铁路客车上水监控系统.doc

铁路客车上水监控系统引言客车上水是列车运行中不可或缺的环节，在我们一直沿用的人工作业方式中，存在着很多的不足：一是浪费水资源严重。二是劳动效率低，三是无统计数据。传统的上水方式严重地影响着列车的行车速度，同时也影响着上水的质量。随着铁路的深化改革和计算机、控制、网络、通信技术的发展，为适应铁路提速的要求，我们在经过充分的论证和实验的基础上，以某火车站为原型，设计出了旅客列车上水系统，该系统集自动上水，信息显示和动态管漏检测于一体，综合运用智能、网络、控制、图象检测等技术，使系统具有高可靠性和智能自动化等特点。1 系统的总体方案设计本系统分为五个部分：主控中心，本地无线遥控，数据采集和控制，列车到发信息监控，远程通信。11 主控中心主控中心是系统的核心，主要由工控平板电脑、控制台面（触摸屏）组成，信息的处理主要在这里进行。12 本地无线遥控本地无线遥控用于上水工作人员通过手持设备对上水栓的开关进行遥控，包括对讲机、天线、无线电台等设备。用户使用对讲机向无线电台发送经过编码的DTMF信号，无线电台接收信号后通过解调成数字信号传给主控中心，主控中心对接收到的信息解码后直接向控制箱发出控制命令。之所以采用无线局域网的方式进行遥控，这是因为与其他方式通信相比，有以下的优点：采用这种方式它可以彻底摆脱网线电缆，不再需要事先布线就可以直接通信；通信协议简单，易于实现；不需要为占用信道而付费；一般无线通信对信道的占用是要得到无线电管委会的批准，短距离无线通信技术使用了ISM信道，满足无线管制要求，无需使用许可证。13 数据采集和控制数据采集和控制通过现场的控制箱进行，每个股道各有一个控制箱，每个股道管网压力和流量的检测就是通过控制箱上传到主控中心，同时能将主控中心的发送下来的开关命令对相应的阀进行开关操作。各控制箱与主控中心采用CAN（Controller Area Network）总线的方式连接，CAN总线可广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以解决控制与测试之间的可靠和实时数据交换，它有以下的优点：它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议。CAN协议最大的特点是废除了传统的站地址编码，代之以对数据通信数据块进行编码，可以多主方式工作；CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突；CAN采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个（CAN技术规范2.0A），数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；CAN的每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性,适于在高干扰环境中使用；CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据；CAN总线直接通讯距离最远可达10km/5Kbps，通讯速率最高可达1Mbps/40m； 采用不归零码（NRZ-Non-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术；简化了布线，节约了成本。14 列车到发信息监控列车到发检测包括列车广播信息接收部分和摄像识别部分。列车广播信息接收是通过从广播室到发系统数据库中直接读取列车时刻表，提取实时信息，然后发送到上位机。摄像识别是在站台天桥上安装摄像头，对车站轨道实时监视，由上位机对现场图像扫描分析，识别有无列车进出站。以上两种方式互为补充，能够对列车到发的实时信息进行可靠的监测。15 远程通信为实现调度远程监控功能，系统利用铁路电话网，将上水监控中心的上位机与远端的调度室计算机连接起来，上水监控中心的运行数据和状态信息实时传递到调度室远端机，进而实现调度远程监测和控制。作为一个应用系统，系统应具有良好的开放性，可扩展性和较高的智能化程度，以适应各火车站不同条件。我们将上水控制为系统的核心，其他的信息作为外围接口以提供易于信息的接入。火车站相对于一般的施工场地有点特殊，布线和硬件施工难度大，在总体布局设计时我们采用了分总结合的方式，将底层控制各个开关控制箱放在现场（与上水栓在一起），将每个控制箱的信息集中在监控室。这样既有利于信息的集中又降低施工难度，同时降低了故障的影响范围。由于上水工对计算机接触较少，采用模拟现场的组态图方式进行，形象又生动。基于以上的分析，笔者以某火车站为例设计了列车上水系统，总体方案如图1所示。该火车站的有九个股道，每个股道一个控制箱，采用CAN控制总线方式来实现数据采集和开关的控制；列车到发信息通过火车站已有的到发系统提供的信息和图象检测系统来实现；开关的控制方式：通过对讲机与电台及中央控制计算机组成短距离无线通信网，对开关进行控制； 信号采集部分（压力、上水量等模拟量）经过信号隔离，统一转换为标准的输入信号送入控制箱。(图略)2 软件结构主控中心软件结构主要有四个部分：管理软件、无线遥控数据收发软件、摄像分析识别软件、列车到发信息发送软件。其中主控中心管理软件是通过CAN总线与下位机控制箱连接，通过RS485与位于广播室的列车到发信息发送软件通信。无线遥控数据收发软件和摄像分析识别软件也都运行于上位机，通过进程间通信与管理软件交流数据。21 管理软件上位机管理软件所实现的功能包括接收各个控制箱的采集信息，在用户界面上显示控制系统状态。接收用户无线遥控信息或手工输入，通过向各个控制箱发送命令从而控制电动阀（或电磁阀）开关。接收广播到发信息和摄像识别信息，分析判断列车出入站信息，从而自动控制排干管两端电动阀的开关。根据对上水栓接近开关的检测，以及事先设定的操作流程，实现电磁阀自动开阀，通过对从各个控制箱获取的各种信息的综合分析，判断系统中是否存在漏水、无法开阀等故障，实现智能保护功能。对上水工作人员的交接班、操作进行记录，规范管理。对每列车的上水量，每道的上水量进行记录统计，从而生成详细的日、月、季、年报。将现场信息转发给远程监控的上位机。管理机软件采用Delphi设计编写，运行于Windows平台上。考虑到系统的扩展性，软件设计采用了分层设计思想，分为通信接口层，核心管理层、信息表示层。通信接口层处理与外界的各种交互，对上层屏蔽底层的各种通信介质和通信协议；核心管理层从通信接口层获取信息，根据业务逻辑进行分析，产生控制；信息表示层将管理层处理后的信息展示给用户，或存储到数据库中。(图略)22 无线遥控数据收发软件无线遥控数据收发软件通过串行口从无线电台获取用户发送的命令编码，然后转换成标准的命令串发送给管理软件。(图略)23 摄像分析识别软件摄像分析识别软件在使用之前要建立列车的视频模型，并从可视区域中划分出识别区域（即图像中轨道部分），然后在运行中对识别区域连续扫描。当识别出与列车模型的特征相近时，认为有列车进站；当识别区域的列车特征逐渐消失，认为列车出站。当发生以上变化后，摄像分析识别软件向管理软件发送通知。24 列车到发信息发送软件列车到发信息发送软件运行于车站广播室的一台计算机上，它从数据库服务器上的列车时刻表上查询当时各个轨道的列车到发记录，然后通过RS485发送给上位机管理软件。