機車機械電器間監視系統的設計與實現

桂學義

摘要：針對機車機械電器間監視系統設計與實現進行研究的目的在于明確該系統的主要功能，突出設計過程中的技術要點，確保該系統能夠在機械電器間的監視上發揮出切實作用。基于此，本文針對機械電器間監視系統的基本功能進行了簡單分析，然后從性能參數與設計要點兩個方面進行了論述，最后闡述該系統的設計實現，希望可以對相關人員起到一定參考作用。

關鍵詞：機車 機械電器間 監視系統 設計實現

機械電器間是機車中的重要環節，在機車運行時間和路程不斷增長的情況下，機械和電器發生故障問題的概率也隨之增大。由于機械電器間環境較為惡劣，不可能安排人員駐守監視，因此只能通過監視系統對其進行全天候的監視，確保能夠及時發現問題予以解決。因此，需要對監視系統的設計和實現進行要求，使其能夠發揮出重大作用。

一、 機車機械電氣間監視系統功能分析

對于一個監視系統而言，其所具備的功能不僅僅是對機械電器進行持續性的監視，還應該體現出其他方面的功能，具體有以下幾點。

首先，該系統應該具備多形式的顯示功能，即可以通過多種不同的渠道實現監視畫面的顯示，以滿足不同的使用需求。比如，可以實現全屏顯示，其就是將某一個監視畫面進行全屏。還可以實現多幅同屏顯示，也就是在同一個屏幕上，顯示多個監視畫面，一般是4個或者9個。

其次，應該實現監視系統和多人員的連接，既要讓機車的乘務員、車長等能夠實時查看監視系統的具體畫面，明確機械電器的實時運行狀態，也要讓進行相關檢修的工作人員，通過移動設備查看到監視畫面內容。

最后，需要對監視系統所產生的各類監視數據、信息、圖像以及視頻等進行儲存和保存，以便在以后的相關工作中可以直接調用。

二、 機車機械電器間監視系統的性能參數和設計要點

在進行設計之前，需要確定監視系統的基本原理。其主要是通過攝像頭采集監視數據，將其傳輸到圖像采集器，然后進行編碼和儲存，基于控制協議傳輸到顯示屏上，以供分析只用，下圖所示即為原理流程。

在明確監視原理流程的基礎上，就需要探討系統的性能和設計要點了。就性能參數而言，監視屏一般可以使用分辨率為1024x768像素的屏幕，就能夠滿足基本要求。若是條件允許，可以使用分辨率更高的屏幕。視頻采集通道數量在1到32個之間，以實際情況為準。為了應對大量數據存儲，可以設置500GB的儲存硬盤，可視具體情況增大硬盤容量。系統電源一般為110V直流電源。CCD器件選擇1/311SONY CCD，其最低照度為0LUX/F1.2，水平分辨率為480TVL。

在明確性能參數之后，就需要進一步掌握系統的設計要點。首先，電磁干擾的問題在機車內是比較常見的，這會對監視系統的線路和設備產生較大的干擾，導致監視信號的質量下降，這在系統設計中需要注意。其次，在機車的運行過程中，可能出現長時間的連續震動，這對設備的穩定可靠性提出了較高的要求。第三，從機車機械電器間到控制室之間存在較長的距離，要將監視信號從機械電器間傳輸到控制室，其中就會受到很多外部因素的影響，會降低圖像質量。第四，機械電器間空間使用度高，可供安裝監視設備的空間有限，可能會影響到攝像頭的監視范圍，造成監視死角。最后，監視系統需要的工作溫度和存放溫度都比較低，這就需要做好相應的降溫措施，確保監視系統穩定運行。

三、 機車機械電氣間監視系統的設計和實現

（一）系統主機設計

系統主機是監視系統的核心功能部分，為了使其能夠正常的發揮公用，在選擇上應該以抗振動抗沖擊性能優良的工控主機為主，同時需要加強主機內部器件和板卡的緊固連接，優化內部結構，強化其整體性能，由此消除因為機車震動對監視系統造成的影響。其次，主機對監視器的控制上，一般是1臺主機控制2臺監視器，同時將視頻信號劃分為2類分別進行傳輸，但是這2路視頻信號在各方面標準上都是保持一致的。另外，由于在長距離傳輸中，VGA信號會出現較為嚴重的衰減，以此需要按照網絡傳輸協議對其進行轉換，通過超五類傳輸線實現信號衰減的弱化，提升監視信號的傳輸效果。下圖所示即為監視系統的整體結構設計，其中虛線部分就表示了系統主機。

（二） 攝像頭設計

攝像頭是整個監視系統的重要環節，是獲取對象狀態信息的直接手段，相當于監視系統的“眼睛”。對于攝像頭的設計而言，首先需要確保其能夠滿足全天候24h的運行要求。由于24h時間內，機械電器間的光線變化是非常明顯的，攝像頭必須適應這種光線變化，能夠在黑暗的環境下達到監視目的，因此需要帶有紅外功能。其次，由于振動和電磁干擾問題的存在，攝像頭的信號傳輸和穩固都會受到影響。因此，在攝像頭的設置上，需要通過全金屬外殼對其進行防電磁干擾處理，同時需要做好加固，抵抗振動。最后，由于機車機械電器間內部空間有限，因此在安裝之前，就需要規劃處幾個適當的位置，對其監視范圍和效果進行分析對比，找到最優的攝像頭安裝點位。此外，還可以設計一個攝像頭托座，設置一個球形殼體，將相關的器件設置在該殼體內部，這樣攝像頭就可以在其中實現三維轉動，提升其監視范圍。

（三） 監視屏設置

監視屏是顯示監視畫面的重要器件，在進行設置時，需結合實際情況合理進行。首先，為了在控制室內留足空間，需要選擇外形小巧的液晶屏，并且按照相關規范進行安裝。其次，顯示屏的選擇前文已經說到，至少要滿足1024x768的分辨率。可視空間大小對顯示屏大小進行合理調整。再次，在TB/T3021-2001中規定了機車電子設備的使用溫度：在零下45oC時能夠安全存放，在零下25oC時能夠正常工作。因此，基于這一要求，就需要選擇符合這一溫度規定的顯示屏。最后，機車運行過程存在的長時間振動問題，需要加強對顯示屏的固定，以及相關線路的連接，弱化其受到的振動影響，保證監視信號傳輸穩定。

（四） 電源設計

前文已經對電源的性能參數作了簡單說明，但是實際上110V電源是機車上的直流電源，對于監視系統而言，并不需要如此大的電源，這就需要通過轉化器將110v電源轉化為5V和12V為監視系統的設備器件進行供電。不僅如此，電磁干擾、溫度、適度、脈沖、靜電等因素都會影響到供電質量，在電源設計中也許通過合理措施避免這些問題。

結束語：

設計機車機械電器間監視系統的意義在于為其提供全天候24h的監視服務，取代傳統的人力檢查，以此及時發現問題，并解決問題。在進行監視系統設計時，需要明確其設計要點和系統功能，從系統主機、攝像頭、顯示屏以及電源等方面逐一完善設計，并予以實現。

參考文獻：

[1]于永生.機車機械電器間監視系統的設計與實現[J].鐵道技術監督，2008，No.26208：32-33.