煤车抑尘剂喷洒系统磁钢测速算法的研究

王宝鹏　许志伟　李冠　黄凤翔

摘 要

煤车抑尘剂喷洒系统的前提是列车测速，根据列车的实时测速，才能准确判定列车的实时位置，才能进一步确定喷洒时机。如何提高列车测速的正确性是喷洒系统的关键。该研究专门针对磁钢测速提出多种测速算法，并进行验证，找出最优的测速算法。

【关键词】抑尘剂 磁钢 车轮传感器 测速 MCU 自动喷洒 车号识别 计轴判辆

1 前言

随着铁路货物列车速度的不断提高，煤炭铁路运输过程中扬尘、遗洒和环境污染等问题日益凸显，已经成为危及运输安全、造成环境污染和浪费煤炭资源的重大隐患之一。目前在我国的煤炭铁路储运中主要采取抑尘措施。

目前我国抑尘控制主要是手动控制。手动控制会带来喷洒不准确、误喷、抑尘剂浪费，人力浪费等多种弊端，所以研发自动喷洒系统就能很好的解决上述问题。而该系统中最重要、最核心的问题就是精确的获取列车的当前速度。所以本文就专门针对列车测速提出优化算法。

2 磁钢测速功能模块

2.1 介绍

该功能模块能够实时准确的测量列车速度，基于速度可以准确的绘制出喷洒的时序，即何时开启喷洒，何时终止喷洒，能够精确无误的喷洒到每一节车厢（煤炭），并且能够准确的避开两节车厢之间的钩档（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁钢可以实现列车的测速，提供以下三种测速方案：双轴单磁钢、单轴双磁钢、双轴双磁钢等多种算法。

2.3.1 双轴单磁钢

如图1所示。

（1）根据电子标签的车型信息，获取该车厢的轴距S （轴距固定）。

（2）计算出磁钢信号两个相邻下降沿之间的时间间隔t。

（3）计算出列车的速度V = S / t。

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两车轮时间间隔测量出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.2 单轴双磁钢

如图2所示。

（1）1#磁钢和2#磁钢间距L（根据需要安装固定）；

（2）计算出1#磁钢和2#磁钢检测到的两个下降沿之间的时间间隔t；

（3）计算出列车的速度V = L / t；

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两磁钢测量的时间间隔出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.3 双轴双磁钢

采用双轴单磁钢和单轴双磁钢的测速方法均存在测量不准的风险，可以综合运用两种方法相结合测速异常处理进行更精确的测试，保证测速结果更接近列车实际运行速度。如图3所示。

（1）计算出基于磁钢间距测速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁钢和2#磁钢间距L。

（3） t1：1#磁钢和2#磁钢对1#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（4） t2：1#磁钢和2#磁钢对2#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（5）计算出基于车轴间距测速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：车厢的轴距S（轴距固定），可通过电子标签信息获取；

（7） t3：1#车轴和2#车轴经过1#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（8）t4：1#车轴和2#车轴经过2#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（9）计算出实际速度V = （V1 + V2） / 2；

双轴双磁钢算法结合下面的磁钢纠错算法，能够大幅提高测速的准确性。

2.3.4 磁钢纠错

对于列车车辆的每一个轴进行磁钢纠错，保证车轴检测的正确性。

示意图（1#轴）如图4所示。

对于每个磁钢都会出现未检测、误检测等问题，所以为了提高车轴检测的正确性，设计3个磁钢，只有2个（或以上）磁钢检测信号一致时，才认为车轴检测正确，并对第3个未正确检测车轴的磁钢进行纠正，保证下次能够正确检测。

2.3.5 测速异常处理

通过对磁钢测速算法的研究，能够大幅的提高磁钢测速的准确性，但是不排除仍有很多现场外因导致测速不准确时，应按照如下方案进行规避修正，尽量不影响本节车厢的喷洒和下节车厢的正常测速：

（1）采用上节车辆测速结果。

（2）采用默认车速模型（根据现场情况）。

（3）告警进行提示。

连续测速异常时，进行人工干预。

2.3 磁钢安装示意图

如图5所示。

（1）1#磁钢：唤醒系统（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁钢：测速和纠错。

（3）天线：车号识别装置接收天线。

3 结论

系统采用ARM Cortex-M3内核的32位STM32作为控制器，3个磁钢作为测速信号的采集设备，通过本算法进行测速和纠错，能够很好的避免由于磁钢未检测、误检测车轴带来的测速不准的问题。采用本算法能够极大的提高测速的准确性，进而能够对车辆位置进行准确的判断，最终能够精确的控制喷洒设备，达到自动化精确喷洒。本算法具备很强的现实使用价值。

参考文献

[1]李伟，朱红，刘凤月.铁路煤炭运输抑沉剂的制备、评价和应用[J].铁道学报，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，张晓东，董志国.运煤车智能全自动防冻液喷洒系统[J]机械工程与自动化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志刚，李元宗.基于PLC的防冻液喷洒控制系统设计[J].煤矿机械，2009，30（1）：33-36.

[4]张晓东，牛志刚等.铁路运煤车防冻液自动喷洒系统研究与应用[J].煤矿机械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋锡来.全自动抑尘剂喷洒系统的研制[J].机械设计与制造，2011（07）：100-101.

作者单位

河南郑铁中原遥感科技有限公司 河南省郑州市 450000endprint

摘 要

煤车抑尘剂喷洒系统的前提是列车测速，根据列车的实时测速，才能准确判定列车的实时位置，才能进一步确定喷洒时机。如何提高列车测速的正确性是喷洒系统的关键。该研究专门针对磁钢测速提出多种测速算法，并进行验证，找出最优的测速算法。

【关键词】抑尘剂 磁钢 车轮传感器 测速 MCU 自动喷洒 车号识别 计轴判辆

1 前言

随着铁路货物列车速度的不断提高，煤炭铁路运输过程中扬尘、遗洒和环境污染等问题日益凸显，已经成为危及运输安全、造成环境污染和浪费煤炭资源的重大隐患之一。目前在我国的煤炭铁路储运中主要采取抑尘措施。

目前我国抑尘控制主要是手动控制。手动控制会带来喷洒不准确、误喷、抑尘剂浪费，人力浪费等多种弊端，所以研发自动喷洒系统就能很好的解决上述问题。而该系统中最重要、最核心的问题就是精确的获取列车的当前速度。所以本文就专门针对列车测速提出优化算法。

2 磁钢测速功能模块

2.1 介绍

该功能模块能够实时准确的测量列车速度，基于速度可以准确的绘制出喷洒的时序，即何时开启喷洒，何时终止喷洒，能够精确无误的喷洒到每一节车厢（煤炭），并且能够准确的避开两节车厢之间的钩档（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁钢可以实现列车的测速，提供以下三种测速方案：双轴单磁钢、单轴双磁钢、双轴双磁钢等多种算法。

2.3.1 双轴单磁钢

如图1所示。

（1）根据电子标签的车型信息，获取该车厢的轴距S （轴距固定）。

（2）计算出磁钢信号两个相邻下降沿之间的时间间隔t。

（3）计算出列车的速度V = S / t。

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两车轮时间间隔测量出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.2 单轴双磁钢

如图2所示。

（1）1#磁钢和2#磁钢间距L（根据需要安装固定）；

（2）计算出1#磁钢和2#磁钢检测到的两个下降沿之间的时间间隔t；

（3）计算出列车的速度V = L / t；

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两磁钢测量的时间间隔出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.3 双轴双磁钢

采用双轴单磁钢和单轴双磁钢的测速方法均存在测量不准的风险，可以综合运用两种方法相结合测速异常处理进行更精确的测试，保证测速结果更接近列车实际运行速度。如图3所示。

（1）计算出基于磁钢间距测速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁钢和2#磁钢间距L。

（3） t1：1#磁钢和2#磁钢对1#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（4） t2：1#磁钢和2#磁钢对2#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（5）计算出基于车轴间距测速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：车厢的轴距S（轴距固定），可通过电子标签信息获取；

（7） t3：1#车轴和2#车轴经过1#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（8）t4：1#车轴和2#车轴经过2#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（9）计算出实际速度V = （V1 + V2） / 2；

双轴双磁钢算法结合下面的磁钢纠错算法，能够大幅提高测速的准确性。

2.3.4 磁钢纠错

对于列车车辆的每一个轴进行磁钢纠错，保证车轴检测的正确性。

示意图（1#轴）如图4所示。

对于每个磁钢都会出现未检测、误检测等问题，所以为了提高车轴检测的正确性，设计3个磁钢，只有2个（或以上）磁钢检测信号一致时，才认为车轴检测正确，并对第3个未正确检测车轴的磁钢进行纠正，保证下次能够正确检测。

2.3.5 测速异常处理

通过对磁钢测速算法的研究，能够大幅的提高磁钢测速的准确性，但是不排除仍有很多现场外因导致测速不准确时，应按照如下方案进行规避修正，尽量不影响本节车厢的喷洒和下节车厢的正常测速：

（1）采用上节车辆测速结果。

（2）采用默认车速模型（根据现场情况）。

（3）告警进行提示。

连续测速异常时，进行人工干预。

2.3 磁钢安装示意图

如图5所示。

（1）1#磁钢：唤醒系统（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁钢：测速和纠错。

（3）天线：车号识别装置接收天线。

3 结论

系统采用ARM Cortex-M3内核的32位STM32作为控制器，3个磁钢作为测速信号的采集设备，通过本算法进行测速和纠错，能够很好的避免由于磁钢未检测、误检测车轴带来的测速不准的问题。采用本算法能够极大的提高测速的准确性，进而能够对车辆位置进行准确的判断，最终能够精确的控制喷洒设备，达到自动化精确喷洒。本算法具备很强的现实使用价值。

参考文献

[1]李伟，朱红，刘凤月.铁路煤炭运输抑沉剂的制备、评价和应用[J].铁道学报，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，张晓东，董志国.运煤车智能全自动防冻液喷洒系统[J]机械工程与自动化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志刚，李元宗.基于PLC的防冻液喷洒控制系统设计[J].煤矿机械，2009，30（1）：33-36.

[4]张晓东，牛志刚等.铁路运煤车防冻液自动喷洒系统研究与应用[J].煤矿机械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋锡来.全自动抑尘剂喷洒系统的研制[J].机械设计与制造，2011（07）：100-101.

作者单位

河南郑铁中原遥感科技有限公司 河南省郑州市 450000endprint

摘 要

煤车抑尘剂喷洒系统的前提是列车测速，根据列车的实时测速，才能准确判定列车的实时位置，才能进一步确定喷洒时机。如何提高列车测速的正确性是喷洒系统的关键。该研究专门针对磁钢测速提出多种测速算法，并进行验证，找出最优的测速算法。

【关键词】抑尘剂 磁钢 车轮传感器 测速 MCU 自动喷洒 车号识别 计轴判辆

1 前言

随着铁路货物列车速度的不断提高，煤炭铁路运输过程中扬尘、遗洒和环境污染等问题日益凸显，已经成为危及运输安全、造成环境污染和浪费煤炭资源的重大隐患之一。目前在我国的煤炭铁路储运中主要采取抑尘措施。

目前我国抑尘控制主要是手动控制。手动控制会带来喷洒不准确、误喷、抑尘剂浪费，人力浪费等多种弊端，所以研发自动喷洒系统就能很好的解决上述问题。而该系统中最重要、最核心的问题就是精确的获取列车的当前速度。所以本文就专门针对列车测速提出优化算法。

2 磁钢测速功能模块

2.1 介绍

该功能模块能够实时准确的测量列车速度，基于速度可以准确的绘制出喷洒的时序，即何时开启喷洒，何时终止喷洒，能够精确无误的喷洒到每一节车厢（煤炭），并且能够准确的避开两节车厢之间的钩档（700mm）。

2.2 算法研究

利用磁钢可以实现列车的测速，提供以下三种测速方案：双轴单磁钢、单轴双磁钢、双轴双磁钢等多种算法。

2.3.1 双轴单磁钢

如图1所示。

（1）根据电子标签的车型信息，获取该车厢的轴距S （轴距固定）。

（2）计算出磁钢信号两个相邻下降沿之间的时间间隔t。

（3）计算出列车的速度V = S / t。

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两车轮时间间隔测量出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.2 单轴双磁钢

如图2所示。

（1）1#磁钢和2#磁钢间距L（根据需要安装固定）；

（2）计算出1#磁钢和2#磁钢检测到的两个下降沿之间的时间间隔t；

（3）计算出列车的速度V = L / t；

缺点：如果单个磁钢对车轮误检测时（未检测或干扰）时，将导致两磁钢测量的时间间隔出现误差，此时速度将不可信，导致整个喷洒时间出现异常。

2.3.3 双轴双磁钢

采用双轴单磁钢和单轴双磁钢的测速方法均存在测量不准的风险，可以综合运用两种方法相结合测速异常处理进行更精确的测试，保证测速结果更接近列车实际运行速度。如图3所示。

（1）计算出基于磁钢间距测速的速度V1 = 2L / （t1 + t2）。

（2）L：1#磁钢和2#磁钢间距L。

（3） t1：1#磁钢和2#磁钢对1#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（4） t2：1#磁钢和2#磁钢对2#车轴检测到的两个下降沿之间的时间差；

（5）计算出基于车轴间距测速的速度V2 = 2S / （t3 + t4）；

（6）S：车厢的轴距S（轴距固定），可通过电子标签信息获取；

（7） t3：1#车轴和2#车轴经过1#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（8）t4：1#车轴和2#车轴经过2#磁钢时两个相邻下降沿之间的时间间隔；

（9）计算出实际速度V = （V1 + V2） / 2；

双轴双磁钢算法结合下面的磁钢纠错算法，能够大幅提高测速的准确性。

2.3.4 磁钢纠错

对于列车车辆的每一个轴进行磁钢纠错，保证车轴检测的正确性。

示意图（1#轴）如图4所示。

对于每个磁钢都会出现未检测、误检测等问题，所以为了提高车轴检测的正确性，设计3个磁钢，只有2个（或以上）磁钢检测信号一致时，才认为车轴检测正确，并对第3个未正确检测车轴的磁钢进行纠正，保证下次能够正确检测。

2.3.5 测速异常处理

通过对磁钢测速算法的研究，能够大幅的提高磁钢测速的准确性，但是不排除仍有很多现场外因导致测速不准确时，应按照如下方案进行规避修正，尽量不影响本节车厢的喷洒和下节车厢的正常测速：

（1）采用上节车辆测速结果。

（2）采用默认车速模型（根据现场情况）。

（3）告警进行提示。

连续测速异常时，进行人工干预。

2.3 磁钢安装示意图

如图5所示。

（1）1#磁钢：唤醒系统（非必需）。

（2）2#、3#、4#磁钢：测速和纠错。

（3）天线：车号识别装置接收天线。

3 结论

系统采用ARM Cortex-M3内核的32位STM32作为控制器，3个磁钢作为测速信号的采集设备，通过本算法进行测速和纠错，能够很好的避免由于磁钢未检测、误检测车轴带来的测速不准的问题。采用本算法能够极大的提高测速的准确性，进而能够对车辆位置进行准确的判断，最终能够精确的控制喷洒设备，达到自动化精确喷洒。本算法具备很强的现实使用价值。

参考文献

[1]李伟，朱红，刘凤月.铁路煤炭运输抑沉剂的制备、评价和应用[J].铁道学报，2008，30（4）：125-128.

[2]李元宗，张晓东，董志国.运煤车智能全自动防冻液喷洒系统[J]机械工程与自动化，2009（1）：90-91.

[3]周巍，牛志刚，李元宗.基于PLC的防冻液喷洒控制系统设计[J].煤矿机械，2009，30（1）：33-36.

[4]张晓东，牛志刚等.铁路运煤车防冻液自动喷洒系统研究与应用[J].煤矿机械，2009，30（1）：139-142.

[5]任志舶，李琦，宋锡来.全自动抑尘剂喷洒系统的研制[J].机械设计与制造，2011（07）：100-101.

作者单位

河南郑铁中原遥感科技有限公司 河南省郑州市 450000endprint