張偉華

北京交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院 北京 100096

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張偉華

北京交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院 北京 100096

文章首先對計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測功能進(jìn)行了需求分析，然后闡述了具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件配置、接口設(shè)計(jì)、通信協(xié)議以及查詢功能的設(shè)計(jì)等。最后對該監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際使用效果進(jìn)行了總結(jié)。該系統(tǒng)適時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以滿足維護(hù)人員對預(yù)防性維護(hù)的需求，及時(shí)準(zhǔn)確反映設(shè)備狀態(tài)，減輕維護(hù)人員負(fù)擔(dān)、減少人為疏忽。同時(shí)，可以用于日常設(shè)備維護(hù)模擬教學(xué)，查找設(shè)備故障原因，定位故障位置，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

軌道交通；計(jì)軸設(shè)備；監(jiān)測系統(tǒng)；接口設(shè)計(jì)；模擬教學(xué)

Azlm計(jì)軸系統(tǒng)由室內(nèi)計(jì)軸評估器和室外軌旁計(jì)軸點(diǎn)組成。室外軌旁設(shè)備對經(jīng)過計(jì)軸點(diǎn)的列車輪對進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過計(jì)軸專用電纜發(fā)送給室內(nèi)計(jì)軸評估器。評估器計(jì)算與計(jì)軸點(diǎn)相關(guān)的軌道區(qū)段的占用出清情況，并通過繼電器接口將區(qū)段信息提供給信號連鎖系統(tǒng)。計(jì)軸系統(tǒng)的組成如圖1所示。

室外計(jì)軸點(diǎn)軌道磁頭由兩個(gè)位置偏移的線圈裝置組成，共同安裝在一根鋼軌上。鋼軌外側(cè)是兩個(gè)發(fā)送線圈，鋼軌內(nèi)側(cè)是兩個(gè)接收線圈，在27 kHz～30 kHz附近產(chǎn)生兩種不同頻率的信號，在鋼軌附近形成電磁場。列車輪軸經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)間偏移的感應(yīng)電壓，電子單元利用這兩個(gè)電壓就可以確定輪對經(jīng)過的軸數(shù)以及列車行駛的方向。

圖1 計(jì)軸系統(tǒng)的組成

室外電子單元（EAK）為發(fā)送磁頭提供電磁場信號源，檢測計(jì)算輪對脈沖，監(jiān)督磁頭狀態(tài)，完成設(shè)備自檢并向室內(nèi)計(jì)軸評估器發(fā)送計(jì)數(shù)和監(jiān)督信息的報(bào)文。

室內(nèi)計(jì)軸評估器（ACE）通過室外電子單元發(fā)回的報(bào)文，計(jì)算與計(jì)軸點(diǎn)相關(guān)的軌道區(qū)段是否占用或出清，最后將區(qū)段狀態(tài)發(fā)送給繼電器接口。

1 計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求分析

在計(jì)軸項(xiàng)目實(shí)際使用中，地鐵公司要求在遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)或者是信號系統(tǒng)維修機(jī)中收到計(jì)軸設(shè)備運(yùn)行的適時(shí)狀態(tài)，還要有故障報(bào)警信息、故障狀態(tài)信息等，以便維護(hù)。因?yàn)榘鏅?quán)關(guān)系沒有獲得計(jì)軸系統(tǒng)軟件代碼，不能通過修改原計(jì)軸系統(tǒng)代碼實(shí)現(xiàn)自定義發(fā)送內(nèi)容、定制發(fā)送協(xié)議，所以只能通過接口開發(fā)新的軟件，按照這個(gè)要求在開發(fā)設(shè)計(jì)本地計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)中我們要解決以下幾個(gè)問題：

首先需要獲得計(jì)軸設(shè)備的接口和協(xié)議，通過開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)從計(jì)軸評估器ACE中獲得計(jì)軸狀態(tài)信息。

處理從計(jì)軸評估器發(fā)送來的信息，按照客戶提供的接口和通信協(xié)議進(jìn)行封裝后向遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送。

本地計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置定制，接口參數(shù)定義功能。

本地計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)存儲和查詢功能。

2 計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)圖

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是按照一定的周期通過RS232串口線發(fā)送請求語句給計(jì)軸評估器，計(jì)軸評估器的CPU按照請求語句的類型回復(fù)一個(gè)設(shè)備查詢信息給監(jiān)測系統(tǒng)。之后監(jiān)測系統(tǒng)再把收到的設(shè)備信息整理打包后通過RS485串口發(fā)送給業(yè)主遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，同時(shí)本地監(jiān)測系統(tǒng)也可以接收來自遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送來的時(shí)間同步信息，使時(shí)間保持一致。一臺計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)可以通過兩條RS232串口線監(jiān)測2臺計(jì)軸評估器主機(jī)，通過2條RS485串口線連接2臺遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)硬件配置

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)軟件是使用微軟VC++6.0開發(fā)的，運(yùn)行平臺可選用一般配置常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要配置如下：

操作系統(tǒng)：Windows XP（SP3）

CPU：奔騰III以上處理器

內(nèi)存：128MB以上

硬盤：50G以上

包含鍵盤、顯示器和鼠標(biāo)

串口：2個(gè)RS232串口，2個(gè)RS485串口

異型串口線：計(jì)軸系統(tǒng)專用串口線（RS232標(biāo)準(zhǔn)）

圖2 計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

2.3.1 用戶接口

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)軟件的查詢功能需要給用戶提供人機(jī)界面操作。用戶在任何時(shí)間都可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查看，查詢項(xiàng)目包括：日期、檢測點(diǎn)、區(qū)段等。用戶可對查詢條件進(jìn)行自由選擇和組合。用戶也可以在軟件界面進(jìn)行串口選擇，在不同的計(jì)軸評估器主機(jī)之間的進(jìn)行切換選擇。

2.3.2 外部接口

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)與計(jì)軸評估器主機(jī)之間通過RS232串口雙向通信。

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)之間通過RS485串口雙向通信。

2.3.3 通信接口協(xié)議的含義

按照德國提供的協(xié)議，監(jiān)測系統(tǒng)通過RS232發(fā)送的請求語句含義為：

表示區(qū)段：字母A+回車符；

表示計(jì)軸點(diǎn)：字母B+回車符；

表示并口板：字母C+回車符；

表示串口板：字母D+回車符。

還有其他的一些內(nèi)部狀態(tài)診斷信息，在這里我們不使用。

計(jì)軸評估器回復(fù)給監(jiān)測系統(tǒng)的查詢信息包括：

各計(jì)軸檢測點(diǎn)工作狀態(tài)的正常/故障表示；

各計(jì)軸檢測點(diǎn)的磁頭告警信息；

各串口板工作狀態(tài)的正常/故障表示；

各軌道區(qū)段工作狀態(tài)的正常/故障表示；

各軌道區(qū)段的占用/空閑表示；

各軌道區(qū)段收到預(yù)復(fù)零操作的表示；

各并口板工作狀態(tài)的正常/故障表示。

與遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)通信的協(xié)議依據(jù)雙方協(xié)商而定。

本地監(jiān)測系統(tǒng)每2秒向遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送2幀數(shù)據(jù)，第一幀為檢測點(diǎn)及串口板狀態(tài)信息，第二幀為區(qū)段及并口板狀態(tài)信息。狀態(tài)值：0表示正常狀態(tài)，1表示故障狀態(tài)。遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)每小時(shí)發(fā)送一幀時(shí)間數(shù)據(jù)給本地監(jiān)測系統(tǒng)來同步校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間。

2.4 數(shù)據(jù)配置兼容性文件設(shè)計(jì)

不同的站場聯(lián)鎖區(qū)其計(jì)軸點(diǎn)和區(qū)段的名稱和數(shù)量是不一樣的，在計(jì)軸評估器里的物理地址配置也不一樣，所以為了增加監(jiān)測系統(tǒng)對不同站場的適應(yīng)性，選擇了以.ini為后綴的數(shù)據(jù)配置文件幫助軟件定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)軟件配置的靈活性。

對于串口的參數(shù)：串口號、波特率、奇偶校驗(yàn)位等也可以通過配置文件進(jìn)行設(shè)置。

2.5 程序設(shè)計(jì)

2.5.1 運(yùn)行邏輯

因?yàn)橐瑫r(shí)監(jiān)測2臺或以上（依據(jù)串口數(shù)量）計(jì)軸評估器主機(jī)，并且期望擁有主機(jī)信息顯示界面以及不同主機(jī)之間的界面切換，所以軟件邏輯上設(shè)計(jì)成一個(gè)多線程程序，對每臺主機(jī)定義了類并進(jìn)行了類的封裝，同時(shí)每個(gè)類將開啟五個(gè)線程，分別是：

監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送請求語句線程；

監(jiān)測系統(tǒng)接收查詢信息線程；

給遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送計(jì)軸信息線程；

接收遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)間同步線程；

界面顯示和通信中斷判斷線程；

多線程能夠滿足實(shí)時(shí)性要求，對串口通信響應(yīng)及時(shí)，界面切換和運(yùn)行都很流暢。

2.5.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

該軟件的數(shù)據(jù)是按面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的對話框類。其中全局、靜態(tài)變量區(qū)主要儲存固定參數(shù)和固定配置，方便所有線程和函數(shù)能夠隨時(shí)調(diào)用，如：配置文件名稱、監(jiān)測周期、數(shù)據(jù)庫密碼等。

2.6 歷史查詢功能

監(jiān)測系統(tǒng)接收到的查詢信息保存在本地硬盤數(shù)據(jù)庫。每天生成兩個(gè)表，分別保存當(dāng)天發(fā)生的區(qū)段相關(guān)信息和檢測點(diǎn)相關(guān)信息。

在需要查看歷史狀態(tài)時(shí)，還可以通過界面按鈕選擇。查詢項(xiàng)目包括：計(jì)軸評估器主機(jī)、日期、檢測點(diǎn)、區(qū)段等，用戶可對查詢條件進(jìn)行自由選擇。

如果切換到模擬教學(xué)模塊，該模塊可以實(shí)現(xiàn)故障模擬和故障再現(xiàn)，為維護(hù)人員的教學(xué)提供人機(jī)界面和設(shè)置界面，進(jìn)而模擬現(xiàn)場故障。

3 結(jié)束語

計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)自生產(chǎn)以來，已經(jīng)應(yīng)用于北京地鐵、天津地鐵和鄭州地鐵等線路，達(dá)到了客戶對計(jì)軸設(shè)備監(jiān)測和維護(hù)要求的期望。而該系統(tǒng)可以按照不同站場圖配置參數(shù)的特點(diǎn)又增加了產(chǎn)品的適應(yīng)性和靈活性，一般情況下都可以通用，不需要為了適應(yīng)新的項(xiàng)目而進(jìn)行大量的軟件的修改。

在日常設(shè)備維護(hù)中，維修人員可以通過模擬教學(xué)，掌握該軟件查找故障位置的方法，進(jìn)而為準(zhǔn)確處理故障提供判斷依據(jù)，總結(jié)故障現(xiàn)象并積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也可以通過實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，提出改進(jìn)的目標(biāo)，為研發(fā)人員進(jìn)一步提高設(shè)備的可用性、可靠性、提供良好的人機(jī)界面和現(xiàn)場支持。

［1］范婷.計(jì)軸繪圖及監(jiān)測的仿真研究［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014（9）：15-17.

［2］王金魁.計(jì)軸系統(tǒng)工作原理及常見故障處理［J］.電子世界，2014（2）：70.

［3］楊林生.計(jì)軸在地鐵行業(yè)中的應(yīng)用［J］.技術(shù)與市場，2013（3）：18，20.

［4］Jon Bates，Tim Tompkins.實(shí)用Visual C++ 6.0［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

Design and Application of Axle Counting Equipment Monitoring System

Zhang Weihua
Beijing Vocational College of Transportation， Beijing， 100096， China

This article frst makes an requirement analysis of functions of the axle counting equipment monitoring system， and then describes the specifc structure design， hardware and software confguration， interface design， communication protocols and query functions. Finally，the application effects of the monitoring system are summarized. The data collected by the system， showing the real-time status of all devices，can meet the preventative maintenance requirements by maintenance personnel. Also the system can be used for routine teachingsimulation，such as fault diagnosis and positioning.

rail transportation； axle counting equipment； monitoring systems； interface design； teaching simulation

2015-06-26

張偉華，碩士，工程師。

本文是“北京市職業(yè)院校專業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃資助項(xiàng)目”的階段性研究成果。