利用TCDS對軸溫報警進行實時監控的實現與改進

延九磊,周忠良,王旭如,張瑞芳

(中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所,北京100081)

軸溫集報系統在我國鐵路客車上被廣泛使用,在防范車輛的熱軸、切軸事故,保障列車的運行安全方面發揮著重要作用。該系統包括車廂軸報器和列車集報器,它們通過FSK網絡連接在一起,集報器在列車運行途中記錄數據,列車到站后通過IC卡下載本次運行數據,然后再通過地面的軸溫分析軟件查看數據。這種方式需要隨車乘務員定時巡視查看車輛各軸的溫度和報警情況,且地面不能實時獲得軸溫數據。

2005年后大部分鐵路客車安裝了TCDS(客車運行安全監控系統),將軸溫集報系統的數據通過GPRS方式無線傳輸至車輛的運用單位,實現遠程監控。

TCDS是5T安全監控系統之一,對鐵路客車的安全監測數據進行實時傳輸和遠程監控。利用TCDS傳輸軸溫報警數據就是其中的一項主要內容。TCDS車載主機采用與列車集報器相同的方式連接到車載網絡接收列車的軸溫數據,然后通過GPRS把軸溫數據實時傳輸至TCDS地面服務器,用戶實時查看數據,監控車輛的運行狀態。

1 問題提出

TCDS自裝車運用以來,在使用過程中發現存在如下問題:

(1)車廂軸報器的車號偶發性跳變,容易引起編組錯誤;

(2)編組采用最大集合法,不能及時反映車輛變化情況;

(3)車廂軸報器在使用過程中存在大量的開路、短路和數據紋波,干擾正常的超溫診斷。

2 編組改進

由于車廂軸報器偶發性產生一些錯誤車號,對遠程監控產生了干擾,這時如采用最大集合法形成編組,就會出現如圖1的錯誤。

圖中1、2、3號車在運行中都出現了偶發干擾,導致遠程監控界面中出現了重復的車號。下面從軸報器的數據格式入手,進行編組改進。

軸報器提供的數據只有一種,其格式的主要內容包括:車號、車序號、軸溫數據和報警碼。

由于監控的需要,TCDS車載主機需要向地面系統提供當前車輛的編組信息,即哪些車號編掛在此列車上,并且相應的序號是多少。根據上述格式,車載軟件需要進行編組的轉換工作。

首先定義轉換后的編組格式為編組輛數、車號數組、序號數組和狀態數組。

圖1 最大集合法編組使軸報器產生的錯誤

根據上述兩種格式來討論編組形成的算法,假設列車為18輛編組,在使用中會發生如下情況:

(1)第N車欠編(N為車序號);

(2)第N車和其后的車輛甩掛;

(3)第N車通信時斷時續;

(4)第N車數據為偶發的異常數據;

(5)甩掛N車后又加掛另一車號的N車。

編組的形成算法需要滿足以上使用條件,首先設計編組算法的實現步驟:

(1)建立空的編組鏈表;

(2)接收軸報數據;

(3)完成CRC校驗和閾值校驗,保證數據的合法性;

(4)通過計算發送數據的頻率,驗證頻率的合法性(頻率 f＞F為合法);

(5)將車號、序號信息加入編組鏈表(若該車號在編組鏈表中存在,則更新鏈表);

(6)如果鏈表中某車號T時間內沒有被更新,則置鏈表中該車號的狀態為離線;

(7)按序號從大到小的順序掃描鏈表,去掉鏈表中的離線車輛,直到遇見一個在線車輛為止;

(8)如果鏈表中有相同序號的車輛,則刪除其中的離線車輛;

(9)形成轉換后的編組格式。

文中F為合法軸溫數據的最低頻率要求;T為車輛的超時時間。

利用此算法可正確的獲得列車編組,同時又能及時反應編組的變化情況,在實際應用中對遠程監控的準確性有很大提高。例如偶發的錯誤車號,可用頻率校驗將其剔除;車輛甩掛,則被甩車輛發送數據的頻率會降為零,在去掉尾部離線車的步驟中即可剔除。圖2是此編組形成算法的邏輯框圖。

圖2 改進編組算法的邏輯框圖

3 改進報警診斷

圖3～圖5是TCDS在使用過程中發現的異常軸溫數據,包含了大量的開路、短路和紋波,對真正的超溫診斷產生了較大干擾。

圖3 紋波干擾

圖4 開路故障

圖5 傳感器故障

軸報器提供的數據主要依靠單幀來進行診斷和報警,其規則也相對簡單,具體如下:

當溫度傳感器開路或短路時,置相應的溫度值為181或182;

當軸溫大于環境溫度45℃時,報告超溫報警;

當軸溫超過90℃時,報告超溫報警。

由于診斷算法簡單,且沒有異常數據的處理,最后的診斷報告難免存在誤報,因此需要在原有的基礎上進行算法的改進,提高報警的準確率。

(1)診斷異常數據

由于列車軸溫數據屬于慢變量,溫度的上升和下降需要一個時間的過程,特別是對于軸頭軸箱這樣的剛體。因此根據此特性可定義如下情況為異常數據:

ΔT和跳變的幅度根據試驗數據確定。

經對列車集報器所記錄數據的分析,約有90%以上的異常數據符合此情況,因此采用此算法過濾升溫跳變和降溫跳變可有效地防止由于數據異常而引起的誤報警。

(2)全列環境溫度綜合評判

環境溫度傳感器發生開路、短路或紋波干擾時,使用全列環境溫度的中值(非平均值)代替,進行超溫報警的綜合診斷,提高系統的可靠性。

(3)加入超溫預警診斷

提示車輛運用人員重點關注預警的車輛,有助于在熱軸發生前進行防范。

4 結束語

目前TCDS已經實現了對軸溫報警數據的實時傳輸,車輛的運用單位能夠遠程對車輛軸溫變化情況進行監控,但對車輛編組變化的反映還不夠及時,車輛的報警判斷條件較為單一,還不足以防范由于數據錯誤而引起的誤報。通過采用上文所述的動態列車編組算法和報警診斷規則可有效地提高遠程監控的實時性、準確性。

[1] 劉瑞揚,楊 京.鐵路客車運行安全監控系統(TCOS)原理及應用[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[2] 李 華,顏 純.TB/T2226—2002 鐵路客車用集中軸溫報警器技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2002.