电液转辙机油压油位及视频缺口监测系统的设计与实现

郑九方

（朔黄铁路发展有限责任公司线路检测与救援中心，河北肃宁 062350）



电液转辙机油压油位及视频缺口监测系统的设计与实现

郑九方

（朔黄铁路发展有限责任公司线路检测与救援中心，河北肃宁 062350）

摘要：利用各种传感器采集转辙机表示缺口图像（静态）、视频（动态）、转辙机动作电流、转辙机内环境温度、环境湿度、电液转辙机液压系统油缸压力、液压油液位等信息。通过监测软件对收到的图像、数据等进行保存、识别、分析并记录，一旦发现异常可自动给出告警信息，还可在监测系统测试终端机（即工控机）显示相应的油压、油位、转辙机机内温度、湿度、动作电流等数据。

关键词：电液转辙机；油压油位；视频缺口监测

Abstract:The paper introduces a monitoring system using various sensors to collect information of the switch machine such as indication gap image (static), video (dynamic), action current, temperature, humidity, cylinder pressure and hydraulic oil level of electrohydraulic switch machines. Through saving, identifying, analyzing and recording the images and data received by monitoring software, the monitoring system will automatically give alarm information in case of fi nding abnormal conditions, it also can display the relevant oil level, oil pressure, the temperature, humidity, action current of the switch machine on the testing terminal.

Keywords:electrichydraulic switch machine; hydraulic oil level; video monitoring of gaps

电动（电液）转辙机（以下简称“转辙机”）是车站联锁系统中的一项重要基础设备，也是道岔转换系统中的一个重要设备。随着列车运行速度的不断提高，载重增加、密度加大，道岔在不断发展。这些变化也带来道岔转换系统技术的发展，但道岔密贴检查却仍沿用人工定期巡检、依靠目测判定、调整检查柱检测面与表示杆缺口间隙的老方法。对电液型转辙设备的油压油位检测仍需在现场目测或要点搬动试验，既不方便又不安全。如何能自动地对道岔密贴强度进行动态监测、及时掌握缺口间隙变化信息；自动监测电液转辙机的油压油位，一直是保证铁路运输安全的重要课题。

1　系统工作原理

电动转辙机油压油位及视频缺口监测系统是利用微型摄像头、电流传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、液位传感器等各种传感器（随着发展还将采用更多传感器采集更多的数据）采集转辙机表示缺口图像（静态）、视频（动态）、转辙机动作电流、转辙机内环境温度、环境湿度、电液转辙机液压系统油缸压力、液压油液位等。拍摄转辙机表示缺口图片（静态）或视频（动态）经压缩编码后，再通过既有信号电缆以数字总线形式传输到室内信号机械室的转辙机表示缺口视频监测系统主机。转辙机表示缺口视频监测系统主机内含的通信协议转换器把数据总线协议转换后，将前端各种传感器采集的并作预处理的相关信息传给监测系统测试终端机（即工控机）中的监测软件。随后，监测软件对收到的图像、数据等进行保存、识别、分析，并记录每个转辙机表示缺口的间隙值，一旦发现该间隙值大于预设间隙值可自动给出告警信息，还可对每台转辙机表示缺口各时间段的间隙值进行列表、统计分析、图片保存、缺口间隙变化的曲线图提供给信号维护人员，作为转辙机维修、缺口调整的参考数据。还可在监测系统测试终端机（即工控机）显示相应的油压、油位、转辙机机内温度、湿度、动作电流等数据。系统原理如图1所示。

2　系统总体架构

2.1CAN方式系统架构

该监测系统基本运行模式是采用CAN通信的四线制模式，它支持监测缺口的静态图像、液压型转辙机(主机)的油压油位和转辙机箱内的温湿度等各种模拟及开关量信息。

转辙机表示缺口视频监测及油压油路监测系统包括监测系统监测终端(工控机)、监测系统主机（视频通信服务器)和图像采集器(简称采集器或采集终端)等三大主体部件。除了这三大主体部件外，构建一个完整的系统，还需要若干个CAN路由器(按需选配)、一台ADSL局端接入设备(按需选配)和一些传感器(电液型转辙机主机选配，包括启动电流传感器、左右油压传感器、油位传感器及温湿度传感器等)。它们分别完成主体功能、通信汇接和前端图像及数据采集的任务。系统框架如图2所示。

CAN路由器提供1路高速率的合并通道与3路低速率的路由通道间的CAN数据互相转发，CAN合并通道的数据线接入通信服务器的CAN通信口，每个CAN路由通道的数据线对应一对用作CAN通信线的干线信号线， 以达到改变现场CAN总线的拓扑结构，消除不同CAN通信总线间数据干扰的效果。

手持机单片机选用与电子铁鞋完全相同的C8051F023，其作用是通过无线收发模块实现对电子铁鞋上、下道信息的登记和报警信息的接收和显示等功能。

2.2ADSL方式的系统架构

该系统还可以采取支持ADSL通信的四线制应用模式，它除了包含以上CAN通信模式具有的监控功能外，还可以支持连续视频方式监测缺口运行情况。

上述两种应用模式，除了CAN路由器和ADSL局端接入设备分别应用在不同模式外；通信服务器可以实现兼容；图像采集器外形完全和接线完全一致，内部略有区别。只要CAN总线和ADSL总线分别采用不同的信号电缆，同一个监测系统允许混装两种应用模式。

2.3系统工作过程描述

1）图像采集器在监测软件的控制下，定期采集各个转辙机内表示缺口的静态图像或动态视频，再依次通过数据总线(普通信号电缆)传输到设备机房内的通信服务器(CAN应用模式)或ADSL局端接入设备(ADSL应用模式)，然后这些数据又转发到工控机上的监测软件，监测软件接收、保存图像数据，并识别、分析每个转辙机当前表示缺口的间隙值，一旦发现该间隙值大于预设间隙值可给出预警信息；另外，监测软件还可对每台转辙机表示缺口的历史间隙值进行统计分析，并图示各缺口间隙变化曲线，供信号维护人员参考。

2）图像采集器通过监测启动电流传感器，一旦发现转辙机开始动作，就采集记录左右油缸的转换油压曲线，并在转换完成后，启动拍照，记录扳道后第一张未受力的缺口图像。图像采集器完成曲线采集和照片拍照后，通过CAN总线(CAN应用模式)或电源总线(ADSL应用模式)通知监测软件。监测软件据此及时读取有关图像采集器采集的油压曲线和转换后第一张未受力的缺口图像，进行后续分析。

3　系统监测软件

系统监测软件接收、处理来自各图像采集器的缺口静态图像、缺口连续视频、油位油压曲线数据和箱内温湿度等数据，实现包括缺口图像识别、绘制缺口变化曲线、图示转换油压曲线及转换时间、显示当前油位信息和记录箱内温湿度等功能，而且还可以根据需要提供缺口过大、油压过高时的预警等信息，也提供系统通道的故障情况。

监测软件为信号维护人员提供良好的人机操作界面，提供包括站场设置，人工获取缺口图片、视频，查询历史图片、录像，查询缺口波动曲线，查询动作曲线(左右油压、启动电流)等。

3.1运行环境

1）网络环境：10 M/100 M局域网及2 M以上广域网，主流防火墙、路由器、交换机等网络设备。

2）工控机：Windows XP操作系统、100 M网卡、1个串口、256 M以上内存、60 G以上硬盘。

3）数据库：Access。

3.2功能架构

软件结构采用模块化设计，功能架构如图3所示。

3.3软件设计

1）图像监测原理

由于转辙机内部缺口位置的原因，无法通过摄像头直接拍摄缺口图片，所以采取缺口外延的方式，即在和缺口同一个表示杆上做标记线，由于缺口和标记线距离是固定的，所以监测标记线的位置变化，就反映了缺口的变化。

2）图像识别技术

由于要求识别的精度在0.1 mm，而实际获取的图片因为光线反光、表示杆上有油污，而且无法获知图片的定反位信息，所以如何正确、精确识别是软件的核心部分，主要原理和解决方法如下：

缺口外延：由于实际的缺口无法监测，所以采取在表示杆上做标记线的方式。

安装标尺：由于摄像头的焦距、安装位置都会有变化，所以不同转辙机上获取的图片每个像素点代表的实际距离是不同的，所以通过安装高精度标尺，并且对标尺的精确识别，获取图像中每个像素点代表的精确距离。

图像处理：由于采集的图片有油污、反光、标志线浅、模糊等一系列问题，所以通过对大量实际采集的图片分析后进行各种图像的前期处理，做到正确、精确的图像识别。

3）采集数据统计处理

传统意义上对转辙机缺口的监测还停留在看扳道后缺口大小来判断是否要调整，而通过监测数据的汇总可以分析转辙机趋势性、统计性的状态，比如通过日曲线、每日统计曲线可以分析，转辙机在一段时间内缺口是比较平稳的，还是波动比较大；有没有缺口变大或变小的趋势等。这些信息的提供远比缺口报警更有实际意义。

记录转辙机动作过程中油压的变化曲线，通过曲线可以分析转辙机动作过程中是否存在阻力异常，如果油压过大或者动作时间过长，都警示转辙机可能存在异常。

采集到的数据做成图表，根据图表的形状、趋势来判断转辙机是否存在问题。

a.转辙机道岔搬动后的曲线反映了转辙机在不受力情况下，缺口是否调整到位，是否有波动，波动的趋势如何；如果趋势变大、变小或者波动加大，这时即使没有报警，也要及时实地观察调整转辙机。

b.转辙机随机图像曲线反映转辙机在可能受力情况下缺口的变化情况，这时的曲线波动会比较大，主要观察长期曲线的变化情况。如果发现趋势变大、变小或者波动加大，这时候即使没有报警，也要及时实地观察调整转辙机。

c.油压曲线：油压曲线分为解锁、动作、锁闭3个过程，在3个过程中若发现时间过长、油压过高，则需要及时进行调整。

4　结束语

系统建成并投入正常运用后，将直接或间接地为企业带来很好的经济效益，其预期效果主要体现在以下几方面：

1）安全方面

通过系统全天候自动对道岔设备进行巡检，减少了信号维护人员日常巡检所必须的上道时间，尤其是避免了恶劣天气下室外工作的不利因素，降低了信号作业人员上道作业的人身伤亡风险。

2）工作效率方面

该系统能自动地记录转辙机运行中的各种参数，采集的数据量比人工采集方式不仅多且全面，而且更加节约时间。能显著的提高日常巡检效率。

3）设备维修方面

该系统自动分析转辙机缺口变化趋势、采集的转辙机扳动时油压变动曲线，能真实有效地反映转辙机的状态，为实现转辙机状态修提供了技术手段和科学依据。同时，在提高设备运用率、运用质量方面也大有益处。

（4） 管理方面

借助该系统，工区可以针对性的安排转辙机的维护工作，节约了很多管理成本和无谓的消耗。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.铁运[2008]142号 铁路信号维护规则 技术标准[S].2008.

[2]中华人民共和国铁道部.TB10006-2005 铁道运输通信设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

国外简讯

收稿日期：（2015-01-06）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.013