利用TCDS对轴温报警进行实时监控的实现与改进

延九磊,周忠良,王旭如,张瑞芳

(中国铁道科学研究院 机车车辆研究所,北京100081)

轴温集报系统在我国铁路客车上被广泛使用,在防范车辆的热轴、切轴事故,保障列车的运行安全方面发挥着重要作用。该系统包括车厢轴报器和列车集报器,它们通过FSK网络连接在一起,集报器在列车运行途中记录数据,列车到站后通过IC卡下载本次运行数据,然后再通过地面的轴温分析软件查看数据。这种方式需要随车乘务员定时巡视查看车辆各轴的温度和报警情况,且地面不能实时获得轴温数据。

2005年后大部分铁路客车安装了TCDS(客车运行安全监控系统),将轴温集报系统的数据通过GPRS方式无线传输至车辆的运用单位,实现远程监控。

TCDS是5T安全监控系统之一,对铁路客车的安全监测数据进行实时传输和远程监控。利用TCDS传输轴温报警数据就是其中的一项主要内容。TCDS车载主机采用与列车集报器相同的方式连接到车载网络接收列车的轴温数据,然后通过GPRS把轴温数据实时传输至TCDS地面服务器,用户实时查看数据,监控车辆的运行状态。

1 问题提出

TCDS自装车运用以来,在使用过程中发现存在如下问题:

(1)车厢轴报器的车号偶发性跳变,容易引起编组错误;

(2)编组采用最大集合法,不能及时反映车辆变化情况;

(3)车厢轴报器在使用过程中存在大量的开路、短路和数据纹波,干扰正常的超温诊断。

2 编组改进

由于车厢轴报器偶发性产生一些错误车号,对远程监控产生了干扰,这时如采用最大集合法形成编组,就会出现如图1的错误。

图中1、2、3号车在运行中都出现了偶发干扰,导致远程监控界面中出现了重复的车号。下面从轴报器的数据格式入手,进行编组改进。

轴报器提供的数据只有一种,其格式的主要内容包括:车号、车序号、轴温数据和报警码。

由于监控的需要,TCDS车载主机需要向地面系统提供当前车辆的编组信息,即哪些车号编挂在此列车上,并且相应的序号是多少。根据上述格式,车载软件需要进行编组的转换工作。

首先定义转换后的编组格式为编组辆数、车号数组、序号数组和状态数组。

图1 最大集合法编组使轴报器产生的错误

根据上述两种格式来讨论编组形成的算法,假设列车为18辆编组,在使用中会发生如下情况:

(1)第N车欠编(N为车序号);

(2)第N车和其后的车辆甩挂;

(3)第N车通信时断时续;

(4)第N车数据为偶发的异常数据;

(5)甩挂N车后又加挂另一车号的N车。

编组的形成算法需要满足以上使用条件,首先设计编组算法的实现步骤:

(1)建立空的编组链表;

(2)接收轴报数据;

(3)完成CRC校验和阈值校验,保证数据的合法性;

(4)通过计算发送数据的频率,验证频率的合法性(频率 f＞F为合法);

(5)将车号、序号信息加入编组链表(若该车号在编组链表中存在,则更新链表);

(6)如果链表中某车号T时间内没有被更新,则置链表中该车号的状态为离线;

(7)按序号从大到小的顺序扫描链表,去掉链表中的离线车辆,直到遇见一个在线车辆为止;

(8)如果链表中有相同序号的车辆,则删除其中的离线车辆;

(9)形成转换后的编组格式。

文中F为合法轴温数据的最低频率要求;T为车辆的超时时间。

利用此算法可正确的获得列车编组,同时又能及时反应编组的变化情况,在实际应用中对远程监控的准确性有很大提高。例如偶发的错误车号,可用频率校验将其剔除;车辆甩挂,则被甩车辆发送数据的频率会降为零,在去掉尾部离线车的步骤中即可剔除。图2是此编组形成算法的逻辑框图。

图2 改进编组算法的逻辑框图

3 改进报警诊断

图3～图5是TCDS在使用过程中发现的异常轴温数据,包含了大量的开路、短路和纹波,对真正的超温诊断产生了较大干扰。

图3 纹波干扰

图4 开路故障

图5 传感器故障

轴报器提供的数据主要依靠单帧来进行诊断和报警,其规则也相对简单,具体如下:

当温度传感器开路或短路时,置相应的温度值为181或182;

当轴温大于环境温度45℃时,报告超温报警;

当轴温超过90℃时,报告超温报警。

由于诊断算法简单,且没有异常数据的处理,最后的诊断报告难免存在误报,因此需要在原有的基础上进行算法的改进,提高报警的准确率。

(1)诊断异常数据

由于列车轴温数据属于慢变量,温度的上升和下降需要一个时间的过程,特别是对于轴头轴箱这样的刚体。因此根据此特性可定义如下情况为异常数据:

ΔT和跳变的幅度根据试验数据确定。

经对列车集报器所记录数据的分析,约有90%以上的异常数据符合此情况,因此采用此算法过滤升温跳变和降温跳变可有效地防止由于数据异常而引起的误报警。

(2)全列环境温度综合评判

环境温度传感器发生开路、短路或纹波干扰时,使用全列环境温度的中值(非平均值)代替,进行超温报警的综合诊断,提高系统的可靠性。

(3)加入超温预警诊断

提示车辆运用人员重点关注预警的车辆,有助于在热轴发生前进行防范。

4 结束语

目前TCDS已经实现了对轴温报警数据的实时传输,车辆的运用单位能够远程对车辆轴温变化情况进行监控,但对车辆编组变化的反映还不够及时,车辆的报警判断条件较为单一,还不足以防范由于数据错误而引起的误报。通过采用上文所述的动态列车编组算法和报警诊断规则可有效地提高远程监控的实时性、准确性。

[1] 刘瑞扬,杨 京.铁路客车运行安全监控系统(TCOS)原理及应用[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[2] 李 华,颜 纯.TB/T2226—2002 铁路客车用集中轴温报警器技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2002.