红外线设备远程报警系统设计与实现

红外线设备远程报警系统设计与实现 红外线设备远程报警系统设计与实现 王侃伟方宗德曹双胜 (西北工业大学机电学院,西安710072) E-mail:wangkanwei@163.com 摘要在铁路安全运输工作中,红外线探测设备的故障判别及处理在红外管理占有 非常重要的地位,红外故障判剐和 处理主要以JL.r_分析方式为主,存在着红外设备使用率降低等弊端.论文提出一 种实现红外设备故障报警以及控制自动 化,包括磁头检测,探头检测,通道检测等功能,在实际故障诊断种具有实际意 义. 关键词故障检测红外线磁头检测 文章编号1002—8331一(2005)17-0225—03文献标识码A中图分类号 TP273;TP393 RemoteAlarmSystemofInfraredEquipment WangKanweiFangZongdeCaoShuangsheng (CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072) Abstract:Incourseoftherailwaysafety-transportation,faultestimationanddisposaloftheinfrareddetectingequipment playsaveryimportantroleininfraredmanagement.Theinfraredfaultismainlydistinguishedanddeposedbymanual analysis,SOitbringsoutmanydisadvantages,forexample,theinfraredequipmentrunsinefficiently.Thisarticleintroduces amethodofinfraredfaultalarmandcontrolautoimmunization.Ithasalotoffunctionsincludingmagnetism—head detection,probedetection,channeldetection,andSOon.Itisverysignificantfortllepracticalf aultdetection. Keywords:faultdetection,infrared,magnetism—headdetection 1概述 铁路车辆红外线轴温探测技术是近二,三十年发展起来的 一 门新技术,主要应用在防止客货列车燃切轴事故上,特别是 20世纪90年代发展起来二代机轴温探测技术是一门集工程 控制,信息网络及自动化控制的新兴技术,它对防止客货列车 燃切轴事故,保证行车安全起到了重要的作用. 红外线轴温探测二代机技术主要是将各个探测站采集到 的轴温数据进行热轴判别和处理后,通过电务通道上传至信息 监测中心和查询终端,其中计算机完成的主要功能是对轴温探 测流水数据,热轴流水数据的处理,但随着红外技术的不断发 展和红外管理工作的进一步规范,特别是随着红外线在保证铁 路行车安全的作用和地位的提高,如何及时快速处理红外设备 故障以及快速准确判断红外设备故障,成为目前红外工作的重 要组成部分,仅仅通过对轴温探测的流水数据进行分析来判断 故障已经远远不能满足红外管理运用工作的需求,必须将相关 的红外设备故障通过故障报警系统自动判别后通知相关人员 进行快速处理. 在铁路安全运输工作中,红外线探测设备的故障判别及处 理在红外管理占有非常重要的地位,长期以来,红外故障判别 和处理主要以人工分析方式为主,存在着红外设备使用率降低 等弊端.随着红外工作的进一步规范和强化,实现红外设备故 障报警以及控制自动化,从人控转变为机控已成为红外故障处 理的必然趋势. 红外线设备远程报警系统,是利用现有的电话网红外线设 备复位,可实现对红外线设备的无人检测远程报警,远程控制 红外线设备,机房热分机启动等,以保证红外线设备的正常工 作,该设备极大地提高了红外线设备运行的安全性,可靠性及 设备故障的及时性,极大地提高了行车保安设备的安全性. 2系统主要完成的功能 红外线远程智能报警系统是采用单片机控制实现远程报 警,与图像监控等手段相结合,能够准确快速地实现远程故障 报警,系统拓扑图见图l. 红外域探测点 车辅段监控系统 . 圈1远程故障报?系统网络拓扑圈 系统有两部分组成,红外线探测点和车辆段监控系统. 红外线探测点由单片机及Modem拨号,短距离无线通讯 作者简介:王侃伟(1975-),男,博士,主要研究方向:图象/图形处理,计算机视觉.方宗 德(1948一),男,教授,博士生导师,主要研究方向:汽车工程. 曹双胜(1971一),男,宝鸡车辆段技协工程师. 计算机工程与应用2005.17225 等部分组成,在系统满足可靠性和通用性的前提下,红外线探 测点应实现以下几个方面的故障报警自动化. (1)对红外设备的磁头故障(包括磁头损坏,丢失,磁头磁 性不稳定等)进行自动远程报警. (2)对主辅机的通讯故障(不接车)进行自动报警,若为设 备死机造成的故障,可进行远程控制设备复位. (3)对与红外中心通讯故障或停电故障进行自动远程报警. (4)可对附加的其他设备的工作或关闭进行远程控制(如 电扇,空调,扫雪器等). (5)人员安全报警,当检修人员在探测点进行检测时,对火 车接近进行报警,可保证检测人员人身安全. (6)对房屋内人员的非法入侵进行自动远程报警. (7)采用摄像拍摄的方法进行监控,具有动态检测进行报 警功能.可实现人员人侵动态报警功能,考虑电话传输速度较 慢,大量视频图像暂存于当地.检查人员使用U盘可将数据导出. 车辆段监控系统由服务器,ModemPool,监控LED显示等 部分组成. 主要完成对红外线探测点故障信号监控,红外线故障信息 导人铁道部红外线段级红外线信息平台,存储,打印,显示等 功能. 3主要实现 红外线设备远程报警系统能实时监测红外线设备的工作 状况并通过安装在红外线设备机房的电话线把其数据传送到 车辆段中心电脑上,也可在任何有电话的地方用一台电脑接受 这些数据,系统独立工作,不影响红外线设备工作,即使系统不 工作(故障)也不会影红外线设备工作. 3.1主控制模块 静态卡,传感器,液晶及电源组 主控制模块由信道检测, 成,主要实现功能: (1)实时接收各种模块的数据. (2)能通过64X128液晶点阵显示各模块状态和数据.保 存维修人员编码. (3)与上级通过MODEM交换数据. (4)侦听主,辅机之间的大列波形. 存贮和显示数据,主要包括最近l4列车的大列波形;一日 的信道状态;三日的供电状态,异常复位;一日探头供电箱,及 辅机的各种电压值;近5日环温,箱温情况;近30日防盗,维修 人员访问情况;近30日探头位置;最近l4列车的l,2,3#磁头 的平均值,最大值,最小值和噪声;探头定标值;近4日停电 情况. 系统构成如图2所示. 到各攥块到主辅机通讯线 圈2系统硬件 22620O5.17计算机工程与应用 3.2探头检测模块 这部分模块主要目标是检测探头大列波形;定标值以及探 头位置;检测探头供电箱,及辅机的各种电压;检测磁头状态; 检测供电,上电,掉电,异常复位;检测探测站与中心的信道状 态及环温,箱温等情况.采集二路下探波形,64点采样,采集密 度一样,采集长度增加一倍,即提前半个轴箱开始,延后半个轴 箱结束;通过485口上传主机. 探头位置对于检测红外线设备轴温是否正常具有决定性 意义.由于轴温探测设备安装在铁轨旁边.由于震动等原因,经 常发生偏转,导致红外线设备检测波形不正确,探测轴温出现 偏差,传统检测方法是采用三角尺测量,用香头在三角尺上放 置热源,对比红外线探头波形校准,这种方法测量复杂,精确度 较低. 采用电子罗盘可较好解决这个问题,电子罗盘是测量方位 角(航向角)比较经济的一种仪器,系统采用11)CM3电子罗盘 传感器模块,TDCM3电子罗盘由美国PrecisionNavigation模 块封装了一个三轴磁强计和一个高性能的两轴倾斜计,可以同 时输出俯仰和滚动角,以及三维的磁场测量值.以前所有的罗 盘都必须保持水平才能保证精度,因而只能采用一种笨拙的万 向节,或再加上液体的方法来保持传感器的水平状态.11)CM3 则使用了一个高性能的倾斜计(倾斜传感器).允许微处理器在 数学上改正倾斜角,因此,它是一种消除了机械常平架的电子 罗盘.11)CM3电子罗盘对水平方向的角度测量为360.,同时, 按照可测量倾斜角度范围.又分为20.,50.,80..电子罗盘的数 据输出可以是RS232或485标准的数据字符输出或者模拟输 出,并且可以由主控计算机发出控制指令,来控制11)CM3电子 罗盘输出数据的种类,格式以及工作方式. 完整的TDCM3电子罗盘的数据输出为:$C(compass>P (pitch>R(roll>X(Bx>Y(By)Z(Bz)T(temp)E<errorcode)校验和 or)(1f)数据中包含有罗盘角度C,载体的倾斜角P和横滚角 度,各向的磁场强度,y,Z,在开始校准好探头位置后,记录 电子罗盘的数据输出,当俯仰角,方位角发生变化时,根据需要 取用11)CM3电子罗盘提供的数据进行对比.如果变化超过一 定范围,明探头发生偏转,需要再次校准. 3.3磁头波形电压检测模块 这部分模块主要目标是采集3路磁头波形,在触发处的位 置需要保存,采集结果通过485口与主机通讯.电压检测模块 检测27路模拟电压;220V,交流值;异常复位. 圈3采集电压原理圈 检测内容如下: (~24V~1 24V~lVVA}探头电压?一口15mVj……一 :l电机电压?一 27v1Vj电机电压 ?2x背温输出:3.33—2.33V ?2x保护门电压:~27V ?2x探头噪声和峰值(在自检时采集):25mV 3.4数据传输模块 系统在红外线探测点将数据通过MODEM发送至车辆段 监控中心,中心计算机对数据可实时监控,根据红外线设备检 修方法,可对红外线设备进行远端维护.数据传送主要采用 TDK公司的TDK73M2901CL,它是一种高集成度的单片MO— DEM芯片,该芯片可以和8048或80C51单片机对接,接口电 路简单;采用串行121数据传输;既可以同步方式又可以异步方 式工作,包括V.22扩充超速;与CCITFV.22,V.21,BELL212A, 103标准兼容;具有呼叫进程,载波,应答音,长回环检测的功 能.TDK73M29olCL具有32DIP封装,其引脚见图4. 图4TDK73M2901CL管脚原理圈 TDK73M2901CL内部有四个寄存器可用于控制和状态的 监视.其中,控制寄存器CR0用于控制电话线路上数据传输的 方式.控制寄存器CRl用于控制TDl3M29olCL内部状态与 单片机之间的接口.检测寄存器DR是一个只读寄存器,它提 供了监视MODEM工作状态的条件.音调寄存器豫则用于控 制音频信号的产生,在TR的控制下,MODEM可以产生DTMF 信号,应答音信号和防卫音信号.还可以在MODEM启动和与 对方联系过程中对RXD引脚进行控制. 寄存器名称,地址,数据位如下:AD2~AD0D7D6D5D4 D3D2DlD0控制寄存器CRO地址000调制选择:0发送 包括发送允许,应答,始发模式,控 模式:其中,Il0o=FsK模式, 制寄存器CRI地址0ol,数据发送方式:允许中断,包括旁路 编码,时钟控制,复位操作,测试模式,其中:00=正常;检测寄存 器DR地址010,包括接收数据,介码标志,载波检测,应答音, 呼叫过程,长环检测等模式;若条件检测到为"l",否则为…0; 音调控制寄存器rI'R,地址叭l,控制RDX包括发防卫音,发应 答音,发送DTMF音模式,该四位对应卜16DTMF信号. 接收端的MODEM按应答方式接线,单片机891~5l平时 处于巡回检测电话振铃信号的状态,一旦检测到该信号.则可 将J2吸合,在两秒钟左右的沉默之后,启动MODEM发送应答 音.双方经过简短的握手过程之后,89C51便将收到的对方代 码存储至数据服务器.在发送完DTMF(拨号信号)之后,程序 需要检测应答音,发送和接收握手信号,循环发送本机代码等 内容. 双方所用的通信程序框图见图5. 图5通信流程圈 4实验及测试结果 系统设计完成后,可采用脱机值守工作方式,122"32点阵 LCD可实时显示时钟,操作状态,并具有l5键操作键盘,可独 立完成故障检测及查询等功能(外形尺寸:255mm(高)x176mm (宽)×lOOmm(厚)),提供RS232/R485,RJ45接121,支持局域网 连接;提供识别记录的标准数据格式. 主要技术参数: 通讯报警时间:5min; l#,,3#磁头报警时间,有过车时,4min; 检测车辆速度范围:3km/h~200km/h; 复位时间,3s左右. l#,,热分机接通时间大于2min; 预留控制接通时间,大于2min. 在测试点安装红外线设备远程报警系 为验证系统性能, 统,经过大量实验,该系统共预报设备故障302起,其中停电 276起,与中心通讯故障9起(通讯部门通道问题8起,主机死 机1起),不接车或漏接车故障4起,保护门故障l0起(其中异 物遮挡8起),,3#磁头故障6起,主副机通信故障1起,预 报准确率达到l0o%,指挥中心的值班员和维修工的劳动强度 大大降低;预报故障准确率提高.以往红外指挥中心人员根据 经验,由于没有现场监测信息判断故障准确率低,使维修工得 到故障通知后,分析判断没有依据,经常发生带的板件与故障 点不相符的情况,加上交通不便.故障处理起来就比较困难.使 用红外线远程监控测试仪后,错报的故障几乎没有了,使得维 修工可以根据准确的故障预报,带相关的板件去点上处理故 障;设备的停机时间大幅度降低.现在设备有故障直接预报故 障部位.直接带好相应的板件及时赶到现场.为压缩故障延时 和及时处理故障提供了帮助,同时由于死机,雪堵,结冰等故障 可以远程控制排除,几乎做到了不影响设备正常探测站. (收稿日期:2004年9月) 参考文献 1.何立民.MCS-51单片机应用系统设计一系统配置与接口技术【M】.北 京航空航天大学出版社.1990 2.吕俊芳.传感器接El与检测仪器电路【M】.北京航空航天大学出版社, 199O 3.魏庆福.STD总线工业控制机的设计用与应用【M】.科学出版社,1991 4.曾志民等.调制解调器原理及其应用【M】.人民邮电出版社,1995 计算机工程与应用2oo5.17227