客列尾在線監測裝置的設計

翟曉宇

（沈陽鐵道科學技術研究所有限公司，遼寧 沈陽 110013）

0 引言

隨著旅客列車尾部安全防護裝置（以下簡稱客列尾）在鐵總各路局集團公司的廣泛應用，各路局集團公司車輛段針對列尾設備的管理和維護日益繁重。由于車輛段列尾維護部門缺少1套便捷有效的裝置對運行中的列尾裝置包括風壓信息、司機操作信息、設備告警故障信息、車次位置信息進行實時監測[1]。因此需要研發設計1個客列尾移動監聽裝置系統，客列尾移動監聽裝置設備實時監控LBJ與客列尾主機通信狀態，通過GSM網絡實時上傳監聽數據至客列尾信息管理系統，客列尾信息管理系統對數據進行分析處理后，實現對異常數據的及時告警。

1 整體設計

將客列尾在線監測裝置安裝在客車尾部發電車中，通過800 MHz通信采集客列尾車頭和尾部主機的通信狀態、風壓信息、司機操作信息和設備故障告警等信息，將采集的信息通過GSM網絡發送至車輛段服務器中，保持維護人員遠程實時監測運行中的客列尾工作狀態[2-4]。

客列尾在線監測裝置負責監測列尾機車臺（LBJ）與列尾主機之間的通信信息，包括列車尾部風壓查詢信息、列車尾部風壓異常告警信息、列車尾部排風制動信息列尾主機電池電量信息等[5]，客列尾監測裝置主要功能結構如圖1所示。

圖1 客列尾監測功能結構圖

客列尾移動監聽裝置主要由主控單元、電源單元和數傳單元（包括GSM模塊、800MHz信道機）組成[6]。客列尾監測裝置主要結構如圖2所示。

圖2 客列尾在線監測設備結構框圖

1.1 主控單元

主控單元采用ARM處理器作為主控芯片，外圍設計串行接口轉換電路、時鐘電路以及看門狗電路等外部電路。串行接口電路采用自身UART接口和串口擴展電路與RS232接口轉換芯片連接，實現與外圍部件通信。主控單元通過兩路串行接口分別與800 MHz數字信道機、GSM-R模塊通信以實現雙信道數據收發控制[7]。主控單元框圖如圖3所示。

圖3 主控單元框圖

1.2 數傳單元

數傳單元包括800 MHz信道機和GSM模塊車載無線通信模塊2個部分，800 MHz信道機單元對LBJ與客列尾通信的數據監聽接收，通過模擬接口與主控板連接，將調制信號數據傳輸至主控調制解調單元。GSM模塊具備數據傳輸及定位的功能，通過GPS/北斗衛星對設備運行位置進行精確定位；模塊通過RS232接口與主控單元相連，主控單元將監聽的客列尾運行數據傳送至GSM模塊后，通過GSM網絡將監聽數據及位置信息上傳至客列尾信息管理系統[8-9]。

GSM模塊選用T5020.13A.00型號的4G車載定位無線通信模塊。該模塊使用IPEX天線接口，供電電壓為DC24 V，對外數據通信接口為7孔通信接口且孔間距為2.54，串口為RS232電平。主控單元將接收到的列尾通信信息處理后，應用GSM模塊進行數據傳輸，同時通過GPS或北斗衛星對設備運行位置進行精確定位，同步發送監測信息和列車的定位信息，供監測終端使用。

800 MHz單元主要主要負責接收來自列尾主機和列尾機車臺（LBJ）的無線通信信息，經過FFSK解調處理后，將相應的數據結果回傳至主控單元，該單元由800 MHz信道機、信息處理板等功能性單元組成，具有調節800 Mhz電臺功率、電臺接收場強等功能。800 MHz單元采用ATmega32A-AU為主控芯片，由必要的外圍電路搭建成主控單元，分別連接不同設計需求功能單元，保證該單元的正常工作，800 MHz單元結構如圖4所示。

圖4 800MHz單元結構圖

1.3 監測過程

列尾機車臺（LBJ）與列尾主機通過800 MHz通信進行數據傳輸，監測裝置通過監聽其800 MHz通信實現對客列尾工作狀態的實時監測功能。

下面以客列尾風壓信息監聽和存儲為例說明監聽功能：1） 客列尾監測裝置通過監聽列尾主機和列尾機車臺的800 MHz通信獲取列尾主機ID信息，800 MHz通信幀格式見表1。2） 客列尾監測裝置通過監聽列尾主機和列尾機車臺的800 MHz通信獲取列尾主機風壓信息，800 MHz通信幀格式見表2。

表1 列尾主機ID通信幀格式

表2 列尾主機風壓信息通信幀格式

2 功能實現

2.1 實時告警功能

監測頁面實時顯示當前安裝客列尾監測裝置采集的列尾設備風壓告警信息。單擊當前告警直接轉到客列尾設備發生風壓報警所在位置，同時彈出詳細告警參數框。實時告警如圖5、圖6所示。

圖5 客列尾設備風壓告警示意圖

圖6 詳細告警參數信息示意圖

2.2 實時監測功能

監測終端主頁面直接顯示車次號+機車號， 可選擇實時參數選項直接顯示列尾最新上傳的數據信息，包括機車號、客列尾號、風壓值、時間參數和位置信息等，如圖7所示。

圖7 客列尾設備實時參數

2.3 歷史數據查詢功能

選擇歷史參數選項，可查詢列尾全部運行信息，可以根據命令類型，上傳時間進行查詢分類查詢。查詢類型包括確認指令、確認應答、銷號指令、銷號應答、GPS信息、排風指令、自動查詢指令、自動查詢應答、手動查詢應答、電壓報警、風壓報警和風壓報警確認等類型，如圖8所示。

圖8 客列尾主機歷史參數查詢

3 結語

該裝置能夠通過800 MHz通信對運用中的客列尾設備工作狀態、告警狀態和操作狀態等信息進行采集，并通過GSM無線通信方式將采集的信息傳至遠程監測終端，達到對運用中的客列尾設備進行實時監測的目的。列尾維護人員可以隨時掌握管內客列尾設備的運行情況，可以第一時間了解發生故障的客列尾主機包括故障發生事件、地點、車次號、機車號等信息，縮短故障響應事件的處理流程。

該設備的應用，實現了對運用中的客列尾設備進行實時監測，彌補了客列尾設備維護中不能對運用中的設備進行維護的不足，在保證生產管理程序化、規范化、標準化的同時有效降低了客列尾維護不全面所帶來的安全風險。客列尾在線監測裝置具有監測全面、成本低、系統獨立和易于維護等優點，能夠對客列尾設備的日常維護工作提供有力支撐和保障，對于鐵路系統的生產運輸具有重要意義。