客運列車注水智能監(jiān)控系統(tǒng)

【摘 要】 本設計主要是結合實際的上水監(jiān)控現(xiàn)狀，針對目前國內(nèi)眾多的中小型車站進行設計與研究，研發(fā)一款適合應用在中小型車站上的上水監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)鐵路管理系統(tǒng)對列車上水作業(yè)的實時監(jiān)控，對上水狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。可以杜絕因上水設備故障以及人為造成安全事故，可以確保列車上水作業(yè)高效安全進行。

【關鍵詞】 鐵路 注水 智能 監(jiān)控

一、研究意義

長期以來，列車上水系統(tǒng)標準化建設嚴重滯后，缺乏系統(tǒng)規(guī)劃和技術引導，因此產(chǎn)生了很多問題，首先就是鐵路列車上水過程中水資源浪費的問題非常突出，根據(jù)調(diào)查，全路客車上水漏耗差別很懸殊。根據(jù)北京局客車上水漏耗情況分析測算結論，綜合漏耗率按 27.8%考慮，全國每年鐵路客車上水水資源漏耗約。[1]此外，我國國土面積大，所以列車運行距離長，途徑站點數(shù)量多，車載水箱中途必須多次補水，才能滿足運輸要求。因此對列車上水檢測系統(tǒng)的研發(fā)，具有如下的意義：

1、優(yōu)化上水作業(yè)流程，盡量減少上水作業(yè)操作環(huán)節(jié)，節(jié)省上水時間，避免因為人為操作失誤造成的水資源浪費。

2、與市場上現(xiàn)有的上水監(jiān)控系統(tǒng)相比，研發(fā)成本低的通用型智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以應用于中小型車站中，具有廣泛的應用價值，對于目前鐵路行業(yè)具有較強的推廣意義。

3、加強車站對列車上水的監(jiān)控和管理，極大的提高了車站管理的一體化水平。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)的供水集中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展比較早，在鐵路中主要應用在水廠、泵站揚配水方面，在供水管網(wǎng)系統(tǒng)里應用甚少。有些車站雖然建立供水集中監(jiān)控系統(tǒng)，但由于各種原因，也沒有較好地維護好、運用好?？蛙嚿纤詣踊到y(tǒng)因車站的上水設備與客車的供水系統(tǒng)信息傳遞困難，長期屬于空白[2]。

目前國外鐵路客運主要向高速方向發(fā)展，以日本、法國、德國等為代表的發(fā)達國家非常重視鐵路客運控制系統(tǒng)的建設，已經(jīng)基本建設完成了鐵路運輸信息化[3]。日本新干線列車運營管理系統(tǒng)的（COSMOS）、法國的TGV（Train a Grande Vitesse）、歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng)（ERTMS）、北美先進列車控制系統(tǒng)（ATCS）、及計算機和無線電輔助列車控制系統(tǒng)（CARAT）等先進系統(tǒng)中影響較大的是日本新干線[4]。

日本COSMOS系統(tǒng)集運行計劃管理、運行管理設備管理、電力系統(tǒng)控制、維護作業(yè)管理、信息管理、車站作業(yè)管理、車輛管理功能于一體。該系統(tǒng)將幾乎所有鐵路運行有關的子系統(tǒng)都連接在中央局域網(wǎng)（LAN）上，促進了信息共享，為新干線的運行管理提供了信息支持。列車的上水監(jiān)控由信息管理部分和車站作業(yè)管理部分共同實現(xiàn)[5]。

三、課題的研究內(nèi)容及目標

首先對列車上水監(jiān)控需求進行合理的分析，結合實際的現(xiàn)場工作條件確定相應的控制方案，按照實際要求的工作順序要求，對整個上水監(jiān)測過程進行合理設計，在安全運行的前提下保證系統(tǒng)運行的準確性與穩(wěn)定性。隨后進行硬件的選型與設計，對控制器及相應的模塊、傳感器進行合理的選型。設計新型執(zhí)行器，與上級控制系統(tǒng)進行良好的配合，保證執(zhí)行器部分工作的準確性。最后對上水監(jiān)控系統(tǒng)的軟件進行設計，對單片機及相關模塊進行軟件的編寫，并進行人機接口的界面的設計，合理設計人機接口界面。

四、技術路線與實施方案

設計一個可靠性強、安全性高、穩(wěn)定性好的低成本上水監(jiān)控系統(tǒng)是本次設計的關鍵任務。技術路線主要分為硬件部分和軟件部分。

硬件部分主要是由智能傳感器和人機交互設備組成，在現(xiàn)場原有的條件下，在站臺每個水井上安裝智能傳感器，通過行程開關，流量監(jiān)測計，報警按鈕等模塊對水槍的工作及復位狀態(tài)進行監(jiān)控智能傳感器將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過LORA模塊無線傳輸至分站，分站通過有線的方式連接到現(xiàn)場的工業(yè)以太網(wǎng)進而將相應的數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)庫及上位機，并從數(shù)據(jù)庫提取車次信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控與管理。

軟件部分主要是在Microsoft Visual Studio、KDM 以及KEIL等軟件的基礎上進行軟件部分的設計。首先在KEIL中進行單片機軟件程序的設計，包括行程開關信息以及流量數(shù)據(jù)的采集和無線數(shù)據(jù)發(fā)送等程序，對傳輸過來數(shù)據(jù)的接收和匯聚以及分析處理，此外還有將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至遠程服務器以及上位機的相關程序。最后通過Microsoft Visual Studio 實現(xiàn)上位機與單片機之間的通訊并將傳輸過來的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫對接，以及設計人機交互監(jiān)控界面。

五、可行性分析

本課題是在建立在列車上水實際情況下提出的，隨著科技的發(fā)展，單片機技術發(fā)展成熟，已經(jīng)被廣泛的應用于工業(yè)控制中，它的控制成本比較低、運行穩(wěn)定、可靠性高。本課題是對于列車上水監(jiān)控系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計，水井上水狀態(tài)信息都可以通過單片機與其余功能模塊的組合實現(xiàn)獲取與傳輸?shù)墓δ埽竭_監(jiān)控的需求。

【參考文獻】

[1] 現(xiàn)有列車供水系統(tǒng)存在的問題及改造建議[J]. 陳光森.? 甘肅科技. 2009（23）

[2] 鐵路客車新型自動上水設備的研制[J]. 陳曉帆，侯世全.? 中國鐵路. 2008（06）

[3] 馬丹妮，張軍鋒.關于旅客列車上水問題的調(diào)查和改進[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2000（10）：24-25.

[4] Network Automation，Inc.; AutoMate BPA Server Extends Reach to Non-Windows Machines， Providing Centralized Control over All Automated Business Processes[J] . Anonymous. Science Letter.2009

[5] Passenger car water filling device. EKSPRESS CO LTD.1999

作者簡介：周彥光（1994—），男，漢族，遼寧省沈陽市人，學生，工學碩士，單位：中國礦業(yè)大學（北京），研究方向：機械電子工程。