無線智能停車器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

夏利濤，趙金棟，閆 宇，孟 塬

(1.鄭州東泰工業(yè)設(shè)備有限公司，河南 鄭州 450001;2.大秦鐵路股份有限公司榆次站，山西 晉中 030600)

目前，鐵路駝峰編組站場停車器防溜裝置，按動力來源可分為液壓式、電動式、彈簧式三種。其均采用內(nèi)撐式結(jié)構(gòu)、點式布置的安裝方式。依靠制動軌摩擦車輛輪對內(nèi)側(cè)面產(chǎn)生摩擦阻力集中消耗走形車輛動能，以實現(xiàn)對溜放車輛減速制動的目的。

停車器作為一個獨立的車輛防溜設(shè)備，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接影響駝峰溜放作業(yè)的安全和效率。近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步。停車器的控制方式已由非可控轉(zhuǎn)向可控，控制系統(tǒng)的復雜度逐漸增加。整個系統(tǒng)維護的專業(yè)技術(shù)要求越來越高，而現(xiàn)有停車器的維修維護還都采用日常巡檢、定檢(春檢和秋檢)應(yīng)急處理的方式，人員不僅需要經(jīng)常進入股道，而且大多都是簡單盲目的輪替更換配件，安全隱患大、維護成本高、效率低。所以一套針對停車器運行狀態(tài)和維護的檢測系統(tǒng)已十分必要。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)有停車器液壓制動部件、停車器控制柜、轉(zhuǎn)發(fā)基站、中心基站、監(jiān)控主機組成。

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

現(xiàn)場安裝信息采集設(shè)備(傳感器)，實時采集、檢測、記錄停車器制動力、液壓系統(tǒng)壓力、電機啟停頻度、彈簧最大彈力、電機驅(qū)動機械傳遞受力等參數(shù)，并將設(shè)備狀態(tài)信息參數(shù)通過無線模塊傳輸?shù)街蛋嗍冶O(jiān)控主機，監(jiān)控主機解碼數(shù)據(jù)后，通過圖形界面、語音提示、數(shù)據(jù)曲線等方式直觀顯示停車器工作狀態(tài)。保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，形成記錄。設(shè)備管理維修人員通過室內(nèi)監(jiān)控主機即可了解掌控設(shè)備運行狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對設(shè)備狀況進行分析、預(yù)判和診斷。提前預(yù)知故障因素，做到精準維修，及時排除設(shè)備故障隱患。

2 系統(tǒng)研究難點和技術(shù)指標

2.1 系統(tǒng)技術(shù)難點

(1)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇

數(shù)據(jù)的傳輸方式分為有線和無線兩種方式，但有線通信現(xiàn)場布設(shè)成本高、難度大、周期長，不適合項目現(xiàn)場實施。現(xiàn)行的無線通信技術(shù)有WIFI、Zig-Bee、LORA等，WIFI、Zig-Bee通信距離近、組網(wǎng)難度大，實時性差。

LORA的理論通信距離最遠可以達到10 km，通過中繼基站會達到更遠的距離。但組網(wǎng)方式復雜，項目自身特點是節(jié)點數(shù)量多，分散面積大，所以能否實現(xiàn)自組網(wǎng)是項目成功實施的關(guān)鍵，為此我們設(shè)計了專用的自組網(wǎng)LORA模塊，模塊與模塊之間實現(xiàn)自組網(wǎng)、不僅可以收發(fā)數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)中繼，使通信距離增加、數(shù)據(jù)傳輸可靠，同時傳輸數(shù)據(jù)DES加密，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。

(2)傳感器的布設(shè)與數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)運用的傳感器涉及壓力、溫度、重力，工作環(huán)境等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集實時要求高，為了能夠兼容現(xiàn)有的停車器且可靠方便的安裝。

為此選用具有16位AD的32位CPU。通過軟件算法提高系統(tǒng)反應(yīng)時間和數(shù)據(jù)精度。減小傳感器的體積和安裝結(jié)構(gòu)使其能夠兼容停車器的安裝。

(3)數(shù)據(jù)分析與結(jié)果判定

數(shù)據(jù)的采集是項目實施的方法，通過采集后的數(shù)據(jù)分析得出可靠的設(shè)備狀態(tài)判定結(jié)果才是項目實施的目的。

為此我們通過收集大量實驗室數(shù)據(jù)、現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)、各站場各類設(shè)備的運行狀況，通過科學分析驗證使系統(tǒng)判定結(jié)果更可靠。

(4)系統(tǒng)的兼容性和可擴展性

現(xiàn)在線運行的停車器主要可分為液壓式、彈簧式、電動式三種，生產(chǎn)廠家眾多，安裝形式不及相同，為了使該系統(tǒng)適用于所有停車器，我們走訪調(diào)查多個站段，通過測量、比對、試驗，確定每一種停車器的運行特點。通過模塊化的設(shè)計，是系統(tǒng)90%以上模塊通用，針對不同停車器類型，選用對應(yīng)傳感器模塊就可適用。同時模塊化設(shè)計還是系統(tǒng)有很高的擴展性，增加設(shè)備數(shù)量只需增設(shè)相應(yīng)傳單單元模塊。

2.2 項目主要技術(shù)指標

(1)微機控制技術(shù)，實時自動記錄試驗數(shù)據(jù)和壓力曲線，可查詢、打印、統(tǒng)計歷史試驗記錄。

(2)信息傳輸采用無線網(wǎng)絡(luò)通信，并采用冗余和多徑傳播設(shè)計，有利系統(tǒng)擴容和可靠運行。

(3)模塊化設(shè)計，維護和標定僅需更換模塊，可降低維護技術(shù)等級。各模塊相互獨立，可在不改動原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增減任意模塊。

(4)停車器控制器可獨立工作，系統(tǒng)故障記錄信息可存儲在本地，待系統(tǒng)恢復正常時記錄信息即自動向后臺計算機上傳。

(5)故障自診斷功能，對停車器關(guān)鍵部件能智能判斷故障情況。

(6)智能溫控系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境溫度，控制風機對停車器控制柜實現(xiàn)降溫。

(7)后臺計算機可以查詢、統(tǒng)計和打印停車器的運行記錄。

(8)停車器制動壓力曲線監(jiān)控顯示，清晰顯示停車器的制動實時狀態(tài)。

3 項目研究方法

3.1 現(xiàn)場勘察

根據(jù)既有設(shè)備類型確定檢測點位置、數(shù)量、傳感器類型、控制點數(shù)量。

3.2 確定天線安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和位置，確定中心(轉(zhuǎn)發(fā))基站及天線安裝位置。

3.3 設(shè)計安裝控制柜

與現(xiàn)場既有控制箱電氣線路連接，設(shè)計安裝控制柜。

3.4 基站安裝

安裝中心基站和轉(zhuǎn)發(fā)基站，安裝好計算機并現(xiàn)場測試無線通信情況。

3.5 調(diào)試試驗

調(diào)試現(xiàn)場控制柜無線發(fā)射信號與中心計算機通訊發(fā)射、接收情況。

3.6 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場采集傳輸?shù)男畔ⅲx取數(shù)據(jù)、記錄分析和故障判斷分析情況，與現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)進行比對分析，確認核定信息、數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

3.7 假設(shè)故障試驗

人為假設(shè)設(shè)備部件故障情況，測試系統(tǒng)對故障情況預(yù)判和診斷的準確性和及時性。

3.8 現(xiàn)場比對

通過上述數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場比對和假設(shè)故障試驗，對系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性進行統(tǒng)計分析，經(jīng)過多次的循環(huán)反復，不斷校正系統(tǒng)信息采集、傳輸、接收效果，完善設(shè)備監(jiān)控功能，最終達到預(yù)期效果。

4 總 結(jié)

該系統(tǒng)2017年10月17在太原鐵路局榆次站安裝至今整體。安全運行400 d，其中不間斷運行200 d。產(chǎn)生有效記錄數(shù)據(jù)327 d，壓力曲線43條，故障記錄29條，實現(xiàn)無人進入股道解決問題5次。

系統(tǒng)經(jīng)過6次人為現(xiàn)場比對測試，先后調(diào)整軟件功能8處，更換運行模塊2次。現(xiàn)運行穩(wěn)定。達到了設(shè)計目的和設(shè)計要求。