專利名稱：一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量技術領域，具體涉及一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置和方法。
背景技術：
列車輪對幾何參數(shù)是保證列車安全運行的重要參數(shù)信息，測量輪對尺寸也是鐵路列檢部門的重要工作之一。人工測量是現(xiàn)在國內的主要測量方式，但這種方式對列車運營影響很大、勞動量多、工作效率底下，由此對輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量裝置(TWDS)的需求越來越強烈。 目前，國內已出現(xiàn)多種列車輪對幾何參數(shù)的動態(tài)測量裝置，其共同點是使用光電原理對輪對進行檢測，包含多個傳感器，要求對傳感器的觸發(fā)進行穩(wěn)定控制。所述控制著重于對TWDS傳感器的觸發(fā)，而較少提及機械方面的控制。為保護設備安全，TWDS傳感器一般都由全封閉箱體保護，箱體外壁使用透明介質制成，而由于介質對光傳導的干擾效應，會對測量準確性帶來一定影響；在這種情況下，如果要克服外界環(huán)境的干擾，就要配套安裝大型的遮陽防雨棚，占用空間巨大。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置和方法，以保證用低成本對輪對進行及時、準確的測量。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置，該裝置包括邏輯控制器、列車到達檢測器、測量控制器、測量擋板、箱體、輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量裝置TWDS傳感器；其中，所述列車到達檢測器用于檢測出列車到達，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器用于根據(jù)所述列車到達檢測器的通知，控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板開啟；所述測量控制器用于檢測出列車輪對到達，并將該情況通知給所述箱體中的所述TffDS傳感器；所述TWDS傳感器用于根據(jù)所述測量控制器的通知啟動，進行針對列車的輪對的測量。所述列車到達檢測器還用于檢測出列車離開，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器還用于根據(jù)所述列車到達檢測器的通知控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板關閉；所述測量控制器還用于檢測出列車離開，并將該情況通知給所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器還用于根據(jù)所述測量控制器的通知關閉，停止針對所述輪對的測量。
所述列車到達檢測器采用光電式，由夾具安裝在行駛列車的鋼軌上，所述列車到達檢測器的數(shù)量為兩個或兩個以上。所述測量控制器采用光電式，通過軌卡夾具安裝在測量控制器安裝平臺上。所述箱體中設置有與所述邏輯控制器連接的擋板控制器，用于根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。所述擋板控制器上安裝有與所述測量擋板相連的連桿，用于根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。該裝置還包括用于為所述TWDS傳感器除塵的除塵裝置。所述除塵裝置包含用于除塵的氣源，該氣源為正氣壓氣源或負氣壓氣源。該裝置還包括車輛信息采集器，用于在列車經(jīng)過時采集車廂的電子標簽以獲取車
輛信息。該裝置還包括信號數(shù)據(jù)傳輸裝置、電源變壓整流裝置；其中，所述信號數(shù)據(jù)傳輸裝置用于對進出邏輯控制器的數(shù)字信號量進行格式轉換，滿足不同形式信息傳遞的要求；所述電源變壓整流裝置用于為所述裝置提供電力。一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的方法，該方法包括列車到達檢測器檢測出列車到達，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器根據(jù)所述列車到達檢測器的通知，控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板開啟；以及測量控制器檢測出列車到達，并將該情況通知給所述箱體中的所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器根據(jù)所述測量控制器的通知啟動，進行針對列車的輪對的測量。該方法還包括所述列車到達檢測器檢測出列車離開，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器根據(jù)所述列車到達檢測器的通知控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板關閉；以及所述測量控制器檢測出列車離開，并將該情況通知給所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器根據(jù)所述測量控制器的通知關閉，停止針對所述輪對的測量。該方法還包括由所述箱體中所設置的與所述邏輯控制器連接的擋板控制器，根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。由所述擋板控制器上安裝的與所述測量擋板相連的連桿，根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。所述連桿以平推運動方式管理所述測量擋板的動作。該方法還包括在列車經(jīng)過時采集車廂的電子標簽以獲取車輛信息。所述TWDS傳感器為多個時，各個TWDS傳感器同步動作。本發(fā)明裝置和方法可以控制TWDS的機械及軟硬件及時、平穩(wěn)地開啟、關閉以及同步測量觸發(fā)，因此能夠保證用低成本對輪對進行及時、準確的測量。


圖I為本發(fā)明實施例中控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置的工作原理示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置圖；圖3為本發(fā)明實施例中生成控制信號的流程圖； 圖4為本發(fā)明實施例的TWDS傳感器獨立箱體結構示意圖；附圖標記說明I、軌邊電氣控制柜；2、邏輯控制器；3、信號數(shù)據(jù)傳輸裝置；4、電源變壓整流裝置；5、列車到達檢測器；6、車輛信息采集器；7、測量控制器；8、擋板控制器；9、測量擋板；10、除塵裝置；11、輪對；12、枕木；13、鋼軌；14、測量控制器安裝平臺；15、箱體；16、下行信號傳輸管路；17、上行信號傳輸管路；18、連桿；19、TWDS傳感器；20、氣源。
具體實施例方式為使TWDS工作滿足穩(wěn)定性、安全性要求，克服現(xiàn)有技術中所存在的問題，就要對TffDS的機械、電氣軟硬件進行必要的控制，使TWDS在非工作時間處于關閉狀態(tài)，盡可能全面保護TWDS裝置，降低損耗，保證安全，延長壽命；在列車到來時能夠根據(jù)車速及時、平穩(wěn)地開啟安裝有TWDS傳感器的獨立箱體，開啟過快會引起系統(tǒng)不必要的沖擊，影響光電系統(tǒng)的精度及設備安全，開啟過慢則耽誤測量，因此有必要根據(jù)車速對開啟過程進行必要的算法控制；同時要采用反應快速、同步精度高的裝置控制TWDS傳感器，以提高測量精度。具體而言，需要在列車到來時開啟安裝有TWDS傳感器的獨立箱體的測量擋板，在列車離開后關閉測量擋板；開啟和關閉測量擋板的時間可以由自適應控制算法決定?？刂戚唽Φ臏y量位置及時間同步，同步精度可達到IOOns ;在測量過程中獲取列車的車輛信息并主動清除外界雜質。TffDS 一般包括多個TWDS傳感器，對同步觸發(fā)控制的要求較高，TffDS傳感器采用光電式，在輪對經(jīng)過時可以向各個TWDS傳感器同步輸出測量脈沖信號，通知TWDS傳感器在此時進行測量。由于光電式觸發(fā)的反應時間快，不存在輸出毛刺現(xiàn)象，因此反應時間在IOOns以內，保持了定位的準確性。另外，還可以在安裝有TWDS傳感器的獨立箱體內安裝除塵裝置，該除塵裝置可以在所述箱體的測量擋板開啟時工作，通過氣源(如正氣壓氣源或負氣壓氣源)清理影響TWDS傳感器工作的雜質。本發(fā)明裝置的整體安裝效果如圖I所示。圖I中，軌邊電氣控制柜I的外殼為金屬并接地，在空曠區(qū)域安裝避雷針。軌邊電氣控制柜I內安裝邏輯控制器2、信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3、電源變壓整流裝置4。軌邊電氣控制柜I的內部裝置以螺栓固定在柜內隔板上，軌邊電氣控制柜I內還可以安裝有調溫設備。公網(wǎng)電源通過電源信號管路引入至軌邊電氣控制柜I內。軌邊電氣控制柜I輸出的信號管路有下行信號傳輸管路16及上行信號傳輸管路17，信號管路均由絕緣外皮保護，在地上或地下鋪設。軌邊電氣控制柜I內安裝的邏輯控制器2運行自適應控制算法，接收車輛信息采集器6所采集到的信息并給出控制信號；電源變壓整流裝置4提供電力；信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3對進出邏輯控制器2的數(shù)字信號量進行格式轉換，滿足不同形式信息傳遞的要求，信息的不同形式包括RS232、RS485、TCP\IP、數(shù)字1\0開關量等。在鋼軌13上安裝測量控制器7，以控制對輪對11的測量位置及測量時間的精確同步；列車到達檢測器8及車輛信息采集器6能夠檢測到列車到達及車輛信息。放置TWDS傳感器19的箱體15內部安裝有擋板控制器8(圖I中未示出，圖4中示出)，以控制測量擋板9的動作；除塵裝置10用來清理雜質。 本發(fā)明中可以應用如圖2中所示的多種不同形式信號，邏輯控制器2需要通過不同形式的信號與TWDS傳感器19、擋板控制器8進行信息傳遞，并與TWDS上位機進行數(shù)據(jù)通訊。邏輯控制器2能夠將不同形式信號進行轉換，通過不同信號線連接需要通訊的設備。具體而言，邏輯控制器2可以通過下行信號傳輸管路16同列車到達檢測器8、車輛信息采集器6、擋板控制器8以及氣源20連接，并接收列車到達檢測器8的列車到達信號，還可以運行自適應控制算法以向擋板控制器8和氣源20輸出控制信號。邏輯控制器2可以包含可編程邏輯器件，能夠設計具體算法(如圖3所示)。車輛信息采集器6可以將讀取的車廂電子標簽，通過RS232串口由下行信號傳輸管路16傳遞至邏輯控制器2，邏輯控制器2將收到的車廂電子標簽所包含的列車行駛速度、車廂基本信息等打包并由RS232經(jīng)上行信號傳輸 管路17上傳給TWDS上位機?？梢姡壿嬁刂破?能通過信息傳輸裝置與TWDS傳感器19、擋板控制器8以及TffDS上位機進行數(shù)據(jù)通信。邏輯控制器2能夠接收列車到達檢測器8及車輛信息采集器6采集到的信息，并進行信息處理、運行自適應控制算法。所述自適應控制算法可以是如圖3所示的算法根據(jù)兩個或兩個以上(如兩個)列車的輪對11到達列車到達檢測器8時得到的列車到達信號，以及得到列車的輪對11到達信號的時間間隔ti，由邏輯控制器2計算列車速度，設兩個列車到達列車到達檢測器8時的時間間隔為Td，得到Tspeed = Td/ti ;其中，Tspeed 為列車的速度；根據(jù)最近的列車到達檢測器8距TWDS傳感器19的安裝距離L，計算TWDS的最長啟動時間ts ts = q*L/Tspeed ；其中，q為時間余量系數(shù)，取值范圍10% 100%。這時，邏輯控制器2需要通知TWDS傳感器19啟動，同時控制擋板控制器8工作。根據(jù)最長啟動時間ts及擋板控制器8的運動行程S，應用自適應控制算法得出強度為P的控制信號。擋板控制器8控制測量擋板9工作的速度與控制信號的強度大小存在對應關系，該對應關系根據(jù)擋板控制器8的型號或安裝前實驗獲得，可由以下時域系統(tǒng)函數(shù)表示Mspeed = M(t, P)；其中，P為信號強度，t為給出控制信號所經(jīng)歷的時間，Mspeed為電機輸出速度，時域系統(tǒng)函數(shù)M可由實驗測得。
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，由邏輯控制器2輸出強度為P的控制信號并送至擋板控制器8。列車到達檢測器8可以安裝在列車行駛方向上，與TWDS傳感器19保持一定距離L0列車到達檢測器8由軌卡夾具安裝在一側鋼軌13上，或在TWDS傳感器19兩側的鋼軌13上各安裝一套列車到達檢測器8。列車到達檢測器8產(chǎn)生的列車到達信號由下行信號傳輸管路16傳遞至軌邊電氣控制柜I內的信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3?？梢詫蓚€及兩個以上的列車到達檢測器8配合使用，計算列車的行駛速度。車輛信息采集器6安裝在TWDS傳感器19附近，放置于兩根枕木12之間，車輛信息采集器6的最高點位于枕木12以下。車輛信息采集器6可以通過射頻方式讀取列車車廂底部的電子標簽，將讀取的內容轉換為RS232或RS485形式的信號并由下行信號傳輸管路16傳遞至軌邊電氣控制柜I內的信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3。邏輯控制器2獲取所述電子標簽的內容并解析，將解析得到的車廂型號、生產(chǎn)廠家、出廠日期等基本信息通過信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3上傳至TWDS上位機。 電源變壓整流裝置4能將引入的公網(wǎng)電源通過變壓整流變?yōu)楸景l(fā)明裝置所需要的電源(包括3. 3VDC、5VDC、12VDC、24VDC等多種電壓值)，以提供電力。參見圖4，TffDS傳感器19 一般為在軌安裝，對設備的高度有嚴格要求，因此TWDS傳感器19 一般都安裝于獨立的箱體15內，箱體15內部安裝擋板控制器8，擋板控制器8通過連桿18控制測量擋板9的關閉和開啟，連桿18的運動方式可以為平推運動方式，擋板控制器8的控制信號線通過下行信號傳輸管路16與信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3相連，由邏輯控制器2控制。測量擋板9的高度位移變化在2cm范圍內，滿足最高高度低于鋼軌13軌面的要求，保證列車及設備安全。測量控制器7通過軌卡夾具安裝在測量控制器安裝平臺14上，測量控制器安裝平臺14上設置有調節(jié)槽口及螺栓，以配合測量控制器7的安裝。測量控制器7直接與各TWDS傳感器19連接，當測量控制器7檢測到輪對11到達時，向TWDS傳感器19發(fā)送輪對到位信號，用該信號控制各TWDS傳感器19同步啟動，進行針對輪對11的測量。根據(jù)鋼軌13和輪對型號的不同，可調節(jié)測量控制器安裝平臺14的位置以適應測量要求。箱體15內安裝有除塵裝置10和氣源20，氣源20的工作介質可以為空氣；氣源20的氣體管路可以直接指向TWDS傳感器19的敏感部位。氣源20可以通過下行信號傳輸管路16同信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3相連，由邏輯控制器2控制。電源變壓整流裝置4安裝于軌邊電氣控制柜I內，電源變壓整流裝置4的輸出電力線通過下行信號傳輸管路16將電力提供給列車到達檢測器8、車輛信息采集器6、擋板控制器8、測量控制器7以及氣源20。電源變壓整流裝置4在軌邊電氣控制柜I內直接與邏輯控制器2、信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3連接。電源變壓整流裝置4在自身接入公網(wǎng)的前端安裝有穩(wěn)壓器。信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3安裝于軌邊電氣控制柜I內，信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3與其他裝置的信號連接如圖2所示。信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3通過RS232、RS485、以太網(wǎng)等形式與各設備進行接口通訊。信號數(shù)據(jù)傳輸裝置3通過下行信號傳輸管路16同TWDS傳感器19、擋板控制器8進行連接，通過上行信號傳輸管路17同TWDS上位機進行連接。需要說明的是，列車到達檢測器8的數(shù)量可以是一個或多個，當在列車駛來方向上安裝有列車到達檢測器8時，列車到達檢測器8能夠觸發(fā)TWDS傳感器19的啟動；當在列車駛去方向上安裝有列車到達檢測器8時，列車到達檢測器8則能夠觸發(fā)TWDS傳感器19的關閉。如列車到達檢測器8檢測出列車離開后，向邏輯控制器2發(fā)送列車離開信號；邏輯控制器2收到來自列車到達檢測器8的列車離開信號后向擋板控制器8發(fā)送關閉信號，擋板控制器8根據(jù)收到的關閉信號控制測量擋板9關閉。同理，在檢測到列車離開后，測量控制器7也可以觸發(fā)擋板控制器8以關閉測量擋板9。如測量控制器7檢測到列車離開后，向TWDS傳感器19發(fā)送列車離開信號；TWDS傳感器19根據(jù)來自測量控制器7的信號關閉，停止針對輪對11的測量。
結合以上描述可知，本發(fā)明控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置和方法，可以控制TWDS的機械及軟硬件及時、平穩(wěn)地開啟、關閉以及同步測量觸發(fā)，因此能夠保證用低成本對輪對進行及時、準確的測量，達到安全、可靠、穩(wěn)定、節(jié)能的目的。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置，其特征在于，該裝置包括邏輯控制器、列車到達檢測器、測量控制器、測量擋板、箱體、輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量裝置TWDS傳感器；其中， 所述列車到達檢測器用于檢測出列車到達，并將該情況通知給所述邏輯控制器； 所述邏輯控制器用于根據(jù)所述列車到達檢測器的通知，控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板開啟； 所述測量控制器用于檢測出列車輪對到達，并將該情況通知給所述箱體中的所述TWDS傳感器； 所述TWDS傳感器用于根據(jù)所述測量控制器的通知啟動，進行針對列車的輪對的測量。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于， 所述列車到達檢測器還用于檢測出列車離開，并將該情況通知給所述邏輯控制器； 所述邏輯控制器還用于根據(jù)所述列車到達檢測器的通知控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板關閉； 所述測量控制器還用于檢測出列車離開，并將該情況通知給所述TWDS傳感器； 所述TWDS傳感器還用于根據(jù)所述測量控制器的通知關閉，停止針對所述輪對的測量。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述列車到達檢測器采用光電式，由夾具安裝在行駛列車的鋼軌上，所述列車到達檢測器的數(shù)量為兩個或兩個以上。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述測量控制器采用光電式，通過軌卡夾具安裝在測量控制器安裝平臺上。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述箱體中設置有與所述邏輯控制器連接的擋板控制器，用于根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述擋板控制器上安裝有與所述測量擋板相連的連桿，用于根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括用于為所述TWDS傳感器除塵的除塵裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述除塵裝置包含用于除塵的氣源，該氣源為正氣壓氣源或負氣壓氣源。
9.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括車輛信息采集器，用于在列車經(jīng)過時采集車廂的電子標簽以獲取車輛信息。
10.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括信號數(shù)據(jù)傳輸裝置、電源變壓整流裝置；其中， 所述信號數(shù)據(jù)傳輸裝置用于對進出邏輯控制器的數(shù)字信號量進行格式轉換，滿足不同形式信息傳遞的要求； 所述電源變壓整流裝置用于為所述裝置提供電力。
11.一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的方法，其特征在于，該方法包括 列車到達檢測器檢測出列車到達，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器根據(jù)所述列車到達檢測器的通知，控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板開啟；以及 測量控制器檢測出列車到達，并將該情況通知給所述箱體中的所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器根據(jù)所述測量控制器的通知啟動，進行針對列車的輪對的測量。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，該方法還包括 所述列車到達檢測器檢測出列車離開，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器根據(jù)所述列車到達檢測器的通知控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板關閉；以及 所述測量控制器檢測出列車離開，并將該情況通知給所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器根據(jù)所述測量控制器的通知關閉，停止針對所述輪對的測量。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其特征在于，該方法還包括 由所述箱體中所設置的與所述邏輯控制器連接的擋板控制器，根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，由所述擋板控制器上安裝的與所述測量擋板相連的連桿，根據(jù)所述邏輯控制器的控制管理所述測量擋板的動作。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述連桿以平推運動方式管理所述測量擋板的動作。
16.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其特征在于，該方法還包括在列車經(jīng)過時采集車廂的電子標簽以獲取車輛信息。
17.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述TWDS傳感器為多個時，各個TWDS傳感器同步動作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制列車輪對幾何參數(shù)動態(tài)測量的裝置和方法，可以包括邏輯控制器、列車到達檢測器、測量控制器、測量擋板、箱體、TWDS傳感器；所述列車到達檢測器檢測出列車到達，并將該情況通知給所述邏輯控制器；所述邏輯控制器根據(jù)所述列車到達檢測器的通知，控制安裝有TWDS傳感器的箱體上的測量擋板開啟；以及，所述測量控制器檢測出列車輪對到達，并將該情況通知給所述箱體中的所述TWDS傳感器；所述TWDS傳感器根據(jù)所述測量控制器的通知啟動，進行針對列車的輪對的測量。本發(fā)明裝置和方法能夠用低成本對輪對進行及時、準確的測量。
文檔編號G05B19/04GK102880086SQ201210405028
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者孫軍華, 張廣軍, 宮政, 余少華, 陳錦雄, 柯大成 申請人:北京航空航天大學, 黃石邦柯科技股份有限公司