一种基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法与流程

本发明属于铁路列车检测及供电的技术领域，具体涉及一种基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法。

背景技术：

铁路列车组长距离行驶过程中，接触网供电会来自不同的变电所，两变电所接触网供电交接处会有一段无电区。传统自动过分相能够保证动车组安全惰性通过无电区，而无需进行升降弓，称之为车载过分相，但是车载过分相存在列车过分相区断电减速现象，并且车载主断路器开关频繁动作，一年左右即达到车载主断路器开关寿命，维护成本高。

随后出现了基于计轴设备的地面自动过分相系统，既通过地面定位装置，实时检测列车位置信息，当列车到达规定的区域后，地面分相系统进行接触网分相区的换相工作，如发明专利《高速客专地面自动过分相列车位置检测系统及方法》中所呈现的方式，但该方式存在接触网分相区长、运算单元多的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法，以解决或改善上述的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法，其包括用于提供设备不间断电源的ups和设置于分相区内侧和外侧的若干车轮传感器；若干所述车轮传感器通过轨旁接线盒实现与传感器信号处理单元的信号连接；所述传感器信号处理单元与动态计轴处理单元信号连接，动态计轴处理单元与逻辑处理单元信号连接，逻辑处理单元和动态切换单元信号连接；所述传感器信号处理单元、动态计轴处理单元、逻辑处理单元和动态切换单元分别与监测设备信号连接。

优选地，车轮传感器包括j1车轮传感器、j2车轮传感器、j3车轮传感器、j4车轮传感器、j1'车轮传感器、j2'车轮传感器、j3'车轮传感器和j4'车轮传感器；所述j1车轮传感器、j4车轮传感器、j1'车轮传感器、j4'车轮传感器设置于分相区外；所述j2车轮传感器、j2'车轮传感器设置于分相区内左侧锚断关节，j3车轮传感器、j3'车轮传感器设置于分相区内右侧锚断关节。

优选地，车轮传感器与传感器信号处理单元之间设置有防雷单元，防雷单元内设置有与车轮传感器数量对应的若干浪涌防护板，用于车轮传感器信号与传感器信号处理单元之间的浪涌防护。

优选地，动态计轴处理单元包括采集传感器信号处理单元eb1、eb2、eb3、eb4输出信号，并判断ag区段内动态组合的第一区及第二区有无列车及列车方向的第一动态计轴处理单元；

以及采集传感器信号处理单元eb1'、eb2'、eb3'、eb4'输出信号，判断bg区段内动态组合的第一区及第二区内有无列车及列车方向的第二动态计轴处理单元。

优选地，逻辑处理单元包括用于采集动态计轴处理单元输出信息，并进行逻辑判断和输出判断结果的第一逻辑处理单元和第二逻辑处理单元。

优选地，动态切换单元用于实时监测逻辑处理单元故障信息，并根据故障信息自动切换第一逻辑处理单元和第二逻辑处理单元。

一种基于微机计轴设备列车位置动态检测系统的检测方法，包括：

s1、车轮传感器实时感应车轮传感器上方通过的车轮信息，并将其转化为模拟电信号转送至传感器信号处理单元；

s2、传感器信号处理单元根据接收的车轮通过模拟电信息，评估该模拟电信号并输出代表车轮通过的数字电信号；

s3、根据接收的评估信息，第一动态计轴处理单元进行列车占用信息和方向信息判断并上传ag区段内有无列车及列车方向信息；同时，第二动态计轴处理单元判断并上传bg区段内有无列车及列车方向信息；

s4、根据第一动态计轴处理单元和第二动态计轴处理单元发送的列车有无信息和列车方向信息进行逻辑判断，逻辑处理单元输出列车第一区段占用空闲信息、第二区段占用空闲信息、总的列车正向信息、总的列车反向信息和系统故障信息；

s5、根据系统故障信息，若第一逻辑处理单元发生故障，则自动切换至第二逻辑处理单元；

s6、列车地面自动过分相装置可根据实时采集的轨道信息、列车正反向信息、第一区轨道和第二区轨道占用空闲信息、系统故障信息，完成分相区的带电换相作业。

优选地，步骤s3中第一动态计轴处理单元判断并上传ag区段内有无列车及列车方向信息时，且当列车正向行车时，车轮传感器j1、车轮传感器j3所在位置构成ag1区即第一区轨道，j3车轮传感器、j4车轮传感器构成ag2区即第二区轨道；当列车反向行车时，j1车轮传感器、j2车轮传感器构成ag1区即第一区轨道，j2车轮传感器、j4车轮传感器构成ag2区即第二区轨道。

优选地，步骤s3中第二动态计轴处理单元判断并上传bg区段内有无列车及列车方向信息时，且当列车正向行车时，车轮传感器j1'、车轮传感器j3'所在位置构成bg1区即第一区轨道，车轮传感器j3'、车轮传感器j4'构成bg2区即第二区轨道；当列车反向行车时，车轮传感器j1'、车轮传感器j2'构成bg1区即第一区轨道，车轮传感器j2'、车轮传感器j4'构成ag2区即第二区轨道。

优选地，分相区长度l＝车轮传感器j2至车轮传感器j3的距离，最小为列车第一受电弓与最后一个受电弓之间的距离。

本发明提供的基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法，具有以下有益效果：

本发明用于检测铁路轨道上指定位置是否有列车到达、列车的行驶方向以及轨道检测区间是否占用或出清，通过列车运行方向，动态的组合检测点，通过逻辑运算，将信息送至上层系统，上层系统可通过采集本发明系统输出信息完成指定分相区的带电换相工作；并实现了铁路列车通过无电区列车不带电惰性行驶时间尽量缩短甚至消除，无需车载主断路器开关动作，以提高铁路列车平均速度及消除车载主断路器开关维护成本；除此，本发明还大大缩短了基于计轴系统的地面自动过分相装置所需分相区长度，其分相区最短距离可与列车第一受电弓与最后一个受电弓之间的距离相等，并减少电子处理单元的数量，系统采用2乘2取2结构，大大提高了设备的可靠性和可用性。

附图说明

图1为基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法的系统框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的基于微机计轴设备列车位置动态检测系统及检测方法，包括用于提供设备不间断电源的ups和设置于分相区内侧和外侧的若干车轮传感器；若干车轮传感器通过轨旁接线盒实现与传感器信号处理单元的信号连接；传感器信号处理单元与动态计轴处理单元信号连接；动态计轴处理单元与逻辑处理单元信号连接；逻辑处理单元和动态切换单元信号连接；传感器信号处理单元、动态计轴处理单元、逻辑处理单元和动态切换单元分别与监测设备信号连接。

根据本申请的一个实施例，以下对本发明系统中的各个设备按照信号流向进行详细描述。

其中，车轮传感器包括j1车轮传感器、j2车轮传感器、j3车轮传感器、j4车轮传感器、j1'车轮传感器、j2'车轮传感器、j3'车轮传感器和j4'车轮传感器；其中，j1车轮传感器、j4车轮传感器、j1'车轮传感器、j4'车轮传感器设置于分相区外，其他的设置于分相区内；j2车轮传感器、j2'车轮传感器设置于分相区左侧锚断关节附近，j3车轮传感器、j3'车轮传感器设置于分相区右侧锚断关节附近。

以下对八个车轮传感器简称为j1、j2、j3、j4、j1'、j2'、j3'、j4'。

车轮传感器通过磁场检测原理，检测是否有车轮通过，并将采集到的信息以电流信号传输回室内传感器信号处理单元，室内外采用电缆进行传输。

设列车速度:v

本装置响应时间(列车到达传感器至装置给出换相信号)：t

则：

j1至分相区左侧锚断关节最短距离l1＝v*t；j1'同j1，实际安装传感器应远大于最短距离。

j2至分相区左侧锚断关节最短距离l2＝v*t；j2'同j2，实际安装传感器应无限接近最短距离。

j3至分相区右侧锚断关节最短距离l3＝v*t；j3'同j3，实际安装传感器应无限接近最短距离。

j4'至分相区右侧锚断关节最短距离l4＝v*t；j4'同j4，实际安装传感器应远大于最短距离。

为防止列车短接分相区两侧变电所供电，则：

分相区长度l＝j2至j3的距离，最小为列车第一受电弓与最后一个受电弓之间的距离。

轨旁接线盒：用于连接车轮传感器和室内外传输信号的传输电缆，实现车轮传感器与传感器信号单元的信号连接。

防雷单元：一个车轮传感器对应一个浪涌防护板，用于车轮传感器信号与传感器信号处理单元之间的浪涌防护。

传感器信号处理单元：包括八个传感器处理板eb1、eb2、eb3、eb4、eb1'、eb2'、eb3'、eb4'，一个车轮传感器对应一个传感器处理板，传感器处理板为传感器供电，采集传感器传输回的电流信号，并进行评估，将评估后的结果通过光耦隔离后传输给动态计轴处理单元进行处理。

动态计轴处理单元，包括第一动态计轴处理单元和第二动态计轴处理单元。

其中，第一动态计轴处理单元，用于采集传感器信号处理单元eb1、eb2、eb3、eb4输出信号，判断ag区段内有无列车及列车方向，并将列车占用信息及正反方向信息传输给逻辑换相处理单元进行处理；

同时，采集外部复位信号，显示j1与j4构成的计轴区段的轴数。当正向行车时：j1、j3所在位置构成ag1区(第一区)，j3、j4构成ag2区(第二区)；当反向行车：j1、j2构成ag1(第一区)，j2、j4构成ag2(第二区)，实现动态检测。

第二动态计轴处理单元，采集传感器信号处理单元eb1'、eb2'、eb3'、eb4'输出信号，判断bg区段内有无列车及列车方向，并将列车占用信息及正反方向信息传输给逻辑换相处理单元进行处理；

同时，采集外部复位信号，显示j1'与j4'构成的计轴区段的轴数。当正向行车时：j1'、j3'构成bg1区(第一区)，j3'、j4'构成bg2区(第二区)；当反向行车：j1'、j2'构成bg1区(第一区)，j2'、j4'构成ag2区(第二区)，实现动态检测。

逻辑处理单元，包括第一逻辑处理单元和第二逻辑处理单元，其中，在正常运行状态下，将第一逻辑处理单元作为主用的逻辑处理单元，第二逻辑处理单元作为备用的逻辑处理单元。

其中，第一逻辑处理单元，用于采集第一动态计轴处理单元及第二动态计轴处理单元的输出信息，并进行逻辑判断，输出最终的第一区段占用空闲信息、第二区段占用空闲信息、总的列车正向信息、总的列车反向信息、系统故障信息；同时，采集外部复位信号。

第二逻辑处理单元，用于第一逻辑处理单元的备用逻辑处理单元，其功能作用与第一逻辑处理单元相同。

动态切换单元：用于实时监测逻辑处理单元的故障信息，当第一逻辑处理单元(主用)出现故障时自动切换第二逻辑处理单元(备用)为主用单元。

监测设备：用于采集传感器信号处理单元的信息，采集动态计轴处理单元串口信息、轨道信息、正方向信息、反方向信息、供电状态信息，采集逻辑处理单元的第一区段占用空闲信息、第二区段占用空闲信息、总的列车正向信息、总的列车反向信息、系统故障信息、供电状态信息，采集动态切换单元的工作状态、采集复位信息，采集电源信息，并将故障信息通过485串口输出。

ups：用于为设备提供备用不间断电源。

其中，在车辆行驶方向一定的前提下，当任何两个相邻的传感器构成有效计轴区段的情况下，有效计轴区段内出现干扰轴计轴单元可通过软件的逻辑判断进行干扰轴冗余，冗余轴数可通过软件设定。

故障冗余功能

1)计轴点的故障冗余：当出现“任何一个传感器故障”或在特定的组合下两个甚至更多的传感器故障，系统可以正常使用，监测设备输出告警信息。

2)动态计轴处理单元的故障冗余：当出现“任何一个动态计轴处理单元故障”系统可以正常使用，监测设备输出告警信息。

3)逻辑单元的故障冗余：当出现“任何一个逻辑处理单元故障”系统可以正常使用，监测设备输出告警信息。

故障-安全输出

当系统故障冗余功能失效后，系统输出故障信息，同时监测设备输出告警信息。

当系统掉电，故障继电器落下，等同输出故障信息

根据本申请的一个实施例，本发明的系统包括安全型接口和监测接口。

其中，系统输出安全型接口包括5个：第一区轨道占用出清信号、第二区轨道占用出清信号、列车正方向信号、列车反方向信号、系统故障信号，具体参考表1。

输入系统检测设备的安全接口1个：复位信号。

表1：安全接口说明

监测接口为rsr485接口，用于上传设备故障报警信息。

本发明系统输出见表2。

表2系统输出信号及状态

根据实时采集的轨道信息、列车正反向信息、第一区轨道和第二区轨道占用空闲信息、系统故障信息，进行对应信号状态信息的输出。

如：列车正向行车的时候，可给出正方向；

列车反向行车的时候，可给出反反向；

列车在相应的检测区给出相应的检测区占用；

列车不在相应的检测区给出相应的监测区空闲；

系统故障后给出故障信息。

根据申请的一个实施例，本发明的一种基于微机计轴设备列车位置动态检测方法，包括：

s1、车轮传感器实时感应车轮传感器上方通过的车轮信息，并将其转化为模拟电信号转送至传感器信号处理单元；

s2、传感器信号处理单元根据接收的车轮通过模拟电信息，评估该模拟电信号并输出代表车轮通过的数字电信号。；

s3、根据接收的评估信息，第一动态计轴处理单元进行列车占用信息和方向信息判断并上传ag区段内有无列车及列车方向信息；同时，第二动态计轴处理单元判断并上传bg区段内有无列车及列车方向信息；

s4、根据第一动态计轴处理单元和第二动态计轴处理单元发送的列车有无信息和列车方向信息进行逻辑判断，逻辑处理单元输出列车第一区段占用空闲信息、第二区段占用空闲信息、总的列车正向信息、总的列车反向信息和系统故障信息；

s5、根据系统故障信息，若第一逻辑处理单元发生故障，则自动切换至第二逻辑处理单元；

s6、列车地面自动过分相装置可根据本发明系统实时采集的轨道信息、列车正反向信息、第一区轨道和第二区轨道占用空闲信息、系统故障信息，完成分相区的带电换相作业。

本发明用于检测铁路轨道上指定位置是否有列车到达、列车的行驶方向以及轨道检测区间是否占用或出清，通过列车运行方向，动态的组合检测点，通过逻辑运算，将信息送至上层系统，上层系统可通过采集本发明系统输出信号完成指定分相区的带电换相工作。

除此，本发明实现了铁路列车通过无电区列车不带电惰性行驶时间尽量缩短甚至消除，无需车载主断路器开关动作，以提高动车组平均速度及消除车载主断路器开关维护成本；除此，本发明还大大缩短了分相区长度，其分相区最短距离可与列车第一受电弓与最后一个受电弓之间的距离相等，并减少电子处理单元的数量，系统采用2乘2取2结构，大大提高了设备的可靠性和可用性。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。