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绵阳维博电子有限责任公司

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维博电子:转辙机缺口视频监测系统设计
发布时间:2019-07-09        浏览次数:895        返回列表

刘胜涛 绵阳市维博电子有限责任公司

【摘要】:设计一种基于视频方案的缺口监测系统,根据现场特定情况进行了架构设计和软硬件设计,试用后效果良好。

1、引言

道岔是铁路线上重要的基础设备,转辙机内部表示缺口间隙大小的变化反映了道岔尖轨与基本轨密贴强度的变化。如何自动地对道岔密贴强度进行动态监测,一直是保证铁路运输安全的重要课题,铁路部门对此一直有非常大的应用需求。

2、系统功能

本系统是专门针对铁路道岔转辙机运行状态综合监测而开发的。本系统具备转辙机缺口动态视频图像采集、机体内部温湿度振动等数据采集、数据综合分析和报警等功能;通过对多项参数全动态过程实时检测,结合专业的图像处理和信号分析算法,向监测中心提供道岔缺口偏移数据、动态视频、转辙机振动等参数信息,为电务检修人员提供较为全面的道岔设备实际运行状态,可以实现提前预警参数变化趋势及异常情况的发生,提高检修作业的效率,确保设备正常使用,完善现有铁路信号集中监测系统。

3、架构设计

根据本系统的功能要求和现场工况特点,本系统的架构如图1所示,主要分为室内和室外两个部分,室内监测分机通过载波总线扩展的方式实现对站内所有转辙机的监测。

图1 系统方案架构图

(1)通信组网方式

采用ADSL与PCL混合组网方式,其中室内至室外七方向,采用ADSL通信方式;七方向至转辙机采用PLC通信方式,PLC通信距离应小于500米。室内放置ADSL局端机,七方向处新增XB箱,箱内模块功能是:将ADSL信号转成以太网,再将以太网转成PLC信号,缺口监测分机采用PLC通信,其内部集成PLC通信模块。

(2)供电方式

室内经过变压器和防雷器向室外输出AC220V电源,至每个七方向使用一对芯线,作为AC220V电源线。七方向处新增XB箱,XB箱至转辙机内部使用一对芯线作为电源:若缺口监测分机电源为DC12V~DC48V宽压供电则该电源线用做DC48V供电;若缺口监测分机电源为AC220V则该电源线用做AC220V供电。同缺口监测分机输出12V电源为视频采集分机供电,同时预留4路DC12V电源输出接口,为其他模拟量传感器供电。

(3)信号采集方式

①、扳动采集方案:

采集静接点:ZD6采集静接点,ZYJ7(四线制)采集静接点,S700K采集静接点(预留,但不使用);

采集启动电流:ZD6采集直流电流,ZDJ9、ZYJ7、S700K采集交流电流;

采集振动信号:设置振动阀值,有振动则开始录像,通过后续振动判断是过车、扳动或干扰(干扰类型包括:检修、碰撞、敲击、开盖、安装等)。

图像处理方式:通过图像从集中监测系统获取:从集中监测系统获取道岔扳动、扳动方向、过车、驻车等信息。

②、缺口监测分机需要集成温湿度采集模块,需要具备6路4-20mA模拟量采集接口(需要时通过引线接出);

③、缺口监测分机需要具有2路开关量采集接口;

④、视频采集分机采用模拟摄像头,缺口监测分机用视频服务器定制,将视频和图像进行数字压缩,上传至缺口监测主机,由缺口监测主机进行图像识别;

(4)施工方式

①、室内设备整体提供,包括:机柜、工控机(19寸上架式)、显示器、UPS、电池、ADSL局端机(19寸上架式),交换机、隔离电源(19寸上架式)。

②、每个七方向需要新增XB箱,用于安装ADSL/PLC转换收发器和电源;为XB箱设计专用支架,借助七方向的基础或固定螺钉安装专用支架和XB箱。同时需要在七方向上开孔,增加线管,用于穿线,施工时需要开孔设备和施工电源;设计专用标志,用于标记七方向内部用于缺口监测的备用芯线。

③、每个HZ24中有从七方向引来的备用芯线,如果该芯线没有接入转辙机,HZ24至转辙机内的线管中没有备用芯线,而现场不方便穿管,则需要在HZ24上开孔,新增线管用于穿线,施工时需要开孔设备和施工电源;

④、ZD6转辙机内:设计一个视频采集分机支架,用于安装2个摄像头,采用固定焦距摄像头,使用板载式微型镜头。

⑤、ZYJ7转辙机内:设计一个视频采集分机支架,用于安装2个摄像头,采用固定焦距摄像头,使用板载式微型镜头。

⑥、S700K转辙机内:设计一个视频采集分机支架,用于安装1个摄像头,摄像头尽量远离指示标,采用固定焦距摄像头,使用板载式微型镜头。

4 系统设计

4.1 硬件设备统计

根据上述方案架构设计,可以确定系统的主要硬件配置。各类转辙机所需的监测设备如表1所示,各类道岔及其对应转辙机所需监测缺口的情况如表2所示。

表1 转辙机内监测设备配置表(以转辙机为单元)

表2 道岔表示缺口监测表

4.2 监控软件设计

4.2.1 软件架构设计

监控主机是优化控制系统的核心,包括数据采集、数据管理、数据分析、优化控制的功能都由软件实现,因此需要监控主机上的应用软件是系统的真正核心。监测软件的架构如图2所示。

图2 监控软件的架构示意图

图3 监控软件功能模块划分示意图

4.2.2 软件模块设计

根据系统功能和软件架构,将软件划分为多个功能模块,各模块功能

(1)用户管理模块:包括权限管理和用户信息管理,用户权限分为管理员和普通用户。管理员可以管理用户、修改配置、查看数据和导出报表等功能,普通用户只能查看数据;

(2)设备配置管理模块:

设备配置管理分为设备组管理和设备管理,设备组以CAN转网模块为节点,可以连接多个缺口分机,设备是缺口分机;设备配置则是配置设备组的参数信息、缺口分机的参数信息以及缺口分机和站型图转辙机图标的对应关系;

(3)操作日志模块:记录操作员的操作,如:用户登录、用户退出、修改用户信息、修改配置、导出报表等。

(4)站型图显示模块

(a)显示站型图,包括:股道、道岔、转辙机等方位布置。

(b)转辙机的缺口状态通过其图标的颜色表示,例:缺口偏移正常为绿色)、告警为黄色)、报警为红色。

(c)详情查看:通过单击转辙机图标弹出新对话框的方式实现,新对话框中显示辙机缺口详细信息,包括:缺口图片,定反位、缺口值、温湿度。

(5)缺口图片显示模块(显示实时图片)

分为单个缺口图像显示子模块和多画面显示子模块。

(a)单个缺口图像显示子模块是所有缺口图像显示功能基本的模块,可独立显示,也可被其他模块调用。显示单个缺口的图片和环境数据信息。

(b)多画面显示子模块,通过调用单个缺口图像显示子模块,并加以适当管理实现。

(6)实时数据显示模块

以列表的方式显示所有转辙的数据,包括:缺口值、温度、湿度、振动、油压和油位等;该模块通过主界面的链接按钮打开。

(7) 历史数据显示模块

以曲线图的方式显示历史数据,如缺口值、缺口偏移、温度、湿度、振动、油压和油位等数据,可分为日曲线、月曲线、年曲线和自定义时间段的曲线显示;同时还包括扳动后的缺口曲线和扳动过程的缺口曲线,前者指转辙机静态时的缺口曲线,后者指转辙机扳动的动态缺口曲线。

(8)缺口视频显示模块:显示过去一点时间转辙机的扳动视频、过车视频。

(9)缺口实时图像显示模块:按固定时间间隔显示缺口图像,或按固定码流显示缺口视频。

(10)报警日志数据显示模块:显示预警和报警的记录数据,包括报警值,起始时间,截止时间。

(11)数据库操作、维护模块

(a)以类的形式封装数据库的连接和操作,外部操作可以通过操作此类来操作数据库;

(b)图像和视频数据以文件形式存储,图片和视频的检索信息以及除此之外的其他所有数据,包括温度、湿度、缺口值、油压、油位、震动等存储在数据库中。

(c)关于图像的存储管理策略,包括以下三种:N张相同图像存一张,图像逢变存一张,全部存储。

(d)所有数据,包括图像和视频,可以设置历史数据保存时间段长度,例如无报警情况下,图像保存1天,视频保存1天,其他数据保存3个月。

(12)数据表绑定模块:以数据类的形式绑定数据表,方便对数据表的查询和更新操作等功能;

(13) 数据表视图模块:在数据库中建立需要的视图表,将其绑定到数据类中,方便使用;

(14)套接字连接和操作模块:接收设备组的连接,并建立通信通道以及通信操作等功能;

(15)协议结构模块:以缺口分机的通信协议为基础,建立协议数据的结构;

(16)协议操作模块:以缺口分机的通信协议为基础,建立协议数据的通信操作;

(17)视频解、压缩模块:对接收的视频数据进行压缩和解压的操作

(18)缺口位移值处理模块:对解压的视频数据,使用图像处理算法,得出缺口值的大小;

(19)视频图像抓拍、保存模块:对正在播放的视频数据进行抓拍,并压缩保存;

(20)报表数据导出模块:对显示的数据以列表和图表曲线的方式导出;

(21)报表数据打印模块:将导出的数据打印出来。

5 总结

本文研究了转辙机缺口监测系统的整体方案,在此基础上根据工程需要工况条件统计了各个主要硬件设备,进行了软件设计。本系统安装以后运行效果良好,能够实现远程实时采集转辙机缺口的图像数据,并进行分析和显示,用户反映良好。


参考文献

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