器显示站场替代控制台，用鼠标、键盘办理进路、操纵道岔、开放信号和办理解锁，替代了继电联锁控制台按钮。
2.2 计算机安全联锁系统主要功能：
2.2.1 根据车站行车安全的需要，在规定的联锁条件和规定的时序下自动对进路、信号、道岔实行安全控制。
2.2.2 计算机联锁系统采用大屏幕显示器取代6502电气集中表示盘，可以向操作人员提供更加安全、可靠、直观的行车显示信息。包括：站场基本图形显示、现场信号设备安全状态显示、值班员按压按钮动作的确认显示、联锁系统的安全工作状态故障报警显示、时钟显示，必要的安全信息提示。
2.2.3 安全记录存储和故障检测与诊断功能。系统可按时间顺序自动记录和储存值班员按钮安全操作情况、现场操作动作情况和行车安全作业情况。提供图象再现功能，可将前段储存的数据以站场图形方式显示在屏幕上，按照实际操作和车列运行情况再现出来，以便查找故障及分析问题。实现进路储存和自动办理，具有安全集中检测和报警功能。
2.2.4 将计算机联锁系统利用标准化的通信接口板、网络接口板以及标准化的通信规程，可直接与现代化信息处理系统相连接进行安全数据交换。
3、计算机联锁系统设计方案
车站各设一套HOLLiAS VSl2000三取二计算机联锁系统。
联锁设备：铁路信号采用HOLLiAS VSl2000三取二容错计算机联锁系统1套（3台主机）。电源设备：微机联锁中站电源屏一套（3屏，10kVA）。接口设备：2台接口柜。UPS不间断电源：2台APC（1kVA标机）。操作员站：CRT站场监视器2台（其中1台备用），站场控制用专用键盘、鼠标、轨迹球。历史站：CRT站场监视器1台，打印机1台及相关操作设备。操作员站控制台、历史站控制台、分线盘。
4、计算机联锁系统工作原理
本区域集中联锁区内现场设备状态、道岔的定位或反位状态，信号机的关闭或开放状态，轨道电路区段的空闲或占用状态，64D（包括站间联系）等的状态，道口的状态信息经过信息通道电缆线路，送至相应的接口柜中，接口柜接口电路将信息经电气转换后用双断法送人处于工作状态的三取二容错计算机，计算机则对上述信息进行逻辑运算，处理后在CRT屏幕上显示出来，供信号值班员随时清楚的了解掌握现场情况。当信号值班员需要排列进路或进行其他操作时，用键盘或鼠标将操作命令送入三取二容错计算机，计算机对操作命令进行分析判断及逻辑运算确认可以执行时，则发出命令，该命令送到现场并被执行。被控设备动作之后的新状态又送至CRT上显示出来，当三取二容错计算机逻辑运算认为条件不满足时，则不执行，并在CRT屏幕上给出相应原因提示。
车站计算机联锁系统最大限度地利用软、硬件资源，即可完善系统安全联锁控制功能，提高整个车站系统信号联锁的可靠性和安全性，又能提高安全作业效率，扩大运输能力，节约成本。
车站微机联锁系统的使用，大大提高了车站咽喉区安全防护能力，行车、调车作业效率提高了60%，车站办理接发列车的时间由原来的30分钟缩减至8分钟，车站站场日解编列车由原来的100辆提高到300辆，昼夜列车安全通过能力由原来的5.8对，昼夜提高到10.8对/昼夜。同时又降低了生产成本，吨公里成本由原来的0.24元/吨公里下降至0.18元/吨公里。安全行车系数提高了70%，安全行车事故率下降了80%。三取二计算机联锁大大减少了继电器检修工作量，减少系统的设计、施工和维护工作量。信号设备常见故障比技术改造前减少85%，确保道岔“4毫米不锁闭”100%。
5、结束语
铁路车号自动识别系统 篇3
铁路运输作为重要的物流运输工具在国民经济中起着重要的作用, 随着经济的发展、运输体制的改革以及现代物流技术的迅速发展, 铁路运输的组织管理和决策在很大程度上依赖于铁路物资运输信息的采集和管理。而建立铁路车号自动识别系统是实现铁路运输的现代化、信息化, 实现铁路物流过程的数字化、信息化的必由之路。
铁路车号自动识别系统由安装在货车上的电子标签 (TAG) 、大型货运站和分界站安装的地面识别设备 (AEI) 以及集中管理系统 (CPS) 组成。电子标签是货车的身份证, 上面记载货车的物流信息;集中管理系统实现多个地面识别设备的控制和管理;地面识别系统是整个系统的核心部分, 它由车轮传感器、天线、RF射频设备和读出主机组成。为了实现车轮传感器、天线、RF射频设备和读出主机之间协调工作, 需要设计一套成本低廉、性能稳定可靠的系统, 嵌入式系统无疑是最后的选择。
1 硬件系统设计
1.1 系统工作原理
当列车到来时车轮传感器产生脉冲信号输入到地面识别系统, 地面识别系统接收到传感器信号后开启RF射频装置, 通过天线发射微波信号;当安装有标签的列车车厢经过天线接收区时, 标签对微波信号进行反射调制, 天线接收到调制信号后传送到RF射频装置, RF射频装置对反射信号进行解调、放大等处理后把标签数据传送到读出主机;当列车经过后车轮传感器向地面识别系统发送列车经过完毕脉冲信号, 地面识别系统接收到信号后关闭RF射频装置;地面识别系统关闭RF射频装置后把接收到的车号信息传送到集中管理系统。
1.2 系统组成
根据车号识别系统的技术要求和富士通单片机 (MCU) 的优点, 确定车号识别系统采用MB90F543这一16位的单片机。该单片机具有2个UART接口、2个CAN接口 (均符合V2.0Part A和Part B的规定) 、8个外部中断, 2个UART接口一个用来实现RFID模块与MCU之间通信, 另一个用来与笔记本电脑或者台式机连接实现用户对AEI的调试和设置、或者在需要更新程序时完成对程序的烧录;2个CAN接口一个用来实现AEI与CPS直接通信另一个用来实现冗余备份, 当一个CAN接口出现故障时启用该备用CAN接口;8个外部中断中4个分别连接到开机、开门、关门和关机车轮传感器信号采集电路的输出端, 实现车轮信号的采集, 另外4个可以预留用于低速情况下连接有源磁钢。图1显示了系统原理图:
微处理器采用FUJITSU公司的MB90F543芯片, 其本身带有内嵌CAN控制器, 因此只需加一个CAN总线驱动器, 就可方便地实现AEI与CPS直接的通信。
1.3 开发环境及应用中应注意的几个问题
Softune V3软件工作平台是针对富士通FFMC-8L、FFMC-16L/LX和FR系列微控制器程序开发的集成软件开发环境, 包括开发管理、仿真器调试、软仿真和一个集成开发环境。其开发工具包包括Softune Workbench、C compiler、Assembler、Linker、C Checker、C Analyzer。Softune V3同时支持C语言和汇编语言。
MB90F543实际使用过程中, 应注意下面几个问题。
(1) 验收标识选择寄存器 (AMSR) 的设置。每个信息缓冲器可以选择一种验收标识方式:满位比较、满位屏蔽或位屏蔽验收。满位比较是指节点接收到信息的ID需与该信息缓冲器设定的ID完全一致, 信息才能通过验收标识器;满位屏蔽不用对信息的ID进行比较, 可以理解为无条件通过验收标识器;位屏蔽验收方式可以指定需比较的ID位和需屏蔽的ID位, 即部分比较验收。实际应用中, 这种验收标识方式应用得最多, 所以在MB90F543芯片的CAN控制器中, 设定了两种这一方式。AMSR的设置为开发人员处理缓冲器信息提供了极大的灵活性。
(2) 验收标识寄存器 (AMR) 的设置。在AMSR设置为位屏蔽验收方式后, 必须设置AMR, 来设定ID哪些位要比较, 哪些位要屏蔽。AMR共有四个字节, 支持29位ID符。但值得注意的是, 对29位ID符, 使用的是AM28~AM0;而对11位ID符, 使用的是AM28~AM18。因此使用者在设置AMR时必须谨慎, 否则会造成接收错误。笔者曾在这里吃过苦头。
(3) Fujitsu公司CAN控制器的一个特点是支持使用多级信息缓冲器。在接收频繁发生, 或者收到几个不同ID信息帧的情况下, 可能CPU没有足够的时间来处理收到的信息, 因此可将多个信息缓冲器构成一个多级信息缓冲器, 保证信息能够得到及时、有效的处理。通过这种方式, 可以1帧发送大于8个字节的信息。这种安排的另一好处是, CPU可以不需立即去读某个信息缓冲器的信息, 而不必担心缓冲器信息被重写和丢失。
2 软件系统设计
系统软件设计遵循模块化原则, 在模块划分上尽量做到高内聚、低耦合。经过反复修改和论证, 最终将系统软件划分为初始化模块、CAN通信模块、RS232通信模块、RFID模块和计轴计辆模块。
2.1 初始化模块
初始化模块负责对CAN控制器、串口、时钟、天线等进行初始化。
2.2 CAN通信模块
CAN通信模块负责AEI与CPS之间数据传输。当AEI有报文要发送时, 首先向CPS发送一个请求报文, CPS收到请求报文后发送一个允许报文, 这时AEI就可以发送数据报文了, CPS成功接收数据报文后会发送一个确认报文, AEI收到确认报文后将报文已发送标志置位, 这样就完成了一次通信过程。
2.3 RS232通信模块
系统中包含两个串口, 一个串口用来与RFID模块通信接收标签信息, 另外一个串口用来对AEI参数进行查看和设置。
2.4 RFID模块
RFID模块负责标签信息的读取, 对标签信息进行校验并剔除错误的标签信息帧, 保证读取到的标签信息的准确性。一个标签信息读完之后将128位标签信息连同该标签读取次数一起通过RS232发送给计轴计辆模块, 由计轴计辆模块完成标签定位。
2.5 计轴计辆模块
计轴计辆模块负责采集开关门车轮传感器信号, 并根据开关门磁钢之间的安装距离 (一般为270mm) 计算相邻两个轴的轴距, 通过计算出的轴距与轴距表中既有标准轴距对比来判辆和计辆。
3 结论
该系统采用了模块化的设计方法, 虽然在设计的前期花费了较多时间, 但是这样做的好处是程序易于维护、易于分工合作、易于模块化测试。实现了过车数据自动采集、存储和数据报文传输。在现场长期运行, 工作稳定可靠, 可以推广使用。
参考文献
[1]庞特, 陈继辉.C语言嵌入式系统开发[M].北京:中国电力出版社, 2003.
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铁路车号自动识别系统 篇4
关键词：铁路货车；轮对参数；铁路运输；安全系数；自动检测系统
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0025-02
轮对是铁路货车行走过程中重要的构件，安全高效的轮对是保证铁路能够快速、安全运输的关键因素，轮对故障导致的安全事故屡见不鲜，给铁路运输造成了严重的损失。另外，轮对故障也会给车辆本身以及铁路固定设施带来一定程度的损害。目前，我国仍然依靠传统的人工手动测量来对其进行故障的检测诊断，不但效率低下，检测精度以及可检测项目也不尽如人意，为铁路正常运行带来了隐患。因此，发展一种新型的自动货车轮对检测技术对于提高我国检测水平、提高铁路运输安全系数有着重要的意义。
1 轮对自动检测技术的原理及现状
目前来说，国内外主要应用的轮对自动检测技术按照原理分类，可分为以下三类：光截图像原理技术、视觉自动测量技术以及激光位移测距技术，主要应用于货车的入库检查以及地铁在线监查上。下面分别简述一下这三类原理：
1.1 光截图像原理技术
这种技术主要原理为利用三角激光测量技术来实现测量物体二维尺寸的目的。采用的投射光源为点状高强度激光，高速的CCD相机作为图像采集设备。当测试完毕后会得到一系列的曲线，将其和标准的校正曲线进行比对矫点，从而实现目标参数的自动检测。这种技术在低速以及静态测量中的精度比较高，但是对于高速测量的精度尚不能令人满意，这是由于CCD相机的采集速度有限而造成的。但是这种原理制备的设备价格低廉、操作简单，得到了广泛的应用，如丹麦的EDOC公司、美国的BEENA公司以及国内的哈尔滨威克公司等都有相应的产品。
1.2 视觉自动测量技术
视觉自动测量技术是一种基于视觉测量系统，建立在计算机视觉研究基础上的新兴技术，其优点为抗干扰能力强、高效易行，非常适合一些在现场生产中的在线非接触性监控及监测。在实际生产过程中，该技术基于视频成像原理及先进的图像识别功能工作，通过高速摄像机现场拍摄车辆轮对运行状况，采用逐帧截屏得到清晰图片，再对图片进行识别辨认的方法来实现对车辆轮对的监控监测。
1.3 激光位移测距技术
激光位移技术是一种高精度、高精密的非接触行测量技术，主要用于测量对象物体的位置以及位移的变化，可以准确监测出物体的位移、体积尺寸、振动频率等物理几何量的测量。按照原理，激光位移技术可分为激光回波法和激光三角测量法两种，而在铁轮货车轮对检测中主要用的是激光三角测量法，这种检测方法精度高，但监测的距离较短。在实际应用中，左右两路光电流从激光位移传感器发出，通过干涉成像，就可以反推算出物体激光点和成像透镜前面的距离，从而达到监测的目的。目前这种技术已经被应用于我国部分铁路
路段。
2 轮对自动检测系统的研制及简单介绍
2.1 系统结构整体设计
根据轮对检测工艺要求以及车间的实际工作状况，我们设计了一种以龙门通过式机械结构为基础的轮对自动检测系统，其简单组成主要包括进给总成、升降总成、带转总成、测量装置以及传感器等。待货车轮对沿着特定轨道进入测量装置后，通过各个部件的协同作用以及协调工作，自动完成对轮对各参数的测量。本装置可以检测的轮对参数主要包括轮缘厚度、轮座直径、车轮直径、车轴中央直径等。
待测的轮对在自动计算机控制系统的作用下，通过导向装置机构使得轮对到达指定的测量位置，具体如下：当轮对滚动到待测位置时，挡轮装置将其挡住，位于装置下方的轮对提升结构将轮对升起后由转动装置驱使轮对转动。
与此同时，测量装置在直线电机的驱动下，通过丝杠的带动使其沿直线运动单元迅速下降到测量位置停止。当测量传感器做横向运动时，可以测量轮对的中央直径，左右轮缘宽度等参数；和其相连的旋转电机可以控制测量传感器做顺时针以及逆时针的旋转，可以测量左右轮座直径以及轮辋厚等参数。在自动控制系统的作用下，激光传感器按照一定的路径做直线往复运动，可以自动采集被测轮对中各测量点的数据，通过安装的摄像装置可以将装置板上的图像反映到计算机的显示屏上，经过计算机运算处理后得到测量结果保存到相应数据库中并自动打印。当采集数据完成后，左右的测量装置以及激光传感器自动上升到初始位置，测试的轮对停止转动并自动下降，最后由轮推装置推出测量位置，完成整个的工作循环。
2.2 测控系统设计
本自动检测系统的测控系统主要有工业控制高精密计算机、运动控制部分、数据自动采集处理部分以及测控软件等部分组成。
2.2.1 工业控制高精密计算机。该部分作为整体系统的关键组成之一，担负着处理数据，采集打印图像以及对运动的部件进行高精度高准确度控制的作用。设计中我们采用的是方正的主机，CPU为AMD 速龙II X4 740，内存为4GB的DDR内存，配备Dell打印机，利用Windows自带的Microsoft Visual C++ 7.0编程系统进行编程。我们采用的计算机配置较高，编程系统较为先进，为整个检测系统的优良性能奠定了良好的基础。
2.2.2 运动控制部分。运动控制部分主要由步进电机、气动控制装置以及异步电机三部分组成。实际运行条件下，要求本系统的定位精度高，整体系统动作平稳，冲击力小。因为旋转特性不同，结合实际现场运行的需要，选择合适的电机是非常重要的。在轮对旋转中，由于对电机的要求较低，因此采用的是步进电机，最佳细分圈数为6400步/圈。在滑台极限位置两侧安装有光电开发，实现对运动极限位置的控制，保护与之相连的传感器。设计中旋转运动机构和横向运动机构对电机要求较高，因此我们使用了带有64位高性能RISC中央处理器的交流伺服电机，提高了机器的响应性。
2.2.3 数据自动采集处理部分。数据采集部分主要由激光传感器，电涡流传感器以及A/D采集卡三部分组成，这部分也是系统设计最重要的部分，其采集数据的准确度决定着系统的检测精度，是设计中的重点。其基本工作原理是激光传感器输出的电信号经由电涡流传感器的放大、滤波、抑躁处理后送入A/D采集卡进行模数转换。
设计中利用电涡流传感器对轮对的踏面进行高速的数据采集，计算机处理后可得踏面特征；对于车轮直径以及车轴中央直径等则采用激光传感器。为排除实际操作条件下的干扰，我们自行设计了一种A/D采集卡，带有32bit分辨率的A/D转换器以及模拟输入通道，保证最佳转换精度，最大限度地保证了数据的可靠性。
2.2.4 测控软件。本系统采用先进的VC++7.0进行软件的设计，采用先进的多线程编程技术，利用模块化设计方法，软件程序结构清晰，使用界面具有自动填入、人工修改编辑的功能，上手快，使用方便。数据库方面，我们采用的是ODBC法来访问Access数据库。
3 货车轮对自动检测技术展望
国内外的研究结果表明，现有的轮对自动检测技术基本上已经具备实际应用的条件，但是目前我国的检测系统大部分安装于列车通过速度较低的路段，并且受气候条件影响较小；而铁路重载货车具有速度高、环境恶劣等特点，还需对现有自动检测系统技术作进一步的深入研究，从而实现其广泛应用，消除安全隐患，杜绝由轮对故障导致的严重安全事故。
参考文献
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铁路车号自动识别系统 篇5
神华神东煤炭集团每年有2亿多吨商品煤通过快速定量装车系统装车计量后出售给全国各地用户。煤炭计量问题和超偏载问题一直是供需双方和运输方争执的焦点问题。目前的计量方式以货车单节标准载重吨位为结算依据, 每节车皮的实际装载量没有进行实时记录和传输。为了解决好这一矛盾, 神东公司与中南大学铁道学院和西安华光公司, 共同开发了“全自动货运列车车号识别与记重管理系统”。该系统通过自动识别列车车号, 结合快速装车站称重系统的信息, 实现列车车号与转载重量的全自动实时记录功能;并能通过软件对记录的数据进行本地和远程的分类、查询、打印等功能。该系统的使用能实现货运列车、车辆、集装箱的实时追踪管理, 提供准确、实时的基础数据信息平台;能实现装车货运站现在车的实时管理、车流的精确统计和实时调整等;也为顺利实施铁路资产经营责任制提供技术手段。是神华集团公司继数字矿山建设后, 提出的数字铁路建设的一项重要内容。
2 系统功能
2.1 主要技术指标
根据现场需求, 车号自动识别系统的主要功能如下:
(1) 电子标签采用微波反射调制技术实现远距离、无接触方式提取标签内存的数据信息。标签信息由专用标签编程器写入。含有唯一可识别序号, 机车标签的内容有机车型号、机车配属段、机车状态和列车车次等。工作寿命长 (可读写次数超过10万次) , 存贮器容量大于128bits。灵敏度高, 抗干扰性强;标签能在极限温度+85℃~+125℃和-50℃~-60℃的条件下, 储存3小时, 并保证标签数据的完整性;
(2) 地面识别系统。用于检测列车到来, 读取安装于车体底部的标签信息, 将获取的过车车号信息传送到装车站集中控制与处理系统 (CPS) ;
(3) 在进行标签数据读取的同时, 还通过开、关门磁钢对列车车轮信号进行采集, 完成计轴、计辆、测速, 并进行标签定位;
(4) CPS控制和处理系统。a.对地面自动识别设备AEI识别出来的机车、车辆电子标签信息进行处理;b.向上级应用系统转发数据;c.定时校正地面自动识别设备AEI上的时钟, 使得系统采集的信息准确;d.定时、轮检地面自动识别设备的工作状态, 并向上级监控系统报告。
(5) 设计完善关联数据库模块, 对所有测试过程数据进行监控和存储, 提供数据过程重放功能;提供测试内容和测试结果的查询和统计、数据库的维护和备份等功能。
2.2 成果形式
在神东锦界装车站开发安设计铁路货运列车全自动车号识别和记重管理系统装置一套。
3 硬件设计方案
自动车号识别与记重管理系统主要由几个部分构成 (见图1) 。
(1) 车辆/机车电子标签 (TAG)
安装在货车底部的中梁上和机车底部的开阔位置, 相当于每辆车的“电子身份证”;
(2) 地面识别系统 (AEI设备)
由地面天线、车轮传感器及读出设备主机、附加的通信装置 (如调制解调器+通信线路) 、机柜及防雷装置等组成。用于检测列车到来, 读取安装于车体底部的标签信息, 将获取的过车车号信息传送到车站集中控制与处理系统 (CPS) , 属于ATIS范围的, 最后通过通信网络上传到服务器中。
(3) 集中控制与处理系统 (CPS)
接收所辖的地面识别系统传来的过车信息和工作状态信息, 向地面识别系统发出控制命令, 将接收的过车信息和地面识别设备的工作状态信息加工处理后发送到服务器中。
3.1 AEI地面自动设备
地面自动识别设备又称AEI (automatic equipmentidentification) , 主要由磁钢 (又称车轮传感器) 、天线、阅读器、电源防雷装置、信号及通讯防雷装置等部分组成。其中车轮传感器、天线安装在铁道线路上, 阅读器等其它设备放置在设备机房里。AEI的主要功能是读取车辆/机车电子标签数据, 向车站CPS提供列车报文。
(1) 天线
电子标签天线主要用于接收电子标签的射频能量及信息, 并发射电子标签的相关信息, 它是电子标签和阅读器进行数据交换的桥梁:是整个RFID系统的源泉。在标签和阅读器间传递射频信号。
(2) 阅读器
通常, RFID系统的阅读器由图2所示的几部分组成:电源部分、微波信号源、高频信号处理部分 (包括放大、调制等) 、收发通道、中央处理器以及天线等组成。所有RFID系统的阅读器均可以简化为三大基本功能模块:由收发系统组成的高频接口、控制系统以及和外界其它设备通信用的各种标准接口, 如:RS232接口、RS485接口。
3.2 CPS控制和处理系统
由工控机、服务器、路由器、HUB、Modem等设备组成, 安装在车站计算机房内。CPS作为车号系统的重要组成部分之一, 它起着承上启下的作用。一方面, 它通过RS232串口或RS485串口, 接收从AEI传来的数据和消息报文, 检测AEI的工作状态。另一方面, 它又要把经过处理的信息传送到服务器。
3.3 称重仓信号采集处理系统
传统称重仓称重仪基本都属于由单片机控制的具备数据处理和管理能力的智能化设备, 基本工作原理如图3所示。
载荷作用于传感器, 传感器在供桥电源的激励下, 将载荷成比例的转换成电压信号。信号首先经过有源滤波电路滤掉高频干扰, 然后放大。在单片机软件的控制下, 把电信号转换成数字信号, 并对其显示和处理。
当机车到来并在轨道衡进行称量时, 数据采集设备读取数据并通过RS485口发送给工控机, 磅房操作人员通过计算机完成数据称量、车辆信息记录、数据统计和信息管理等功能。并将数据存储到数据库服务器内。
3.4 系统工作原理
全自动货物列车车号及记重管理系统详细的工作流程如下:
(1) 检测列车到来。当列车到来时, 首先经过距离天线约50米处的开机磁钢, 车轮压过开机磁钢产生脉冲信号, 通过电缆传送到读出主机, 该脉冲信号经地面设备处理形成系统复位信号, 使系统设备复位, 具体是将系统初始化, 设置定时器, 初始化变量和参数;启动RF射频装置, 通过天线发射微波信号;进入接车状态。
(2) 接收标签反射信号, 识别标签。当安装有标签的车辆或机车经过天线作用范围内时, 标签依据内存数据对微波信号进行反射调制, 天线接收到经标签调制的信息后, 传送给地面设备主机箱中的RF射频装置, RF射频装置对已调制的标签信号进行解调、放大等处理后送给Reader卡, 进行译码和数据处理, 最后形成16个字节 (128bits) 的标签数据放置到数据缓冲区, 从而完成对标签的识别。
(3) 计轴、计辆、测速, 标签定位。在进行标签数据读取的同时, 还通过开、关门磁钢对列车车轮信号进行采集, 完成计轴、计辆、测速, 并进行标签定位。
(4) 当最后一辆车的轮子压过关门磁钢后, 关闭RF。关闭RF射频装置停止发射微波信号。当整列车通过后, 根据车速快慢, 由系统软件控制延时一定时间后, 关闭RF射频装置, 停止发射微波信号。
(5) 形成过车报文并传至CPS计算机。系统对过车信息和标签信息进一步进行处理, 形成通过列车报文, 并恢复和CPS计算机的通信, 当CPS查询到该设备时, 阅读器将过车报文发送给CPS, 并等待CPS计算机的确认, 如CPS因某些原因未能正确接收到该报文, 就需要重新发送。
(6) 准备接下一趟列车。发送报文后, 又恢复到正常的通信应答状态, 等待下一列车的到来。
4 软件设计方案
系统软件由下位机读写器数据采集程序和上位机数据管理程序组成。系统主要功能是在车辆通过基站的瞬时启动读写器读取列车的电子识别标签, 并将数据传送给系统上位机进行存储和处理。设计的系统具有以下特点:
实时性, 使得读写器识别的数据能及时与上位机通信, 并在数据库中进行记录;
可靠性, 由于读写器不具备历史记录的保存功能, 所以要求应用程序能准确可靠地处理每次读写器传送来的数据;
通用性, 软件设计层次化和模块化, 层次清晰, 对其中的模块可灵活抽取替换, 便于系统功能扩展。
4.1 下位机软件方案
下位机读写器数据采集程序处理流程如图4所示。
如图所示, 下位机采用双线程处理模式, 两个线程独立工作互不影响, 因此对于数据处理能够有效及时进行处理。其中线程1为读取电子标签信息的处理程序, 读取的信息添加上传标志位后采用先入先出的模式存入数据缓冲区。采取数据缓冲区的优点在于如果采取立即发送的模式在上下位机通信失败的情况下会造成数据丢失, 这样有利于保证系统的可靠性。
4.2 上位机软件方案
上位机软件设计了自动和手动两种数据处理模式。在自动模式下, 当有新数据发送上来时, 程序自动完成数据解析、联合处理称重系统数据和报表生成。在手动模式下, 用户可以清晰地看到每次来车的数据。系统基于.NET平台开发, 具有使用方便, 图形界面友好, 数据处理功能完善的特点, 具有软件接口, 能与动态称重系统有机结合起来, 实现对过往车辆车次、各车厢载重以及总载重情况进行准确记录, 实现管理自动化、信息化。此外, 软件能够实现基于Internet的测试数据网络传输, 以方便对测试数据的管理。上位机软件的组成框图如图5所示。
软件主要完成接收下位机数据后解析数据包, 然后将数据进行显示、存储, 同时读取来自其他系统 (比如动态称重系统) 的数据, 并能将两部分数据进行联合处理。系统能实现对历史数据的分类查询和统计, 如过往车次、日期、车辆所属单位等信息;系统能根据需求实现报表打印功能, 方便存档管理。此外, 系统还提供数据备份和网络传输功能。
5 神东锦界装车站车号识别与自动数据记录系统的实现
基于上述研发设计, 神东公司于2010年元月, 以锦界装车站自动化系统为试点, 实施了自动化装车系统的数据记录与查询、列车车号扫描系统数据的互联与记录查询、上述数据的报表生成与打印功能。并且, 就当时通过模拟量信号采集装车定量仓载重量信号存在误差的情况提出改进的要求。车号识别系统采用武汉利德测控技术公司的成熟产品。
5.1 具体功能实现:
5.1.1 装车系统数据记录:
(1) 在每次装车结束后, 将该次装车过程中每节车皮的货量、装车起始/结束时间、车次、装车总节数等自动装车数据记录下来;
(2) 记录文件应方便转移, 方便打开, 易于各单位间互相比对、参考。
5.1.2 与列车车号扫描系统互联, 实现信息上传至装车监控画面:
自动化装车系统与列车号扫描系统, 将每次装车过程中每节车皮车号记录入装车系统中;
5.1.3 实现装车数据与列车号扫描系统的数据记录存储、查询功能 (见图6) :
5.2 锦界装车站自动数据记录系统方案实现需解决的问题:
(1) 考虑神东公司生产管理系统升级, MES系统的扩建, 在硬件上使用服务器来完成数据的记录、查询、打印功能;
(2) 由于锦界装车站控制塔楼暂时没有接入公司信息网, 所以将服务器暂时放在装车塔楼内, 且服务器配置一个与控制PLC通讯、采集信息用的控制网卡;
(3) 因锦界装车站信息是从锦界矿网关转接入公司信息网, 在锦界矿网关通讯量已饱和的情况下, 无法再增加额外的通讯量, 所以需要给网关添加新通讯模块1756-CNBR;
(4) 软件考虑到存储文件的易转移、易公开、易使用性, 以及低成本考虑, 本方案使用Microsoft Office Excle作为数据存储报表的最终载体, 编程使用Microsoft Visual Basic, 与PLC通讯软件, 配置了一套Rockwell RSLinx软件;
(5) 关于每节车皮装载量记录功能, 在正常装车时可以通过定量仓称重传感器准确记录货量, 但是如果在装车过程中有补煤、掐煤操作, 由于出现缓冲仓和定量仓同时放煤的情况, 会导致该节车皮装车货量记录出现较大的误差, 所以在报表支持数据修改功能, 允许装车员对因补煤、掐煤操作造成数据偏差的记录进行修改;
(6) 与列车车号扫描系统互联, 实现信息上传至装车监控画面;
(7) 列车车号识别系统由武汉利德公司实施。利德公司提供的自动化接口是, 在每列列车车皮信息采集之后, 以Windows文本文件形式存入华光公司数据报表服务器内的硬盘共享区内, 每列车生成一个新文件, 每个文件内每节车皮信息占用一条记录, 各车皮信息准确、无误、无重复的与现实车皮相对应。华光公司在利德公司车皮信息文本文件形成之后, 将该文件读入, 并与华光记录的自动化合并;
(8) 每列车信息若出现一列车分截成若干段情况, 利德公司将每段车皮按一列车信息进行存储, 华光公司装车数据记录系统按操作员设定的每段列车车皮数量, 将每段车分为单独列车, 一一处理;
(9) 因采集的定量仓载重量由称重二次仪表以模拟量方式给出, 由于4~20m A模拟量传输方式所表示的称重仓重量与称重仪表显示的数量有误差。要将装车车皮载重精确记录下来, 则自动化系统需要靠通讯方式将称重二次仪表称重值读取出来。本方案在PLC机架与称重二次仪表增加Remote IO通讯板卡, 实现称重数据的传递 (见图7) 。
6 结论
车号识别系统和数据记录系统在神东锦界装车站的成功实现, 很好地解决了煤炭供需双方和铁路运输方在商务结算和安全运输方面存在的分歧和矛盾, 进一步提高了快速装车和铁路运输的信息化、自动化水平, 为神华集团数字矿山和数字铁路的建设添上了浓墨重彩的一笔, 很值得在全行业进行推广。
摘要：车号自动识别系统可实时准确地识别铁路机车车号、车辆车号、集装箱编码及相关信息等。车号自动识别系统能向MIS系统提供机车、车辆、集装箱的实时信息, 以及列车进入或驶出编组站的车辆编组信息, 作为MIS系统的基础信息源, 它对提高铁路机车、车辆、集装箱的利用率以及运输管理现代化水平有着极其重要的作用。介绍了神华集团神东矿区锦界快速装车站货运列车车号识别与自动称重数据记录系统的设计方案和应用成果。