地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统和方法，系统由电涡流/碰珠组合位移检测模块、温湿度检测模块、加热除湿模块、信号处理主控模块、直流载波通信模块、动态缺口宽度监测主机组成。结构和时间双冗余位移检测，提高了监测缺口宽度的可靠性；适度增大碰珠缺口宽度的工诈区间，兼顾了安全与运维两方面的要求；基于动态缺口宽度理念，根据静态缺口宽度和旷动幅度，不报警、预警、报警和警报，推动计划/故障维修向状态/预防维修的变革，进一步提高了缺口宽度监测系统的可靠和可用性。定/反位表示电路的防潮措施和通信协议的标准化，使缺口宽度监测系统的可靠可用性更上一层楼。

Monitoring system and method for dynamic notch width of subway switch machine

System and method for monitoring dynamic gap width of the rod of the invention discloses a subway switch machine, system by eddy current / bead combined displacement detection module, temperature and humidity detection module, heating and dehumidification module, signal processing module, main control module, DC carrier communication dynamic gap width monitoring mainframe. Double redundant structure and time displacement detection, improve the reliability of monitoring the notch width; the width of the gap increases moderately bead industry fraud interval, taking into account the two aspects of safety and maintenance requirements; dynamic gap width based on the idea, according to the static gap width and stirring rate, no alarm, warning, alarm and alarm, to promote the plan fault / maintenance / preventive maintenance to the state change, further improve the notch width monitoring system reliable and usability. The dampproof measures and the standardization of communication protocols for the fixed / anti bit representation circuits make the reliability of the gap width monitoring system more reliable and available.

【技术实现步骤摘要】
地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统和方法
本专利技术属地铁转辙机的监测技术范畴。特指采用电涡流/碰珠电触点的定量/性组合位移传感器，考虑销轴旷动的、表示杆动态缺口宽度监测系统和方法。
技术介绍
2012年10月，全长48km的杭州地铁1号线运营，当年日均客流量23.24万人次。地铁标配列车选用交流变频B型车，六辆编组、四动二拖、定员1240人；设计最高时速80km，行车间隔≥120s。2017年，1号线高峰时段线上列车46辆左右；非高峰36辆上下；线路繁忙可见一斑。地铁载客量大、节地，安全、准点、快捷、舒适、环保；拥有地面任何交通工具无可比拟的优越性。長期困扰全社会的公交出行分担率持续下降难题，终于迎来窘境破局者--地铁。2000年，杭州地面公交平均时速15.3km，出行分担率22.2％；2011年，时速逐年递减仅剩12.3km，分担率也降至历史谷底20％。2012年，时速和分担率止跌企稳。2013年，地铁运送8483.1万人次；当年分担率逆袭+3.20％，一举扭转公交出行日渐式微的颓势。2014年，地铁运送14450.4万人次；2015年，17629.5万人次。2022年，杭州十条地铁线路投运，总里程192km覆盖全市9区。2013～2016年，杭城交通拥堵痼疾呈现整体向好的缓解态势；地铁冶堵，居功至伟！随着地铁发车密度的加大，公众关注点转向行车安全。隶属电务轨旁设备的道岔转换设备，直接接触轮轨，是地铁线路的交合分离节点；道岔转换设备作为地铁路线的咽喉，恰是线路薄弱环节，亦是事故多发点；统计表明，地铁≥50％的事故源自道岔转换设备。因此，道岔转换设备不仅关系线路的通过能力，而且成为行车安全的关键。道岔转换设备涉及道岔和转辙机；1825年，道岔问世，源远流长实至名归，其选材、结构和运维，成熟可靠；电动转辙机则不然。转辙机長年经受过车时的冲击，钢轨爬行和机械磨损，材料老化和温湿度变化的环境侵蚀；一旦发生道岔动作不到位、道岔断表示、道岔不解锁等故障，后果不堪设想。转辙机具有三项基本功能：道岔转换，锁闭和表示；道岔转换分三步实施：响应调度指令，推/拉尖轨或可动心轨，从定/反位转至反/定位(线路的交合分离)。转辙机的机电结构复杂、工作环境恶劣，安装数量众多、遍布地铁全线，导致转辙机的可靠性差强人意。另一方面，高频率高强度操作条件下，转辙机可靠性直面来自操作方面的压力；2017年，杭州地铁客运中心站道岔的转辙机定/反位操作≥200次/天；2022年，十条地铁线全部投运之日，转辙机操作强度倍增之时--可靠性的第二重压力，“亚历山大”！第三，地铁运营时转辙机始终处于工作状态，检修只能在停运“天窗”期进行；可靠性还得承受运维压力--三座大山！针对转辙机可靠可用性上的不足，铁道部颁布《信号维护规则技术标准》，标准规定“道岔状况必须具有动态监测设备，实时监测转辙机运行状态以保证列车运行的安全性”，“动态监测设备”旨在弥补和支撑转辙机可靠性上的不足。知名转辙机监测系统有德国Rodamaster2000，法国SURVAIG，河南辉煌科技股份有限公司TJWX-2006等。转辙机监测系统实时监测表示杆缺口宽度和动作杆转换力，确保道岔转换性能和行车安全。转辙机动作杆、尖轨连接铁、尖轨、检测杆、表示连接杆、表示杆均借助销轴连接，直接测量转辙机转换力，“动作杆”和“道销”处需安装“柱销”状的力传感器，拆装转辙机是绕不过的坎；直接测量法的传感器安装“人为”因素多且偏差大，拆装转辙机受现场条件限制且不安全；所以业界摒弃直接测量法，推行间接测量法。通过专用芯片测量转辙机的电参数，推算动作杆转换力；间接法成熟、精度取得长足进步，得到业界认同；故本文未涉及动作杆转换力内容。目前，监测系统设计聚焦表示杆缺口宽度的检测，缺口宽度表征尖轨与基本轨的密贴状态。铁道部运基信号[2003]49号规定，“道岔表示缺口的检测误差为±0.1mm”；中国铁总运输局[2015]315号《道岔缺口监测系统技术规范》在传统(静态)缺口基础上，首次定义销轴旷动下的动态缺口。基于动态缺口，延拓创建监测系统的“动态缺口宽度”新理念；依据动态缺口宽度，推进盲目计划维修和被动故障维修向科学状态维修和主动预防维修的变革。转辙机销轴连接的间隙是不可避免的，只能减小无法完全消除，因为杆连接毕竟是活动连接；杆件旷动的内因就是“间隙”。过车冲击和震动，换岔操作的转换力，均会造成缺口宽度变大或变小；立足动态缺口宽度，可预估缺口宽度的量变趋势。迄今为止，缺口宽度监测经历了三个阶段：人工目测，碰珠电触点/光电传感器，视频图像和位移传感器(霍尔/磁致伸缩/光纤/电涡流传感器)。人工目测表示杆缺口宽度：非实时离线监测，安全保障先天欠缺；误差指标±0.1mm，人力勉为其难；“天窗”期维修作业量，往往不能满足现场需求；目测法落伍了。光电传感器对污染敏感，光衰误差随时间增加；时至今日难觅踪影。碰珠电触点传感器简单可靠，易用价廉；缺点是“定量”缺位，不支持状态与预防维修，难兼顾安全与运维需求。例如，宽度指标＝1.5±0.5mm，安全上乘，运维失望(报警频繁、运维剧增)；宽度指标＝1.5±0.9mm，安全置疑，运维满意。碰珠传感器瑕不掩瑜，监测系统虚席以待。视频呈现缺口图像，摄像头易污染，“宽度”量化靠人，主观随意；图像传输需敷专线，增加了系统的复杂度。霍尔/磁致伸缩/光纤传感器技术复杂，现场安装有难度。电涡流传感器的检测量程、精度，抗干扰、易用性，较上述传感器更胜一筹。转辙机表示杆缺口宽度监测系统较有代表性的知识产权成果综述如下：·专利技术专利“一种道岔转辙机远程监测系统”(ZL2012102696136)，提出不影响既有设备前提下，加装监测设备记录牵引点S700K电流、开关量状态。·专利技术专利“直接采集铁路转辙机表示杆缺口图像测得缺口数据的方法”(ZL2011104258288)，提出采集存储表示杆缺口图像，对缺口的边沿形态学滤波形成分析图像；对分析图像进行直方图统计，得缺口两边沿和边沿坐标。·专利技术专利“铁路转辙机智能缺口监测系统及方法”(ZL2012103040694)，提出转辙机表示杆上粘贴靶标，转辙机停止工作时根据靶标获取缺口偏移值。·专利技术专利“道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统及其电涡流传感器”(ZL2014104607598)，提出采用电涡流传感器，获取转辙机表示杆缺口宽度。上述有益探索，提出转辙机监测系统的架构，或图像或靶标或电涡流传感器获取表示杆缺口宽度的技术路线；相关知识产权的探索有参考价值，但成果仍存在局限；有必要作进一步的创新设计。首先，设计电涡流/碰珠电触点的定量/性组合位移传感器，结构和时间双冗余技术提高系统监测缺口宽度的可靠性。其次，考虑销轴旷动构建动态缺口宽度，令碰珠的静态缺口宽度区间1.5±0.7mm，其中0.7为静态缺口宽度的偏差；电涡流传感器检测静态缺口宽度和旷动幅度，旷动幅度＝MAX动态缺口宽度－MIN动态缺口宽度；根据静态缺口宽度和旷动幅度，不报警、预警、报警、警报，推动计划/故障维修向状态/预防维修的变革，兼顾安全与运维。此外，杭州地铁梅雨季节平均湿度≥80％，定/反位表示电路的防潮是必须的；自定义通信标准使监测系统可靠性受损，亟待标准化。
技术实现思路
本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统，其特征在于系统由电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度检测模块(300)、加热除湿模块(400)、信号处理主控模块(500)、直流载波通信模块(600)、动态缺口宽度监测主机(800)组成，其中前六个模块统称动态缺口宽度监测终端，终端数＝N≥1；电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度检测模块(300)、加热除湿模块(400)分别与信号处理主控模块(500)相连，信号处理主控模块(500)经直流载波通信模块(600)与动态缺口宽度监测主机(800)相连；动态缺口宽度监测终端与动态缺口宽度监测主机(800)组网，遵循Modbus‑‑RTU协议，动态缺口宽度监测主机(800)为主机，动态缺口宽度监测终端为从机；电涡流宽度检测模块(100)和碰珠电触点宽度检测模块(200)嵌入转辙机的指示标，电涡流宽度检测模块(100)的电涡流位移传感器、碰珠电触点宽度检测模块(200)的碰珠电触点位移传感器，并列平行排列；电涡流位移传感器的探头与指示标齐平，碰珠电触点位移传感器的两端各配1粒碰珠，碰珠凸出指示标的弦高＝0.7mm；温湿度检测模块(300)和加热除湿模块(400)固定在转辙机速动开关盒内；电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度测量模块(300)分别上传宽度数据、宽度开关量、温湿度数据至信号处理主控模块(500)，信号处理主控模块(500)控制加热除湿模块(400)；动态缺口宽度监测主机(800)读取列车自动监控系统ATS的缺口宽度检测时间、道岔转换和列车过岔时间，经直流载波通信模块(600)，下发给动态缺口宽度监测终端，同时接收动态缺口宽度监测终端上传的信号。...

【技术特征摘要】
1.一种地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统，其特征在于系统由电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度检测模块(300)、加热除湿模块(400)、信号处理主控模块(500)、直流载波通信模块(600)、动态缺口宽度监测主机(800)组成，其中前六个模块统称动态缺口宽度监测终端，终端数＝N≥1；电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度检测模块(300)、加热除湿模块(400)分别与信号处理主控模块(500)相连，信号处理主控模块(500)经直流载波通信模块(600)与动态缺口宽度监测主机(800)相连；动态缺口宽度监测终端与动态缺口宽度监测主机(800)组网，遵循Modbus--RTU协议，动态缺口宽度监测主机(800)为主机，动态缺口宽度监测终端为从机；电涡流宽度检测模块(100)和碰珠电触点宽度检测模块(200)嵌入转辙机的指示标，电涡流宽度检测模块(100)的电涡流位移传感器、碰珠电触点宽度检测模块(200)的碰珠电触点位移传感器，并列平行排列；电涡流位移传感器的探头与指示标齐平，碰珠电触点位移传感器的两端各配1粒碰珠，碰珠凸出指示标的弦高＝0.7mm；温湿度检测模块(300)和加热除湿模块(400)固定在转辙机速动开关盒内；电涡流宽度检测模块(100)、碰珠电触点宽度检测模块(200)、温湿度测量模块(300)分别上传宽度数据、宽度开关量、温湿度数据至信号处理主控模块(500)，信号处理主控模块(500)控制加热除湿模块(400)；动态缺口宽度监测主机(800)读取列车自动监控系统ATS的缺口宽度检测时间、道岔转换和列车过岔时间，经直流载波通信模块(600)，下发给动态缺口宽度监测终端，同时接收动态缺口宽度监测终端上传的信号。2.根据权利要求1所述的地铁转辙机表示杆动态缺口宽度的监测系统，其特征在于所述的动态缺口宽度监测终端的信号处理主控模块(500)以ATmega128芯片为核心；电涡流宽度检测模块(100)选用NCDT3005型电涡流位移传感器，NCDT3005端口1、3、2分别接24V、地、ATmega128脚61；碰珠电触点宽度检测模块(200)位于指示标两侧的碰珠通过金属弹簧互连，一路经R201接24V，另一路与ATmega128的中断口脚25相连，表示杆缺口接地；温湿度检测模块(300)以SHT11芯片为核心，SHT11脚1、4、3分别接地、5V、ATmega128脚58，SHT11脚2的一路经R301接5V，另一路与ATmega128脚59相连；加热除湿模块(400)包括IRFP150型固态继电器SSR401、DRT-X型硅胶加热片SCS401，SSR401的控制端口接ATmega128脚48，SSR401的两个输出端口经电源、SCS401相连；ATmega128脚51、50、49分别与直流载波通信模块(600)的MM1192脚1、5、6相连；直流载波通信模块(600)以MM1192芯片为核心，MM1192脚6、1分别经R2、R1接地；C1两端分别与MM1192脚3、4相连，MM1192脚15、16分别经R7和C6、R6和C5接入载波输出的负、正端，MM1192脚11与VCC和C2一端相连，C2另一端与MM1192脚13相连；D1和D2串联、D3和D4串联、D2和D4另一端接地，D1和D3另一端分别与MM1192脚14、12相连；R3、R4的一端分别与MM1192脚14、12相连，另一端分别与MM1192脚9和L1一端、脚10和L2一端相连；L1、L2另一端并接R3，分别经C3、C4接入载波输出的正、负端；动态缺口宽度监测终端与动态缺口宽度监测主机(800)构成直流载波Modbus网络，采用RTU报文帧格式：地址1字节，功能码1字节，数据占0～252字节，CRC校验2字节，报文帧之间≥3.5字符的时间间隔；报文帧的第一个字节为地址，地址取值范围为0～255，地址0为广播地址，功能码取值为1～255。3.一种使用如权利要求1所述监测系统的动态缺口宽度监测方法，其特征在于：方法流程包括温湿度检测和加热除湿的流程，以及动态缺口宽度检测和报警的流程；变量说明：水气密度Water_density，WD饱和水气密度SATUR_Water_density，WD_SATUR相对湿度relative_humidity，RH临界相对湿度cri...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔耕，张琨，黄懿明，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33