白建軍

【摘要】本文針對TFDS設備在實際運用中因不能很好地適應大秦鐵路重載、高密度的運輸組織要求，出現(xiàn)丟列、丟輛、無圖、竄圖等問題，進行深入分析，找出其產(chǎn)生原因并給出了解決措施。

【關鍵詞】TFDS；問題；措施

引言

貨車故障軌旁圖像檢測系統(tǒng)（TFDS）設備是車輛運行安全監(jiān)控系統(tǒng)設備（5T設備）的重要組成部分之一。2003年11月該系統(tǒng)率先在大秦鐵路茶塢列檢所投入運用，多年來發(fā)現(xiàn)了大量典型故障，有力地保障了列車運行安全。同時，由于湖東TFDS探測站所處地理位置的特殊性，設備在實際運用中也暴露出了諸多問題。

1、TFDS設備簡介

TFDS設備利用軌旁攝像機對運行中列車的輪對、軸承、轉(zhuǎn)向架、制動裝置、車鉤緩沖裝置等關鍵部位進行圖像采集，經(jīng)計算機處理后，實時上傳至列檢服務器。在作業(yè)終端，由作業(yè)人員對圖像做出職業(yè)判斷，確認車輛質(zhì)量，從而達到動態(tài)檢查車輛的目的。TFDS設備還具有采集車號、判斷車型、計算列車速度、記錄通過時間、編組輛數(shù)等功能。

圖1 室外設備分布示意圖

2、存在的主要問題及原因分析

以湖東重Ⅰ線TFDS設備為例，2008年10月升級為統(tǒng)型設備，2009年10月完成了設備的抗陽光干擾改造，2013年4月進行了更新改造，設備的穩(wěn)定性有了很大提高。但在實際應用中由于設備自身設計存在的問題，經(jīng)常受到列車運行速度、到發(fā)密度等因素影響，使TFDS設備不能充分發(fā)揮安全保障作用。

2.1 列車停車對探測的影響

湖東編組站位于大秦鐵路的西端，是大秦線的入口，北同蒲線、韓原線、大準線以及云崗、口泉支線等所有列車全部進入湖東編組站，由于要進行2萬噸組合、更換機車及列檢等技術作業(yè)，會有一定數(shù)量的列車在信號機前方停車。由于列車多為長大編組，致使部分車輛不能全部通過探測站，而停在TFDS設備的探測區(qū)內(nèi)。

設備軟件系統(tǒng)在軸間距處理時設最大值為25.5米，即設備主機通過判斷磁鋼信號的時間間隔是否大于時間t=25.5/v來判斷列車是否通過。若時間大于t值，則說明2個車輪間的距離大于25.5米，判定列車已通過。若時間小于t值時，說明車輪與車輪之間的距離小于25.5米，表明列車沒有全部通過。當列車在探測區(qū)停車，其停車時間大于系統(tǒng)設定值t，則判定列車通過，本次接車完畢，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)；當列車起動時，系統(tǒng)再次進入接車狀態(tài)，首先進行機車判別、客貨車判別、車輛匹配等工作爾后進行定位拍攝，在這個過程中就會出現(xiàn)分列、丟輛、無圖、竄圖等現(xiàn)象。

2.2 列車低速對探測的影響（車速小于5km/h的情況）

在TFDS設備中，磁鋼作為車輪傳感器，具有啟動接車程序、判斷車型、測量車速、測量軸距以及判斷列車是否通過等重要作用。當車輪的輪緣通過磁鋼頂部時產(chǎn)生感應電動勢，磁鋼輸出類似正弦波電壓信號，送入前置控制箱，完成波形的整形、計軸、測速、計輛、控制等工作。由于列車低速通過時，產(chǎn)生的感應電動勢較弱，輸出信號幅值低，前置控制箱內(nèi)的常規(guī)磁鋼板無法提取有效的車輪信號，因而系統(tǒng)無法正確判別及運行，造成TFDS探測系統(tǒng)丟輛、竄圖等故障的發(fā)生；在極低速情況下，全列沒有有效信號甚至造成丟列。

2.3 列車調(diào)速對探測的影響

列車調(diào)速是指當列車通過TFDS探測區(qū)時，突然加速或減速。TFDS設備中的3#、4#磁鋼最重要的作用是控制系統(tǒng)攝像機的定位拍攝以及車號信息的采集。當列車在探測區(qū)間調(diào)速時，其速度、加速度值均為變值，但此時系統(tǒng)仍然以恒定車速或恒定加速度計算車輛的軸距。因此，計算出來的車輛軸距有較大誤差，使得系統(tǒng)匹配車輛失敗，無法準確定位，導致丟輛、竄圖以及車號與現(xiàn)車不符等現(xiàn)象。

3、解決措施

3.1 解決列車停車造成設備故障采取的措施

設備主機通過判斷磁鋼信號的時間間隔是否大于時間t=25.5/v來判斷列車是否通過。該判定條件簡單實用并且可靠，但也有例外情況，即列車在探測區(qū)上方停車。當列車停車后，由于時間間隔大于t值，設備判定列車通過。列車再次起動，又作為下一列車進行探測。因此，可通過增加判定條件來解決該問題，即在上述判定條件的基礎上，增加1#、2#磁鋼探測通過車軸數(shù)量與3#、4#磁鋼探測通過車軸數(shù)量的對比來判定列車是否全部通過。即當列車全部通過時，4個磁鋼探測的車軸數(shù)量必然相等，從而判定列車全部通過，設備進入等待接車狀態(tài)。當列車在探測區(qū)上方停車時，由于1#、2#磁鋼與3#、4#磁鋼相距一般不少于80米，車軸數(shù)量必然不相等，從而判斷列車未全部通過，設備仍然處于接車狀態(tài)，以便列車再次啟動時，能夠及時接車。

由于列車停車、再起動的過程是一個減速、停車、加速再起動的過程，上述方案只能解決分列問題，無法解決丟輛、無圖、竄圖等問題。

3.2 解決列車低速造成設備故障采取的措施

3.2.1 磁鋼工作原理

磁鋼主要是由位于頂部的單極性永磁磁芯、磁芯兩側(cè)的感應線圈以及鐵芯等構(gòu)成，其工作原理是電磁感應定律，感應電動勢eL=-n·dφ/dt， 其中n為線圈匝數(shù)，dφ/dt為磁通量變化率。當車輪輪緣從磁鋼上方通過時，磁通量發(fā)生變化，線圈上產(chǎn)生感應電動勢。車速越快，感應電動勢越大。

3.2.2 干擾信號分析

理論上講，只要列車通過探測站，磁鋼就能接收到信號，系統(tǒng)就能正常工作，然而復雜的電氣化環(huán)境存在著諸多干擾。

（1）接觸網(wǎng)電壓及鋼軌牽引電流的電磁干擾

電氣化區(qū)段，牽引供電回路是由牽引變電所—饋電線—接觸網(wǎng)—電力機車—鋼軌—回流聯(lián)接—牽引變電所接地網(wǎng)組成的閉合回路，也就是說其中一條鋼軌存在牽引電流。即便磁鋼沒有安裝在供電回路的鋼軌上，但是因為有電流就會有磁場，磁鋼電壓信號依然會被干擾。

（2）雷電對磁鋼造成的干擾

雷雨天氣，雷電會產(chǎn)生強大的交變磁場，對磁鋼產(chǎn)生較強的干擾信號，甚至通過地線竄入損壞磁鋼。

3.2.3 解決措施

綜合以上分析，可以看出，列車低速下要想設備正常工作必須具備兩個條件，一是提取有效信號，二是濾除干擾信號。

第一，更換有抗干擾功能的磁鋼，減少外界干擾。舊有磁鋼依靠調(diào)整磁鋼板輸入電阻和門限電阻的方法進行抗干擾處理，在降低干擾信號的同時也減弱了有效信號，效果不盡如人意。新型磁鋼內(nèi)部增加了抗干擾線圈、抗干擾電容，能較好地濾除干擾信號而不影響有效信號。

第二，使用車輪傳感器智能處理裝置。TFDS設備在低速情況下不能正常工作的原因是前置控制箱內(nèi)的常規(guī)磁鋼板不能適應低速列車的信號處理需求。車輪傳感器智能處理裝置能夠為TFDS設備提供準確可靠并且有效的數(shù)字車輪信號，實現(xiàn)物理接口與軟件接口的統(tǒng)一，其工作原理是通過綜合信號處理技術動態(tài)評估各種現(xiàn)場工作環(huán)境，完成對接收磁鋼信號的智能調(diào)理，能準確可靠地將車輪傳感器輸出的每一個車輪信號處理為標準TTL電平脈沖，無論車速高低，通過車輪傳感器智能處理裝置的調(diào)理后均輸出+5V的方波信號。

圖2 車輪傳感器智能處理裝置的輸入輸出信號

相比高車速情況，低車速下車輪壓過磁鋼所產(chǎn)生的感應電動勢較低，此時不易區(qū)分干擾信號和車輪信號。使用抗干擾磁鋼能有效濾除強干擾信號，只上傳車輪信號，由車輪傳感器智能處理裝置處理后提供給設備主機。

3.2.4 取得的效果

抗干擾磁鋼與車輪傳感器智能處理裝置配套使用，較好地解決了由于車速低造成的丟輛、竄圖等問題。

3.3 列車調(diào)速造成設備故障的解決方案

列車在探測區(qū)調(diào)速，整個過程存在突然減速、再加速等情況，可能還伴有低速甚至停車，情況較為復雜。該過程中的低速、停車兩種情況，如上3.1及3.2所述使用抗干擾磁鋼及車輪傳感器智能處理裝置能較好地予以解決。對于車速突然變化且幅度很大的情況，造成丟輛、竄圖、車號不匹配等問題雖有所改善，但始終未能根本解決。我們可以在軟件上進行攻關，比如進行一些算法上的修正，使得在列車調(diào)速期間能夠根據(jù)四個磁鋼的不同時序綜合判斷即時速度，從而提高系統(tǒng)計軸及定位的準確性，以期準確拍攝。

4、結(jié)束語

由于大秦鐵路運輸組織的特殊性，設備在實際運用中暴露出了諸多與大秦線重載、大編組等特點不相適應的問題，我們立足實際，與設備廠家技術人員積極組織攻關，問題逐步得到解決。對于車速突然變化造成丟輛、竄圖、車號不匹配等未能根本解決的問題，將是我們今后努力的方向。

參考文獻

[1]劉瑞揚，王毓民編著.《鐵路貨車運行故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)（TFDS）原理及應用》.中國鐵道出版社，2005

[2]《車輛運行安全監(jiān)控系統(tǒng)設備檢修維護管理規(guī)程》，中國鐵路總公司，鐵總運[2015]301號文件，2015