专利名称：一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置和方法。
背景技术：
列车轮对几何参数是保证列车安全运行的重要参数信息，测量轮对尺寸也是铁路列检部门的重要工作之一。人工测量是现在国内的主要测量方式，但这种方式对列车运营影响很大、劳动量多、工作效率底下，由此对轮对几何参数动态测量装置(TWDS)的需求越来越强烈。 目前，国内已出现多种列车轮对几何参数的动态测量装置，其共同点是使用光电原理对轮对进行检测，包含多个传感器，要求对传感器的触发进行稳定控制。所述控制着重于对TWDS传感器的触发，而较少提及机械方面的控制。为保护设备安全，TWDS传感器一般都由全封闭箱体保护，箱体外壁使用透明介质制成，而由于介质对光传导的干扰效应，会对测量准确性带来一定影响；在这种情况下，如果要克服外界环境的干扰，就要配套安装大型的遮阳防雨棚，占用空间巨大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置和方法，以保证用低成本对轮对进行及时、准确的测量。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置，该装置包括逻辑控制器、列车到达检测器、测量控制器、测量挡板、箱体、轮对几何参数动态测量装置TWDS传感器；其中，所述列车到达检测器用于检测出列车到达，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器用于根据所述列车到达检测器的通知，控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板开启；所述测量控制器用于检测出列车轮对到达，并将该情况通知给所述箱体中的所述TffDS传感器；所述TWDS传感器用于根据所述测量控制器的通知启动，进行针对列车的轮对的测量。所述列车到达检测器还用于检测出列车离开，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器还用于根据所述列车到达检测器的通知控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板关闭；所述测量控制器还用于检测出列车离开，并将该情况通知给所述TWDS传感器；所述TWDS传感器还用于根据所述测量控制器的通知关闭，停止针对所述轮对的测量。
所述列车到达检测器采用光电式，由夹具安装在行驶列车的钢轨上，所述列车到达检测器的数量为两个或两个以上。所述测量控制器采用光电式，通过轨卡夹具安装在测量控制器安装平台上。所述箱体中设置有与所述逻辑控制器连接的挡板控制器，用于根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。所述挡板控制器上安装有与所述测量挡板相连的连杆，用于根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。该装置还包括用于为所述TWDS传感器除尘的除尘装置。所述除尘装置包含用于除尘的气源，该气源为正气压气源或负气压气源。该装置还包括车辆信息采集器，用于在列车经过时采集车厢的电子标签以获取车
辆信息。该装置还包括信号数据传输装置、电源变压整流装置；其中，所述信号数据传输装置用于对进出逻辑控制器的数字信号量进行格式转换，满足不同形式信息传递的要求；所述电源变压整流装置用于为所述装置提供电力。一种控制列车轮对几何参数动态测量的方法，该方法包括列车到达检测器检测出列车到达，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器根据所述列车到达检测器的通知，控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板开启；以及测量控制器检测出列车到达，并将该情况通知给所述箱体中的所述TWDS传感器；所述TWDS传感器根据所述测量控制器的通知启动，进行针对列车的轮对的测量。该方法还包括所述列车到达检测器检测出列车离开，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器根据所述列车到达检测器的通知控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板关闭；以及所述测量控制器检测出列车离开，并将该情况通知给所述TWDS传感器；所述TWDS传感器根据所述测量控制器的通知关闭，停止针对所述轮对的测量。该方法还包括由所述箱体中所设置的与所述逻辑控制器连接的挡板控制器，根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。由所述挡板控制器上安装的与所述测量挡板相连的连杆，根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。所述连杆以平推运动方式管理所述测量挡板的动作。该方法还包括在列车经过时采集车厢的电子标签以获取车辆信息。所述TWDS传感器为多个时，各个TWDS传感器同步动作。本发明装置和方法可以控制TWDS的机械及软硬件及时、平稳地开启、关闭以及同步测量触发，因此能够保证用低成本对轮对进行及时、准确的测量。
图I为本发明实施例中控制列车轮对几何参数动态测量的装置的工作原理示意图；图2为本发明实施例中控制列车轮对几何参数动态测量的装置图；图3为本发明实施例中生成控制信号的流程图； 图4为本发明实施例的TWDS传感器独立箱体结构示意图；附图标记说明I、轨边电气控制柜；2、逻辑控制器；3、信号数据传输装置；4、电源变压整流装置；5、列车到达检测器；6、车辆信息采集器；7、测量控制器；8、挡板控制器；9、测量挡板；10、除尘装置；11、轮对；12、枕木；13、钢轨；14、测量控制器安装平台；15、箱体；16、下行信号传输管路；17、上行信号传输管路；18、连杆；19、TWDS传感器；20、气源。
具体实施例方式为使TWDS工作满足稳定性、安全性要求，克服现有技术中所存在的问题，就要对TffDS的机械、电气软硬件进行必要的控制，使TWDS在非工作时间处于关闭状态，尽可能全面保护TWDS装置，降低损耗，保证安全，延长寿命；在列车到来时能够根据车速及时、平稳地开启安装有TWDS传感器的独立箱体，开启过快会引起系统不必要的冲击，影响光电系统的精度及设备安全，开启过慢则耽误测量，因此有必要根据车速对开启过程进行必要的算法控制；同时要采用反应快速、同步精度高的装置控制TWDS传感器，以提高测量精度。具体而言，需要在列车到来时开启安装有TWDS传感器的独立箱体的测量挡板，在列车离开后关闭测量挡板；开启和关闭测量挡板的时间可以由自适应控制算法决定。控制轮对的测量位置及时间同步，同步精度可达到IOOns ;在测量过程中获取列车的车辆信息并主动清除外界杂质。TffDS 一般包括多个TWDS传感器，对同步触发控制的要求较高，TffDS传感器采用光电式，在轮对经过时可以向各个TWDS传感器同步输出测量脉冲信号，通知TWDS传感器在此时进行测量。由于光电式触发的反应时间快，不存在输出毛刺现象，因此反应时间在IOOns以内，保持了定位的准确性。另外，还可以在安装有TWDS传感器的独立箱体内安装除尘装置，该除尘装置可以在所述箱体的测量挡板开启时工作，通过气源(如正气压气源或负气压气源)清理影响TWDS传感器工作的杂质。本发明装置的整体安装效果如图I所示。图I中，轨边电气控制柜I的外壳为金属并接地，在空旷区域安装避雷针。轨边电气控制柜I内安装逻辑控制器2、信号数据传输装置3、电源变压整流装置4。轨边电气控制柜I的内部装置以螺栓固定在柜内隔板上，轨边电气控制柜I内还可以安装有调温设备。公网电源通过电源信号管路引入至轨边电气控制柜I内。轨边电气控制柜I输出的信号管路有下行信号传输管路16及上行信号传输管路17，信号管路均由绝缘外皮保护，在地上或地下铺设。轨边电气控制柜I内安装的逻辑控制器2运行自适应控制算法，接收车辆信息采集器6所采集到的信息并给出控制信号；电源变压整流装置4提供电力；信号数据传输装置3对进出逻辑控制器2的数字信号量进行格式转换，满足不同形式信息传递的要求，信息的不同形式包括RS232、RS485、TCP\IP、数字1\0开关量等。在钢轨13上安装测量控制器7，以控制对轮对11的测量位置及测量时间的精确同步；列车到达检测器8及车辆信息采集器6能够检测到列车到达及车辆信息。放置TWDS传感器19的箱体15内部安装有挡板控制器8(图I中未示出，图4中示出)，以控制测量挡板9的动作；除尘装置10用来清理杂质。 本发明中可以应用如图2中所示的多种不同形式信号，逻辑控制器2需要通过不同形式的信号与TWDS传感器19、挡板控制器8进行信息传递，并与TWDS上位机进行数据通讯。逻辑控制器2能够将不同形式信号进行转换，通过不同信号线连接需要通讯的设备。具体而言，逻辑控制器2可以通过下行信号传输管路16同列车到达检测器8、车辆信息采集器6、挡板控制器8以及气源20连接，并接收列车到达检测器8的列车到达信号，还可以运行自适应控制算法以向挡板控制器8和气源20输出控制信号。逻辑控制器2可以包含可编程逻辑器件，能够设计具体算法(如图3所示)。车辆信息采集器6可以将读取的车厢电子标签，通过RS232串口由下行信号传输管路16传递至逻辑控制器2，逻辑控制器2将收到的车厢电子标签所包含的列车行驶速度、车厢基本信息等打包并由RS232经上行信号传输 管路17上传给TWDS上位机。可见，逻辑控制器2能通过信息传输装置与TWDS传感器19、挡板控制器8以及TffDS上位机进行数据通信。逻辑控制器2能够接收列车到达检测器8及车辆信息采集器6采集到的信息，并进行信息处理、运行自适应控制算法。所述自适应控制算法可以是如图3所示的算法根据两个或两个以上(如两个)列车的轮对11到达列车到达检测器8时得到的列车到达信号，以及得到列车的轮对11到达信号的时间间隔ti，由逻辑控制器2计算列车速度，设两个列车到达列车到达检测器8时的时间间隔为Td，得到Tspeed = Td/ti ;其中，Tspeed 为列车的速度；根据最近的列车到达检测器8距TWDS传感器19的安装距离L，计算TWDS的最长启动时间ts ts = q*L/Tspeed ；其中，q为时间余量系数，取值范围10% 100%。这时，逻辑控制器2需要通知TWDS传感器19启动，同时控制挡板控制器8工作。根据最长启动时间ts及挡板控制器8的运动行程S，应用自适应控制算法得出强度为P的控制信号。挡板控制器8控制测量挡板9工作的速度与控制信号的强度大小存在对应关系，该对应关系根据挡板控制器8的型号或安装前实验获得，可由以下时域系统函数表示Mspeed = M(t, P)；其中，P为信号强度，t为给出控制信号所经历的时间，Mspeed为电机输出速度，时域系统函数M可由实验测得。
ftsr IΛ* L^tilTd令J0 M (t, P)dt = S .即 J0 M (t, P)dt = S ·
·> 解上式方程得到P，由逻辑控制器2输出强度为P的控制信号并送至挡板控制器8。列车到达检测器8可以安装在列车行驶方向上，与TWDS传感器19保持一定距离L0列车到达检测器8由轨卡夹具安装在一侧钢轨13上，或在TWDS传感器19两侧的钢轨13上各安装一套列车到达检测器8。列车到达检测器8产生的列车到达信号由下行信号传输管路16传递至轨边电气控制柜I内的信号数据传输装置3。可以将两个及两个以上的列车到达检测器8配合使用，计算列车的行驶速度。车辆信息采集器6安装在TWDS传感器19附近，放置于两根枕木12之间，车辆信息采集器6的最高点位于枕木12以下。车辆信息采集器6可以通过射频方式读取列车车厢底部的电子标签，将读取的内容转换为RS232或RS485形式的信号并由下行信号传输管路16传递至轨边电气控制柜I内的信号数据传输装置3。逻辑控制器2获取所述电子标签的内容并解析，将解析得到的车厢型号、生产厂家、出厂日期等基本信息通过信号数据传输装置3上传至TWDS上位机。 电源变压整流装置4能将引入的公网电源通过变压整流变为本发明装置所需要的电源(包括3. 3VDC、5VDC、12VDC、24VDC等多种电压值)，以提供电力。参见图4，TffDS传感器19 一般为在轨安装，对设备的高度有严格要求，因此TWDS传感器19 一般都安装于独立的箱体15内，箱体15内部安装挡板控制器8，挡板控制器8通过连杆18控制测量挡板9的关闭和开启，连杆18的运动方式可以为平推运动方式，挡板控制器8的控制信号线通过下行信号传输管路16与信号数据传输装置3相连，由逻辑控制器2控制。测量挡板9的高度位移变化在2cm范围内，满足最高高度低于钢轨13轨面的要求，保证列车及设备安全。测量控制器7通过轨卡夹具安装在测量控制器安装平台14上，测量控制器安装平台14上设置有调节槽口及螺栓，以配合测量控制器7的安装。测量控制器7直接与各TWDS传感器19连接，当测量控制器7检测到轮对11到达时，向TWDS传感器19发送轮对到位信号，用该信号控制各TWDS传感器19同步启动，进行针对轮对11的测量。根据钢轨13和轮对型号的不同，可调节测量控制器安装平台14的位置以适应测量要求。箱体15内安装有除尘装置10和气源20，气源20的工作介质可以为空气；气源20的气体管路可以直接指向TWDS传感器19的敏感部位。气源20可以通过下行信号传输管路16同信号数据传输装置3相连，由逻辑控制器2控制。电源变压整流装置4安装于轨边电气控制柜I内，电源变压整流装置4的输出电力线通过下行信号传输管路16将电力提供给列车到达检测器8、车辆信息采集器6、挡板控制器8、测量控制器7以及气源20。电源变压整流装置4在轨边电气控制柜I内直接与逻辑控制器2、信号数据传输装置3连接。电源变压整流装置4在自身接入公网的前端安装有稳压器。信号数据传输装置3安装于轨边电气控制柜I内，信号数据传输装置3与其他装置的信号连接如图2所示。信号数据传输装置3通过RS232、RS485、以太网等形式与各设备进行接口通讯。信号数据传输装置3通过下行信号传输管路16同TWDS传感器19、挡板控制器8进行连接，通过上行信号传输管路17同TWDS上位机进行连接。需要说明的是，列车到达检测器8的数量可以是一个或多个，当在列车驶来方向上安装有列车到达检测器8时，列车到达检测器8能够触发TWDS传感器19的启动；当在列车驶去方向上安装有列车到达检测器8时，列车到达检测器8则能够触发TWDS传感器19的关闭。如列车到达检测器8检测出列车离开后，向逻辑控制器2发送列车离开信号；逻辑控制器2收到来自列车到达检测器8的列车离开信号后向挡板控制器8发送关闭信号，挡板控制器8根据收到的关闭信号控制测量挡板9关闭。同理，在检测到列车离开后，测量控制器7也可以触发挡板控制器8以关闭测量挡板9。如测量控制器7检测到列车离开后，向TWDS传感器19发送列车离开信号；TWDS传感器19根据来自测量控制器7的信号关闭，停止针对轮对11的测量。
结合以上描述可知，本发明控制列车轮对几何参数动态测量的装置和方法，可以控制TWDS的机械及软硬件及时、平稳地开启、关闭以及同步测量触发，因此能够保证用低成本对轮对进行及时、准确的测量，达到安全、可靠、稳定、节能的目的。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置，其特征在于，该装置包括逻辑控制器、列车到达检测器、测量控制器、测量挡板、箱体、轮对几何参数动态测量装置TWDS传感器；其中， 所述列车到达检测器用于检测出列车到达，并将该情况通知给所述逻辑控制器； 所述逻辑控制器用于根据所述列车到达检测器的通知，控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板开启； 所述测量控制器用于检测出列车轮对到达，并将该情况通知给所述箱体中的所述TWDS传感器； 所述TWDS传感器用于根据所述测量控制器的通知启动，进行针对列车的轮对的测量。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于， 所述列车到达检测器还用于检测出列车离开，并将该情况通知给所述逻辑控制器； 所述逻辑控制器还用于根据所述列车到达检测器的通知控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板关闭； 所述测量控制器还用于检测出列车离开，并将该情况通知给所述TWDS传感器； 所述TWDS传感器还用于根据所述测量控制器的通知关闭，停止针对所述轮对的测量。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于，所述列车到达检测器采用光电式，由夹具安装在行驶列车的钢轨上，所述列车到达检测器的数量为两个或两个以上。
4.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于，所述测量控制器采用光电式，通过轨卡夹具安装在测量控制器安装平台上。
5.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于，所述箱体中设置有与所述逻辑控制器连接的挡板控制器，用于根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述挡板控制器上安装有与所述测量挡板相连的连杆，用于根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。
7.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于为所述TWDS传感器除尘的除尘装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述除尘装置包含用于除尘的气源，该气源为正气压气源或负气压气源。
9.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于，该装置还包括车辆信息采集器，用于在列车经过时采集车厢的电子标签以获取车辆信息。
10.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，该装置还包括信号数据传输装置、电源变压整流装置；其中， 所述信号数据传输装置用于对进出逻辑控制器的数字信号量进行格式转换，满足不同形式信息传递的要求； 所述电源变压整流装置用于为所述装置提供电力。
11.一种控制列车轮对几何参数动态测量的方法，其特征在于，该方法包括 列车到达检测器检测出列车到达，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器根据所述列车到达检测器的通知，控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板开启；以及 测量控制器检测出列车到达，并将该情况通知给所述箱体中的所述TWDS传感器；所述TWDS传感器根据所述测量控制器的通知启动，进行针对列车的轮对的测量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括 所述列车到达检测器检测出列车离开，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器根据所述列车到达检测器的通知控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板关闭；以及 所述测量控制器检测出列车离开，并将该情况通知给所述TWDS传感器；所述TWDS传感器根据所述测量控制器的通知关闭，停止针对所述轮对的测量。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，该方法还包括 由所述箱体中所设置的与所述逻辑控制器连接的挡板控制器，根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由所述挡板控制器上安装的与所述测量挡板相连的连杆，根据所述逻辑控制器的控制管理所述测量挡板的动作。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连杆以平推运动方式管理所述测量挡板的动作。
16.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，该方法还包括在列车经过时采集车厢的电子标签以获取车辆信息。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述TWDS传感器为多个时，各个TWDS传感器同步动作。
全文摘要
本发明公开了一种控制列车轮对几何参数动态测量的装置和方法，可以包括逻辑控制器、列车到达检测器、测量控制器、测量挡板、箱体、TWDS传感器；所述列车到达检测器检测出列车到达，并将该情况通知给所述逻辑控制器；所述逻辑控制器根据所述列车到达检测器的通知，控制安装有TWDS传感器的箱体上的测量挡板开启；以及，所述测量控制器检测出列车轮对到达，并将该情况通知给所述箱体中的所述TWDS传感器；所述TWDS传感器根据所述测量控制器的通知启动，进行针对列车的轮对的测量。本发明装置和方法能够用低成本对轮对进行及时、准确的测量。
文档编号G05B19/04GK102880086SQ201210405028
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者孙军华, 张广军, 宫政, 余少华, 陈锦雄, 柯大成 申请人:北京航空航天大学, 黄石邦柯科技股份有限公司