列车折关检测系统分析及数据处理算法探讨27449.docx

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1、列车折关检测系统分析及数据处理算法研究时间：2009-04-09 09:17:12 来源：自动化与信息工程 作者：王刚 黄挚雄1 引言 列车在运行过程中，若发生折角塞门误关(简称折关，主要由人为故意破坏非正常关闭折角塞门或者折角塞门由于长久工作而自然损坏两方面原因造成)，在列车需要制动时，使空气制动功能受到影响，制动力下降，严重时将造成列车冒进、追尾等事故。因此，列车“折关”是铁路安全运行中存在的重要问题之一。铁道部1988年已将防止折角塞门关闭造成事故问题列为铁路安全的重点攻关项目。目前对列车折关检测主要是根据对列车管内气压数据的采样，然后与正常情况下的数据对比计算获得折关与否以及折关的具体

2、位置。基于此原理研发成的检测装置大致有三类： (1)列车尾部安全装置，(2)列车折关检测报警记录装置(列车管贯通状态检测仪)， (3)列车制动主管漏泄检测仪。本文介绍的系统设计是基于列车折关检测报警记录装置原理。2 检测系系统电路路设计 检测系系统电路路包括信信号调理理板、单单片机电电路、滤滤波放大大电路、AAD转转换电路路、显示示电路等等，如图图1所示示。单片片机是系系统的核核心，它它控制AAD转转换器采采样经滤滤波放大大后的压压力、差差压信号号并转换换成数字字量，按按照一定定的算法法规则处处理后，得得到代表表列车管管贯通状状态的具具体值并并送显示示电路。21 滤滤波放大大电路 装置检检测盒

3、送送出的压压力P是是0mAA200mA信信号，差差压。DDP是110110mAA信号，这这种电流流源信号号对激励励电压的的变化不不敏感，长长导线传传输也不不会因电电压降或或感应噪噪声产生生误差。由由于列车车运行时时现场条条件恶劣劣且干扰扰严重，加加之扩散散硅压阻阻传感器器本身对对声压及及其它杂杂散干扰扰较为敏敏感，传传感器送送给主机机的两个个信号分分别经过过两个低低通滤波波器，使使信号质质量得到到提高，该该低通滤滤波器采采用MAAX2991，它它是一个个8级巴巴特沃斯斯低通滤滤波器，为为了防止止信号过过载使滤滤波器失失效和损损坏，两两输入信信号均加加有硬件件过载保保护电路路。放大大部分由由LM

4、ll24及及外围元元件组成成，它将将P和DDP分别别放大到到10VV和5VV+5VV，供AAD转转换使用用。图22是压力力P信号号的虑波波放大电电路原理理图，可可调比较较电平是是在定压压5kgg和6kgg二种情情况下，为为截取信信号的有有用变化化分量进进行充分分放大而而设置的的。22 AAD转转换电路路 AD转换换过程中中，每隔隔时间TT对输入入的连续续信号进进行采样样，采样样后的数数据在时时间上是是离散的的，然后后经过量量化(即即编码)将模拟拟信号转转化成数数字信号号。在AAD转转换器中中，采用用四舍五五入的取取整量化化方式。毫毫无疑问问，量化化会使信信号失真真，给系系统带来来量化误误差，影

5、影响系统统的精度度和过程程平滑。为为了减少少量化误误差对系系统精度度和平滑滑性的影影响，应应该正确确地选用用ADD转换器器。 当当监测列列车管中中气体的的压力、差差压变化化时，需需要同时时对两个个信号进进行实时时采集并并将其转转换成数数字量，为为了提高高系统的的动态性性能和测测量精度度，采用用了122位高速速ADD转换器器MAXXl966来进行行模数转转换，并并用MAAX6224l做做基准。经经前向处处理后的的P和DDP信号号分别送送到MAAXl996的CCH0和和CHll，在889C55l的控控制下完完成AD转换换。图33为AD转换换电路连连接图。23 显显示电路路 装置置的显示示采用MMA

6、X772199驱动LLED显显示器。它它与微处处理器的的连接简简单，可可以与微微处理器器任意三三个端口口连接。如如图4所所示为微微处理器器与MAAX72219的的一种连连接方式式。 MMAX772199是一种种高集成成化的串串行输入入输出出的共阴阴极LEED显示示驱动器器。每片片可驱动动8位77段加小小数点的的共阴极极数码管管，可以以多片级级联，只只需将上上一片的的DOUUT连接接下一片片的DIIN即可可，CLLK和LLOADD线全部部公用，连连在一起起。在多多片级联联时，对对MAXX72119的操操作指令令要注意意LOAAD信号号的起止止点，操操作开始始时，LLOADD下降为为低电平平，按照

7、照每片MMAX772199两个字字节，如如果有NN片，则则发送22N个字字节后，LLOADD上升为为高电平平。还需需注意的的是，先先发送的的指令将将到达级级联的最最后一片片。MAAX72219内内部设有有扫描电电路，除除了更新新显示数数据时从从单片机机接收数数据外，平平时独立立工作，极极大地节节省了MMCU有有限的运运行时间间和程序序资源。3 折关检检测算法法研究331 数据分分析及选选择 列列车折关关故障检检测系统统由于是是一个存存在各种种非理想想因素的的复杂系系统，检检测所测测得的信信号带有有很大的的随机性性，其特特征往往往只能从从统计意意义上予予以描述述。在这这里，传传统的滤滤波方法法不

8、可能能将无用用信号从从测量数数据中分分离出来来，为了了获取可可信度较较高的有有用数字字信息，采采用从数数据系列列中提取取逼近真真值数据据的软件件算法，由由于这种种软件滤滤波具有有较强的的自适应应性，其其效果往往往是硬硬件滤波波电路所所达不到到的。 对于nn次等精精度数据据采集，存存在着系系统误差差、随机机误差和和因突发发干扰引引起的疏疏失误差差，这都都将使采采集的数数据偏离离真值。此此时，可可用剔除除m个误误差数据据后的nnm个个测量数数据的算算术平均均值y作作为测量量结果的的真值。 式中yyi为第第i次的的系统参参数测量量值。 这种用用有限次次测量序序列的算算术平均均值来代代替真值值y的做做

9、法，应应用了算算术平均均值原理理。N的的取值由由系统特特性决定定并遵从从贝赛尔尔均方根根误差公公式： 此式不不但说明明了用算算术平均均值代替替真值其其残余误误差的平平方和为最小小，而且且也说明明了采样样次数nn增加值降低低。但由由于的规规律减少少，故的降低低速率比比nmm要慢得得多，当当nmm100后，降低的的效果很很不明显显。另外外，考虑虑到当nn过大时时，等精精度测量量的条件件已不存存在。所所以，nnm=4110较为为合适，该该检测装装置根据据测量精精度要求求及运算算速度等等因素考考虑取值值为8，该该软件滤滤波方法法对提高高检测装装置的测测量准确确度十分分有效。32 折折关故障障诊断方方法

10、 由由于列车车管的总总耗气量量Q与减减压量P、车辆辆数n、由由泄漏引引起的耗耗气量QQ2均为为非线性性关系，但但是相同同车辆数数时Q与与P的关系系及同一一P下Q与与n的关关系可以以用实测测数据进进行分析析后拟合合出符合合测量误误差要求求的曲线线关系。对对于Q22，则存存在较大大的随机机性，因因此要求求检测管管压的精精度最好好高于允允许的220kPPa误差差。 列列车出发发前如果果能检测测到缓解解时对应应于P的Q，运运行中若若有折角角塞门误误关或泄泄漏，则则实测的的Q3比比Q小或或者大，因因此可以以通过测测流量的的方法进进行诊断断。但考考虑到实实际情况况，测QQ的方案案并不可可靠，因因为在机机车

11、列车车管处安安装射流流流量传传感器施施工上不不方便，另另外测量量Q值的的一致性性较差，容容易受到到其他因因素的干干扰。相相比较而而言，制制动管中中压力PP的测量量受各种种因素的的影响较较小且易易于获得得，因此此本系统统采用检检测管压压并结合合充气时时间判断断是否有有误关或或泄漏故故障。 编组已已定的列列车出车车前经过过多次试试验获取取对应于于不同减减压量P时，根根据多次次试验结结果计算算出允许许的最大大充气时时间和最最少时间间，就可可以通过过实时监监测缓解解工况时时列车管管中由某某压力升升至略低低于定压压时所用用的时间间来判断断是否发发生折角角塞门误误关故障障以及泄泄漏故障障，折角角塞门误误关故障障诊断流流程如图图5所示示。 4 结语 通过样样机装车车在株洲洲机务段段试运行行，本装装置系统统能较理理想检测测出列车车折关故故障，检检测出的的折关位位置误差差在三辆辆之内，基基本满足足运行需需求。为为了提高高检测精精度，需需要进一一步收集集数据，进进行多次次试验，充充分掌握握影响列列车制动动各因素素(如列列车管气气路泄漏漏，气温温、气流流速度等等)，用用于完善善数学模模型。