自动售检票系统关键模块专用检测装置

薛红昌　刘广平　潘锦明　廖清　靳守杰

摘  要：自动售检票系统领域关键模块质量良莠不齐，检测和评价能力薄弱。专用检测装置可对符合标准软件接口的模块进行功能、性能、可靠性检测，提升该领域自动化检测能力，节省人力成本，实现AFC非标系统部件的基准能力评测。从项目需求、软硬件功能设计及可靠性评估算法角度，阐述自动售检票系统专用检测装置的系统设计及未来研究方向。

关键词：AFC系统;专用检测装置;可靠性评估

中图分类号：U293.221;TP311.52       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0125-05

Special Detection Device for Key Modules of AFC System

XUE Hongchang1，LIU Guangping1，PAN Jinming1，LIAO Qing1，JIN Shoujie2

（1. GRG Banking Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou  510663，China;

2. Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou  510330，China）

Abstract：The quality of key modules in the field of automatic fare collection system is uneven，and the ability of detection and evaluation is weak. The special detection device can detect the function，performance and reliability of the modules that meet the standard software interface，improve the automatic detection ability in this field，save labor cost，and realize the benchmark ability evaluation of the non-standard system components of AFC. From the perspective of project requirements，software and hardware function design and reliability evaluation algorithm，expounds the system design and future research direction of the special detection device for AFC system.

Keywords：AFC system;special detection device;reliability assessment

0  引  言

本文为国家重点研发计划“先进轨道交通专项”——复杂环境下轨道交通系统全生命周期能力保持技术的研究成果。该项目研究城轨交通系统全生命周期能力保持技术的理论体系及系统装置，推动轨道交通从前期规划、建设运营到维修保养的全生命周期优化，提升轨道交通投资/收益比，提升城轨交通系统的安全性、可靠性。该项目所属课题“复杂环境下城轨车站设备及系统能力保持技术”及子任务“隘口型设备服役性能评测技术”对自动售检票系统（AFC）关键模块全生命周期能力保持技术进行研究。

自动售检票系统是轨道交通领域广泛使用的运营管理系统。该系统自动实现售票、检票、清分、统计等工作，大大降低企业人力成本。作为AFC系统关键模块，硬币模块和发卡模块的质量可靠性愈显重要。

现阶段，此类模块全靠人工检测，效率低、劳动强度大、人为因素较难把控。随着人力成本升高及自动控制技术发展，对无人值守自动化检测装置的需求愈来愈迫切。

1  项目需求及硬件系统设计

如图1所示，从硬币/发卡模块人工检测流程中提取两者共同点，形成专用检测装置的项目需求。A位置需1个补币暂存器用于给硬币/发卡模块补币。B位置和C位置各需1个收集审计器统计该通道的硬币/票卡数量。硬币/票卡从B/C位置传输至A位置需传动链传输机构。B位置和C位置的传动链传输机构需具有正反传输功能。A、B、C位置的部件均需具有自动出币及计数功能。

1.1  专用检测装置总体架构

如图2所示，专用检测装置采用二级控制系统，计算机作为控制中心，承担被检测模块和检测平台的协调配合，检测装置控制板作为下位机控制系统，二者共同实现被检模块自动测试任务。计算机系统选用高可靠性和环境适应能力强的工控机。工控机与检测平台，被测模块，输入/输出驱动板之间使用广电运通自研的串口通讯协议。该协议采用命令-响应的被动形式，具有BCC校验及纠错重传机制，保证串口通讯高效传输。控制模块接收命令，执行相应动作，并将执行结果返回工控机。工控机自行决策下一步操作。由工控机、显示器、键盘、鼠标实现人机接口。通过上层软件，操作人员可设置测试参数及查询测试结果。220 V市電通过配电箱接入电源箱，输出检测装置及被测模块所需的24 V/12 V电压。配电箱集成漏电保护开关，有效保护人身安全。硬币/票卡采用皮带夹送传输方案，该方案在《皮带夹送传输控制算法》中详细阐述。补币暂存器及收集审计器均选用广电运通自研出币器。该出币器出币速度快，可达6～8枚/秒，有利于自动化设备高速运行。机架配置4个脚轮和4个支撑脚架，既方便装置移动，又方便装置固定测试。

1.2  温控系统

如图3所示，主机柜上下各安装一个12 V风扇。下部风扇从外部吸空气。上部风扇向外部排空气。在主机柜内部形成从下往上的空气循环，维持主机柜适宜温度。为避免资源浪费，在风扇供电电路增加磁敏温度开关CTR-18/20～25 MY，当机柜内温度高于20 ℃，风扇自动启动降温。当机柜温度下降到20 ℃以下，风扇自动停止工作，绿色环保。

1.3  整体结构设计

图4是整体结构设计图。当硬币/票卡从补币暂存器1出来，通过补币管道2进入被测模块3。被测模块3执行相应操作，硬币/票卡进入收集审计器1或收集审计器2，最后由皮带夹送传输至补币暂存器1，形成完整的硬币/票卡循环路径。

（注：1-补币暂存器;2-补币管道;3-被测模块;4-托架调节手轮;5-托架;6-螺纹丝杆;7-水平传输通道;8-回收箱;9-脚轮;10-支撑脚架;11-手轮1;12-步进电机1;13-步进电机2;14--手轮2;15-收集审计器1;16-收集审计器2;17-声光报警灯;18-工控机;19-上出风口;20-检测平台控制板;21-输入输出驱动板;22-电源箱;23-下出风口;24-配电箱）

被测模块安装架5、丝杆6和手轮4组成的部件，可沿Z轴方向手工调节。补币暂存器1和补币管道2可沿Z、X轴方向手工调节，以兼容不同供应商的模块。

2  软件系统设计

如图5～图8所示，软件系统由登录界面、功能检测、可靠性测定、可靠性检测等界面组成。

3  可靠性评估算法

可靠性测定方案通过可靠性试验，测定被测模块的可靠性指标，判定被测模块是否符合可靠性指标。为保证可靠性试验结果的准确性，被测模块需经过应力筛选（高温老化或常温老化）合格的产品。在试验过程中，被测模块应尽可能模拟实际使用情况进行基本功能操作。选择MCBF作为硬币模块和发卡模块的可靠性特征值。

3.1  可靠性测定方案

依据GB 5080.4-1985《设备可靠性试验 可靠性测定试验的点估计和区间估计方法（指数分布）》规定的试验方案实施。

以硬币模块为例，任务剖面覆盖以下基本功能：硬币识别、硬币主找零、硬币缓存找零、硬币清币。其中硬币识别、硬币主找零、硬币缓存找零、硬币清币处理的硬币数量计入硬币处理总数，

硬币主找零、硬币缓存找零操作应覆盖全部主找零器和缓存找零器。覆盖每次缓存找零1枚至缓存找零18枚。硬币清币操作应覆盖容量为100%、80%、50%、20%时执行清币。对试验中出现的故障进行故障原因分析。排除非关联故障，记关联故障数为r。

3.1.1  点估计

试验达到定数时，假设试验处理硬币总枚数是M，出现的关联故障数为r，则MCBF的点估计值：

MCBF=试验处理硬币总枚数M/关联故障数r

如未发现关联故障，则r=0，点估计按MCBF=试验处理硬币总数M*3计算。

3.1.2  区间估计

我们只关心被测模块的最低寿命，采用单边置信区间。假设试验终止时，总处理硬币枚数M，关联故障数r，置信水平90%，则MCBF的区间估计值：

MCBF>=2M/x²₀₉₀（2r+2）（参考数据见表1、表2）

当关联故障超过3次时，点估计和区间估计均可作为可靠性测定指标。当故障数较小时，点估计值缺乏可信度。当故障数充分多时，点估计和区间估计逐步趋近。本文使用区间估计值作为m0值。

3.2  可靠性检测方案

依据GB 5080.7-1986《设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》中的序贯试验编号4：6方案（标称值α=20%，β=20%，鉴别比Dm= 2）实施。

如图9所示，x轴为累计试验硬币数，y轴为累计相关故障数。斜线ab，cd将坐标系分为拒收区、继续试验区、接收区。当试验中发现关联故障，则计算当前m值与m0的倍数，根据表3判定下一步是拒收，接收，还是继续试验。假如是拒收或接收，则试验结束。假如试验达到m0的1.4倍时未发现关联故障，或试验达到m0的2.09倍时只发生1次关联故障，则判定為接收。

4  结  论

综上所述，自动售检票系统关键模块专用检测装置为独立的测试平台，具备友好的人机交互界面，能实现AFC非标系统部件自动化检测，筛选优质模块，提升现场模块服役年限，提升轨道交通投资/收益比。随着物联网的普及，专用检测装置应向网络化方向发展。

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作者简介：薛红昌（1983-），男，汉族，山西临汾人，就职于AFC开发二部，硬件工程师，电子技术工程师，2007年毕业于长江大学，工学学士，研究方向：自动售检票系统研发、硬币模块、TOKEN模块、票卡模块研发。