机车信号出入库自动检测系统及其通信流程及其测试流程

摘要

本发明公开了一种机车信号出入库自动检测系统，其包括机车信号出入库自动检测装置、机车信号出入库自动检测平台软件和数据服务器，机车信号出入库自动检测装置包括车载信号机、电子标签感应器、LED显示屏、AB板切换装置、环线电流读取器、高清网络摄像系统。本发明的优点：机车信号出入库自动检测平台软件，部署在监控中心的数据服务器上，二十四小时无人值守自动运行，负责数据分析、逻辑控制、数据记录和查询等功能；待检机车驶入检测区，被电子标签感应器感应到，发送开始检测的触发信息，自动检测平台软件收到触发信息后，开始比对环线电流读取器和车载信号机发送的当前色灯和上下行数据，比对后确定测试结果，自动化程度高。

说明书

技术领域

本发明涉及机车信号出入库自动检测系统及其通信流程及其测试流程，属于自动检测系统技术领域。

背景技术

电力机车从设计开始到投入正式运用，需要经过周密而严格的试验过程。从部件级的地面联调试验、到组装完成之后的厂内试验、出厂后的型式试验、以及最后的运用考核试验，每一阶段的试验都严格按照试验大纲进行，其目的是保证机车进入正线运行阶段的稳定性和安全性。机车再日常运行中经常需要检测，以保证机车的正常运行，而目前的机车检测系统大都是操作人员操作各种涉笔对机车各个指标进行检测，进而判断机车状态，这样操作过程繁琐。

我国铁路干支线机车车载信号大多为通用式或主体式机车信号，而驼峰推峰机车车载信号为无线机车信号系统，通用式机车信号车载设备实行出入库检测，以保证机车的正常运行，而目前的机车出入库检测系统操作较为繁琐，准确率低。为解决这一问题，中国专利“CN201220348106.7”，专利名称“无线机车信号出入库检测系统”采用了仿真机车来对机车出入库信号检测，进而测试出入库合格率，这样能够快速准确的检测机车出入库信号，但是需要频繁的装卸仿真机车，操作过程复杂；中国专利“201810081646.5”专利名称“自动化机车信号出入库检测系统及方法”公开的检测系统包括测试环线、发码箱、自动化检测和管理系统(即主控端)和远程监测服务器，这样能够相比于人工操作具有显著的提高，但其自动化程度有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种二十四小时无人值守自动运行的机车信号出入库自动检测系统。

本发明通过下述方案实现：机车信号出入库自动检测系统，其包括机车信号出入库自动检测装置、机车信号出入库自动检测平台软件和数据服务器，所述机车信号出入库自动检测装置包括车载信号机、电子标签感应器、LED显示屏、AB板切换装置、环线电流读取器、高清网络摄像系统，所述车载信号机和所述AB板切换装置为车载设备，所述机车信号出入库自动检测平台软件、所述数据服务器和所述环线电流读取器为室内地面设备，所述电子标签感应器、所述LED显示屏和所述高清网络摄像系统为室外地面设备。

所述车载信号机由显示灯点灯电路、开关量采样电路、通信模块组成，采样电路采集八个色灯、上下行和一端50V的开关量信息；无线通信模块向监控中心数据服务器发送开关量数据，同时也会接收自动检测平台软件发布的开始和停止发送的工作指令。

所述环线电流读取器由感应信号采样电路和通信模块组成，采样电路负责采样分析轨道上的感应信号，计算出发码色灯、超防信息、中心频的信息；结果数据通过无线通信模块或者有线传输到数据服务器。

所述AB板切换装置由机车信号AB板切换电路和通信模块组成，AB板切换电路强制切换信号主机的主备板工作状态；无线通信模块向数据服务器发送信号主机当前工作板信息，同时也会接收自动检测平台软件发布的切换AB板和关闭电源的工作指令。

所述电子标签感应器和LED显示屏安装在环线车场每个轨道的入口处，电子标签感应器安装在两条铁轨之间，而电子标签安装在机车底部，电子标签感应器可以读取电子标签内存储的信息；电子标签感应器内部的感应线圈读取机车电子标签内的数据信息，并产生触发命令；LED显示屏的主控板程序分析自动检测平台软件发布的命令，将测试过程中的提示信息投送到LED大屏幕，LED显示屏支持触摸控制。

所述数据服务器部署在监控室内，自动检测平台软件安装在数据服务器上，服务器作为网络中心的物理节点，接收所有车载和地面设备的数据信息。

所述高清网络摄像机辅助拍摄机车底部的接收线圈，采集到视频或者照片，传输至网络服务器。

所述电子标签感应器和LED显示屏可以通过手持式显示终端替代。

机车信号出入库自动检测系统的通信流程，其包括以下通信流程：

流程一、数据服务器和车载信号机：车载信号机通电工作之后，会向网络服务器发起TCP连接，周期性的发送心跳包，当机车进入检测区后，自动检测平台软件会使用车载信号机的采样数据，进行比对分析，得出测试结论后，确认测试结束；

流程二、数据服务器和AB板切换装置：AB板切换装置上电工作之后，会向网络服务器发起TCP连接，周期性的发送心跳包，自动检测平台软件发布的切换AB板和关闭电源的工作指令；

流程三、数据服务器和电子标签感应器：LED显示屏，磁钢开关触发电子标签感应器开始工作、读取车号信息，之后会向数据服务器发送待检机车的基本信息和入库测试的触发命令，自动测试平台软件读取到入库测试的触发命令，发布提示消息，在LED显示屏上显示；

流程四、数据服务器和环线电流读取器：环线电流读取器的采样电路负责采样分析轨道上的感应信号，计算出发码色灯、超防信息的中心频的信息；结果数据通过无线通信模块或者有线传输到数据服务器；

流程五、数据服务器和高清网络摄像机：高清网络摄像机辅助拍摄机车底部的接收线圈，采集到视频或者照片，传输至数据服务器。

机车信号出入库自动检测系统的测试流程，其包括以下测试流程：

步骤一、入库前：待检测机车驶入检测区入口，车载信号机在上电后，每隔一分钟发送一次心跳包到数据服务器；环线电流读取器每隔一秒钟发送一次信号数据到服务器；电子标签读取器工作在休眠状态，等待车辆通过；LED显示屏显示提示信息；AB板切换装置没有开机；

步骤二、入库：待检机车行驶过检测区入口，电子标签感应器的磁钢探头检测到有车通过，触发射频天线主动工作，读取机车底部电子标签中的信息，整合成入库触发信息帧发送到数据服务器，自动检测平台软件读取到入库测试的触发信息，查询数据库，查找出待测机车上车载信号机的设备编号，向其发送的指令，AB板切换装置的电源被打开；

步骤三、入库检测中：AB板切换装置通电上线后，会定时发送心跳包，自动检测平台软件读取到心跳数据后，确定设备在线，开始自动测试；

步骤四、出库：检测人员确认测试结束后，操作机车驶出检测区域，电子标签感应器发送机车出库的触发信息，自动检测软件收到触发信息后，更新当前机车的运行状态，同时发布提示信息，在LED显示屏上显示。

本发明的有益效果为：

1、本发明机车信号出入库自动检测平台软件，部署在监控中心的数据服务器上，二十四小时无人值守自动运行，负责数据分析、逻辑控制、数据记录和查询等功能；

2、本发明待检机车驶入检测区，被电子标签感应器感应到，发送开始检测的触发信息，自动检测平台软件收到触发信息后，开始比对环线电流读取器和车载信号机发送的当前色灯和上下行数据，比对后确定测试结果，自动化程度高；

3、本发明在现场施工难度较大，周期较长的环境下，为了快速的完成系统集成和联合调试，可以用手持式显示终端替代电子标签感应器和LED显示屏的一部分功能，手持终端具备一定的续航能力和便携性，测试人员在环线车场内随时上车进行测试，一定程度上提升了测试效率；

4、本发明设置的高清网络摄像机辅助拍摄机车底部的接收线圈，采集到视频或者照片，传输至网络服务器，工段检测人员在机房通过计算机软件界面查看接收线圈是否有移动、线缆脱落、结构开裂或损坏等现象，此检测方案效率高，投入人力少，同时也降低了事故发生率；

5、本发明自动检测系统的集成开发，选用了网络通信和总线通信混合组网的方式，网络拓扑结构是星型结构，车载信号机和AB板切换装置选用4G网络，高清网络摄像系统和LED显示屏选用有线LAN网络，电子标签感应器和环线电流读取器选用RS485总线网络。，通信网络的中心节点是数据服务器，部署了自动检测软件平台。网络通信协议定义了设备类型码和设备编号，所以每台设备都有且唯一的编号，网络拓扑是星型结构，系统中的每台设备只会与数据服务器进行数据交互。

附图说明

图1为本发明机车信号出入库自动检测系统的结构框图。

图2为数据服务器和车载信号机的通信流程图。

图3为数据服务器和AB板切换装置的通信流程图。

图4为数据服务器和电子标签感应器的通信流程图。

图5为数据服务器和LED显示屏的通信流程图。

具体实施方式

下面结合图1-5对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

机车信号出入库自动检测系统，其包括机车信号出入库自动检测装置、机车信号出入库自动检测平台软件和数据服务器，机车信号出入库自动检测装置包括车载信号机、电子标签感应器、LED显示屏、AB板切换装置、环线电流读取器、高清网络摄像系统，车载信号机和AB板切换装置为车载设备，机车信号出入库自动检测平台软件、数据服务器和环线电流读取器为室内地面设备，电子标签感应器、LED显示屏和高清网络摄像系统为室外地面设备。

车载信号机由八个显示灯点灯电路、开关量采样电路、4G网络无线通信模块组成。采样电路采集八个色灯、上下行和一端50V的开关量信息；无线通信模块向监控中心数据服务器发送开关量数据，同时也会接收自动检测平台软件发布的开始和停止发送的工作指令。

环线电流读取器主要由感应信号采样电路和4G无线通信模块(或485通信总线)组成，采样电路负责采样分析轨道上的感应信号，计算出发码色灯、超防信息、中心频等信息；结果数据通过无线通信模块或者485总线传输到数据服务器。

AB板切换装置主要由机车信号AB板切换电路和4G无线通信模块组成，其安装在机车信号主机旁边，使用扁平线缆和主机电源板的LX30端子相连接。AB板切换电路负责强制切换信号主机的主备板工作状态；无线通信模块向数据服务器发送信号主机当前工作板信息，同时也会接收自动检测平台软件发布的切换AB板和关闭电源的工作指令。

电子标签感应器和LED显示屏属于地面设备，安装在环线车场每个轨道的入口处。电子标签感应器安装在两条铁轨之间，而电子标签安装在机车底部，感应器可以读取电子标签内存储的信息；LED显示屏安装在轨道一侧的硬化地面上，方便司机室工作人员观察，电子标签感应器和LED屏之间通过数据通信线缆连接，电子标签感应器内部的感应线圈读取机车电子标签内的数据信息，并产生触发命令；LED显示屏的主控板程序分析自动检测平台软件发布的命令，将测试过程中的提示信息投送到LED大屏幕。LED显示屏支持触摸控制，用户可以通过相关地触控操作读取一些测试记录，其与数据服务器的通信方式可以是无线网络，也可以是有线网络。

数据服务器部署在监控室内，自动检测平台软件安装在数据服务器上。服务器作为网络中心的物理节点，接收所有车载和地面设备的数据信息，包括：出入库的触发信息、发码器当前色灯、信号机解码色灯、信号主机主备板信息等。同时，服务器对外发布命令，包括：测试过程的提示信息、切换AB板、关闭电源、开始和停止发送当前色灯等；自动检测平台软件负责界面显示、逻辑分析、发布命令、测试记录的存储和查询，数据服务器中保存有车型车号、设备编号的映射列表，自动检测软件通过查询映射列表可以快速地定位到某台机车上的车载信号机和AB板切换装置。

手持式显示终端可以替代电子标签感应器和LED显示屏的一部分功能。手持终端具备一定的续航能力和便携性，测试人员在环线车场内随时上车进行测试，一定程度上提升了测试效率；电子标签感应器和LED显示屏的现场施工难度较大，周期较长，为了快速的完成系统集成和联合调试，手持终端可以作为一期方案先行设计实施。

高清网络摄像机辅助拍摄机车底部的接收线圈，采集到视频或者照片，传输至网络服务器，工段检测人员在机房通过计算机软件界面查看接收线圈是否有移动、线缆脱落、结构开裂或损坏等现象。此检测方案效率高，投入人力少，同时也降低了事故发生率。

机车信号出入库自动检测系统的通信流程，其包括以下通信流程：

流程一、数据服务器和车载信号机：车载信号机通电工作之后，会向网络服务器发起TCP连接，周期性的发送心跳包，发送周期暂定为1分钟。如果该辆机车进入检测区后，需要开始检测，网络服务器会发布“开始通信”的指令，车载信号机收到命令后，暂定以1秒为周期发送采样数据，包括输出色灯、上下行等数据，自动检测软件读取服务器收到的数据后，会提取源设备编号，和当前在线测试的机车信息做比较，如果是在测机车上的车载信号机，提取色灯、上下行等数据开始比对分析，如果不是，自动检测软件会发布“停止通信”的指令，通过服务器发送至车载信号机，车载信号机接收到指令后进入到数据待发状态，只发送心跳包，自动检测软件会使用车载信号机的采样数据，进行比对分析，得出测试结论后，确认测试结束。之后，自动测试软件会再次发布“停止通信”的指令，车载信号机重新进入数据待发状态，数据服务器和网络服务器可以是一台服务器，也可以是两台独立的服务器，网络服务器可以选择租用云服务器，部署一个网络透传程序即可。

流程二、待检机车确认开始测试之后，由LED显示屏提示检测人员手动打开AB板切换装置的工作电源，切换装置上电工作之后，会向网络服务器发起TCP连接，周期性的发送心跳包，发送周期暂定为1分钟。自动检测软件平台接收到心跳包之后，确认是否是待检机车，如果不是，发送“关机”指令，切换装置主动关机。如果是，发送强制切换的指令，该装置会执行强制切换，使得机车信号主机强制工作在A主机板，之后向网络服务器发送信号主机的主备板信息。检测软件，针对主机A板，开始测试，测试结束后，再次发送强制切换的指令，待主机B板测试结束后，发送“关闭电源”指令。

检测过程中，AB板切换装置有概率发送“切换失败”和“关机失败”的消息，自动检测软件平台会发布相关错误提示信息。

流程三、测试开始之前，电子标签感应器工作在休眠待机状态，待检机车驶过，磁钢开关触发电子标签感应器开始工作、读取车号信息，之后会向数据服务器发送待检机车的基本信息和入库测试的触发命令，自动测试平台软件读取到入库测试的触发命令，发布提示消息，LED显示屏会显示“请打开AB板切换装置的电源开关！”。等待测试人员打开AB板切换装置的电源开关，其上电之后会自动发送“心跳包”信息，自动检测平台软件确认AB板切换装置正常工作之后，会发送强制切换的指令，软件读取到信号主机的主备板信息后，确认开始测试，测试过程中，LED显示屏会提示过程信息：

正在测试主机A板输出，请等待！

正在测试主机B板输出，请等待！

请切换下行侧。

正在测试主机B板输出，请等待！

正在测试主机A板输出，请等待！

检测结束，可以驶出检测区域。

LED显示屏支持触摸控制，测试人员可以在触控界面申请查询测试记录，数据服务器会把相关测试记录回传到LED显示屏，供测试人员查阅。

流程四、数据服务器和环线电流读取器：环线电流读取器的采样电路负责采样分析轨道上的感应信号，计算出发码色灯、超防信息的中心频的信息；结果数据通过无线通信模块或者有线传输到数据服务器。

流程五、数据服务器和高清网络摄像机：高清网络摄像机辅助拍摄机车底部的接收线圈，采集到视频或者照片，传输至数据服务器。

机车信号出入库自动检测系统的测试流程，其包括以下测试流程：

步骤一、入库前：待检测机车短时间内会驶入检测区入口，车载信号机在上电后，每隔一分钟发送一次心跳包到数据服务器；环线电流读取器每隔一秒钟发送一次信号数据到服务器；电子标签读取器工作在休眠状态，等待车辆通过；LED显示屏显示提示信息“检测区空闲，可以驶入”；AB板切换装置没有开机；自动检测平台软件24小时自动运行，无需专人值守。

步骤二、入库：待检机车行驶过检测区入口，电子标签感应器的磁钢探头检测到有车通过，触发射频天线主动工作，读取机车底部电子标签中的信息，整合成入库触发信息帧发送到数据服务器，自动检测平台软件读取到入库测试的触发信息，查询数据库，查找出待测机车上车载信号机的设备编号，向其发送“开始通信”的指令，同时向LED显示屏发送提示信息“请打开AB板切换装置的电源！”(触发信息中包括轨道编号，所以检测软件可以定位到某个LED显示屏)，所有车载信号机通电工作之后，都需要定时向服务器发送心跳包，保证TCP连接的工作态，同时自动测试软件平台会动态建立一个设备编号和IP地址的映射表，软件可以通过设备编号迅速定位IP地址，发送指令数据。接收到通信指令的车载信号机，以一秒为周期发送机车信号系统的输出色灯和上下行数据。如果信号机不在线，软件界面会提示故障信息，同时发送提示消息到LED屏，显示“机车信号机不在线，请检查设备状态”。

步骤三、入库检测中：AB板切换装置通电上线后，会定时发送心跳包，自动检测平台软件读取到心跳数据后，确定设备在线，开始自动测试。如果等待超时，LED显示屏会显示“AB板切换装置不在线，请检查设备状态；首先，检测软件会发送切换板指令到AB板切换装置，该装置接收到命令后，会强制A板工作。检测软件会比对分析环线电流读取器和机车信号机的输出数据，同时LED显示屏会提示信息：“正在测试主机A板输出，请等待！”，如果色灯和上下行数据一致，而且八个显示灯全部测试通过，可以判断主机A板工作正常；其次，检测软件会发送切换板指令到AB板切换装置，该装置接收到命令后，会强制B板工作。检测软件比对分析数据，同时LED显示屏会提示信息：“正在测试主机B板输出，请等待！”。同上文，得出一致的测试结果，可以判断主机B板工作正常；然后，自动检测软件会发送提示信息到LED显示屏，提示信息：“请切换下行侧！”，等待检测人员手动执行换端操作。同理，如果是重联机车，检测人员执行了换端操作之后，还需要打开另一节机车里面的AB板切换装置，LED显示屏会同步显示提示信息。

自动检测软件检测到下行侧的设备上线信息后，同上文，自动执行一遍机车信号主机的测试工作。

检测结束后，LED显示屏的提示信息：“检测结束，可以驶出检测区域。”。此时自动检测平台软件的界面会提示检测结束，工作人员可以点击“查看记录”软按键，查询详细的测试记录。检测软件可以支持当次测试记录的查询，也支持以时间为检索条件查询全部测试记录，也支持单独查询故障记录。

如果在检测过程中，出现测试结果与预期结果不符的情况，自动检测软件会立即停止测试，界面右端提示错误信息。同时发送提示信息到LED显示屏，提示检测人员具体的错误信息，等待故障恢复。

经过人工干预，故障恢复之后，自动检测软件重新开始测试，如果是断电维修，检测软件会自动重新测试；如果设备没有断电，需要在检测软件界面上，手动操作重新开始测试。

步骤四、出库：检测人员确认测试结束后，操作机车驶出检测区域，电子标签感应器发送机车出库的触发信息，自动检测软件收到触发信息后，更新当前机车的运行状态，同时发布提示信息，LED显示屏会显示“检测区空闲，可以驶入”。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。