本发明涉及一种脱轨检测控制器及脱轨判断方法。脱轨检测控制器包括控制面板,数据采集卡和总线。数据采集卡包括总线接口、至少13路输入输出通道和10个端子;控制面板包括用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,和至少8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及至少10个用于数据采集的端子。I/O输入通道连接按键,I/O输出通道连接指示灯。数据采集卡的端子连接控制面板的端子。办发明能够采集列车检测系统的数据,提供列车的运行状态参数,通过分析这些数据我们可以判断列车的行驶状态,也可以在有脱轨倾向的时候进行预警。
1.脱轨检测控制器,包括控制面板,数据采集卡和总线;其特征在于:所述数据采集卡和计算机是全双工通信;所述数据采集卡与所述控制面板,对于AD功能是单工通信,对于I/O功能是半双工通信;所述控制面板包括用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,和用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及用于数据采集的端子;I/O输入通道连接按键,I/O输出通道连接指示灯,数据采集卡的端子连接控制面板的端子。
2.如权利要求1所述的脱轨检测控制器,其特征在于:包括用于监控数据采集卡的数据读指示灯,用于监控数据采集卡的数据写指示灯,用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯,用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键和用于监控数据采集卡的数据读的指示灯、用于监控数据采集卡的数据写的指示灯相连,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键和用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯相连。
3.如权利要求1所述的脱轨检测控制器,其特征在于:所述数据采集卡包括总线接口、至少13路输入输出通道和10个端子;所述控制面板包括至少8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及至少10个用于数据采集的端子。
4.脱轨控制方法,包括以下步骤:步骤一:设置数据采集卡的I/O接口的基本参数;设置I/O接口的输入输出模式,将端口对应按键和指示灯,以完成对按键和指示灯的监测设置;设置指示灯和按键的有效电平;步骤二:完成AD的初始化设置;设置缓冲区大小,开AD中断,采样速率设定,AD初始化,启动AD;根据数据采集卡具有的板卡数量选定数据采集卡的板卡号后,依次进行停止AD,清空硬件FIFO,清空软件FIFO,设置驱动缓冲区大小,打开中断,初始化中断,设置零点和满度(用于溢出的判断),AD初始化以及启动AD,并设置总体的采样速率操作;设置数据采集卡的数字输出通道的采样;步骤三:完成按键输入检测,指示灯输出检测,ADC数据采样存储和串口通信;步骤四:关闭设备,释放内存。
5.如权利要求4所述的脱轨控制方法,其特征在于:所述步骤三包括三部分:第一部分是对于各个按键的检测;输入第一帧中选定的板卡号,对2个按键分别进行控制AD的启停、串口的读写允许和AD的启停、数据采集与存储允许的功能设置;第二部分是指示灯的输出;实现对控制面板中的用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯的控制;其设置为若监控数据采集卡的数字输出通道输出的信号超过阈值,则用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯会闪烁;第三部分是ADC的采集控制;成数组的初始化,抽取一维数组,创建数组,索引数组等,可以通过波形图查看车辆运行的数据波形;实现对于车辆运行数据保存、串口通信等的功能的控制;根据数据采集卡采集到的数据来计算并判断是否有脱轨趋势,若有脱轨趋势通过串口进行通信。
6.如权利要求4或5所述的脱轨判断方法,其特征在于:根据按键的功能设置限定与按键相连接的指示灯的功能。技术领域
本发明涉及一种脱轨检测控制器及脱轨判断方法。
背景技术
安全行车是铁路运营的基础,列车和轨道的技术状态决定了轮轨的安全。车辆走行技术状态在轮轨安全中占主要部分,如何保障数万车辆在运行几十万公里的漫长行程中保持良好的技术状态,车辆在出现走行性能问题时能及时发现,在脱轨事故发生之前把问题解决,是各国技术人员面临的重要任务。长期以来,世界各国铁路部门为保证轮轨安全都投入了大量的经费来研究和进行技术更新改造,科研人员也开展了大量的脱轨理论与实验研究并取得了一些成果,但是由于脱轨问题的复杂性及研究的困难性,直到今天这一问题仍未得到很好地解决。脱轨事故的原因往往难以查明,所以现在能够避免车辆脱轨的最有效的办法就是做好预警。重载铁路在国民经济中占有重要的地位,重载铁路空载车辆运行提速是增加重载铁路运力和工作效率的有利手段;但空载车辆提速后易发生脱轨事故,为了防止此类情况的发生,现阶段采取的手段是在列车空载返回时其运行速度通常低于满载时的运行速度。但这样做不能确保列车不发生脱轨事故,而且也降低了车辆的工作效率。
发明内容
本发明的目的是设计一种脱轨检测控制器及脱轨判断方法,能够采集列车检测系统的数据,提供列车的运行状态参数,通过分析这些数据我们可以判断列车的行驶状态,也可以在有脱轨倾向的时候进行预警,从而避免脱轨事故的发生。为实现上述目的,本发明提供一种脱轨检测控制器及脱轨判断方法。脱轨检测控制器包括控制面板,数据采集卡和总线。所述数据采集卡和计算机是全双工通信;所述数据采集卡与所述控制面板,对于AD功能是单工通信,对于I/O功能是半双工通信;所述控制面板包括用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,和用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及用于数据采集的端子,所述阈值是为了防止数据溢出,从而无法正确处理数据以及判断列车的脱轨倾向;I/O输入通道连接按键,I/O输出通道连接指示灯,数据采集卡的端子连接控制面板的端子。优选的是,脱轨检测控制器还包括用于监控数据采集卡的数据读指示灯,用于监控数据采集卡的数据写指示灯,用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯,用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键和用于监控数据采集卡的数据读的指示灯、用于监控数据采集卡的数据写的指示灯相连,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键和用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯相连。优选的是,所述数据采集卡包括总线接口、至少13路输入输出通道和10个端子;所述控制面板包括至少8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及至少10个用于数据采集的端子。脱轨控制方法,包括以下步骤:(1)步骤一:设置数据采集卡的I/O接口的基本参数;设置I/O接口的输入输出模式,将端口对应按键和指示灯,以完成对按键和指示灯的监测设置;设置指示灯和按键的有效电平;(2)步骤二:完成AD的初始化设置;设置缓冲区大小,开AD中断,采样速率设定,AD初始化,启动AD;根据数据采集卡具有的板卡数量选定数据采集卡的板卡号后,依次进行停止AD,清空硬件FIFO,清空软件FIFO,设置驱动缓冲区大小,打开中断,初始化中断,设置零点和满度(用于溢出的判断),AD初始化以及启动AD,并设置总体的采样速率操作;设置数据采集卡的数字输出通道的采样;(3)步骤三:完成按键输入检测,指示灯输出检测,ADC数据采样存储和串口通信;(4)步骤四:关闭设备,释放内存。优选的是,步骤三包括三部分:第一部分是对于各个按键的检测;输入第一帧中选定的板卡号,对2个按键分别进行控制AD的启停、串口的读写允许和AD的启停、数据采集与存储允许的功能设置:第二部分是指示灯的输出;实现对控制面板中的用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯的控制;其设置为若监控数据采集卡的数字输出通道输出的信号超过阈值,则用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯会闪烁,指示灯闪烁是说明信号超过阈值,已经无法正常接收数据了,不是脱轨报警。第三部分是ADC的采集控制;数组的初始化,抽取一维数组,创建数组,索引数组等,可以通过波形图查看车辆运行的数据波形;实现对于车辆运行数据保存、串口通信等的功能的控制;根据数据采集卡采集到的数据来计算并判断是否有脱轨趋势,若有脱轨趋势通过串口通信实现预警。优选的是,根据按键的功能设置限定与按键相连接的指示灯的功能。本发明可以选用工业式便携计算机辅助测量。工业式便携计算机简单小巧、易于携带,能方便的应用于火车上。利用计算机还可以存储数据以便在试验完成后利用移动存储设备将数据取出后进行使用,可以通过显示屏查看系统的运行情况。脱轨检测控制器中的数据采集卡包括总线接口、至少13路输入输出通道和10个端子。控制面板包括用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,和至少8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯以及至少10个用于数据采集的端子。I/O输入通道连接按键,I/O输出通道连接指示灯。数据采集卡可以选用518A/2型;518A/2数据采集卡采用PC104总线接口,具有32路模拟输入通道、24路可编程数字量输入输出通道及8路模拟量输出通道;适用于工业现场、实验室、嵌入式设备等多种场合。518A/2数据采集卡具体参数如下:(1)模拟输入:通道数:单端32路,差分16路分辨率:16位采样率:250KHz输入范围:0~10V(出厂状态),0~4V,0~5V,-3.33~+3.33,-5V~+5V,-10V~+10V,0-20mA(定制)增益范围:1、2、4、8(或者1、10、100、1000,需要定制)增益方式:程控,自动切换通道时0~15通道可以取不同增益转换方式:软件启动/定时启动/外触发/外部信号控制定时启动FIFO:8K(2)模拟输出:(仅518/2)通道数:8路输出范围:0~5V,±5V(其它电压范围,需定制)输出精度:12位数字量输入/输出:可编程输入/输出通道:24路输出驱动能力:<10mA电平方式:TTL电平(3)一般特性工作温度:-40°C~70°C(宽温)0°C~60°C(普通)相对湿度:40%~80%存贮温度:-45°C~+150°C在本发明中,数据采集卡的配置至关重要。518A/2数据采集卡基本配置是的通过跳线设置来完成板卡的,跳线的配置设置如下:xa0xa0跳线含义xa0xa0跳线名称xa0xa0配置xa0xa0基地址跳线xa0xa0JP7xa0xa0200H
xa0xa0模拟输入单端/差分方式跳线xa0xa0JP5xa0xa0单端
xa0xa0模拟输入量输入范围xa0xa0JP1-4xa0xa00~10V
xa0xa0模拟输出量范围xa0xa0JP6xa0xa00~5V
xa0xa0中断跳线说明xa0xa0JP8xa0xa0全部中断无效计算机与数据采集卡是全双工通信,两者之间通过PC104总线进行数据的连接。数据采集卡与控制面板通过排线进行联系;对于AD功能,只能是控制面板向数据采集卡发送数据,相当于是单工通信;对于I/0功能,控制面板可以向数据采集卡发送数据,也可以接收518A/2数据采集卡发送的数据,但是两者不能同时进行,相当于是半双工通信。将数据采集卡的I/O口的24路通道分成了3组,1组进行输入,其余两组进行输出。I/O口的输入通道用于控制面板的按键的检测;I/O口的输处通道用于控制控制面板中的指示灯。本发明应用的LabView软件是虚拟仪器领域中最具普适性的图形化编程开发工具,是当前国际上应用最广效果最佳的数据采集与控制开发软件之一,主要应用于仪器控制、数据挖掘、数据分析与显示等领域,适用于多种不同的操作系统。与以往的高级语言相比,LabView图形化语言编程针对的是非专业程序编制的普通工程设计人员,具有编程简介、直观性强、人机交互界面友好、数据可视化分析与设备控制能力优等特点。LabView编程主要是实现本发明的的脱轨检测控制器的初始化,I/O口读取写入,A/D采集,数据存储,串口通信和关闭设备等功能;将脱轨检测控制器中的各个模块之间设置成通过层叠式顺序结构,利用各个帧结构一步步完成设置,一共分为四帧即四个步骤,LabView软件通过对这四帧的编辑来设置脱轨检测控制器中的每一项必要参数:(1)步骤一:设置数据采集卡的I/O接口的基本参数,其主要是设置I/O接口的输入输出模式。将I/O接口的DIO1-DIO8端口设置成数字输入模式,每个端口对应单一按键,以完成对按键的监测设置;把按键设置成按下时输入低电平,释放时输入高电平。将I/O接口的DIO9-DIO24端口设置成数字输出模式,每个端口对应单一指示灯,以完成对指示灯的监测设置;把指示灯设置成低电平有效。按键和指示灯的检测是通过调用数据采集卡中的“调用库函数节点”函数来实现。(2)步骤二:完成AD的初始化设置,包括设置缓冲区大小,开AD中断,采样速率设定,AD初始化,启动AD等。主要是使用“调用库函数节点”函数;根据数据采集卡具有的板卡数量选定数据采集卡的板卡号后,依次进行停止AD,清空硬件FIFO,清空软件FIFO,设置驱动缓冲区大小,打开中断,初始化中断,设置零点和满度(用于溢出的判断),AD初始化以及启动AD,并设置总体的采样速率操作。在本帧中,能够保证AD准备工作,设置数据采集卡的8路数字输出通道的采样,每通道12.5K。(3)步骤三是while循环,在循环里面完成按键输入检测,指示灯输出检测,ADC数据采样存储和串口通信。下面是主要的三大部分:第一部分是对于各个按键的检测;通过使用“调用库函数节点”,输入第一帧中选定的板卡号,对2个按键分别进行控制AD的启停、串口的读写允许和AD的启停、数据采集与存储允许的功能设置。第二部分是指示灯的输出;主要应用labview的自带软件“按名称捆绑”函数以及“调用库函数节点”函数来实现对控制面板中的用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯的控制;其设置为若监控数据采集卡的数字输出通道输出的信号超过阈值,则用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯会闪烁。第三部分是ADC的采集控制;主要利用“调用库函数节点”函数以及对数组进行相关的操作来实现。由Labview自带的软件控件来完成数组的初始化,抽取一维数组,创建数组,索引数组等,可以通过波形图查看数据波形。在本帧中,利用Labview的控件,可以添加对于数据保存、串口通信等的功能的控制。在帧中添加相应的程序实现以下功能:对数据采集卡采集到的数据运用相关的算法来判断是否有脱轨趋势,若有脱轨趋势可以通过串口通信进行脱轨预警。(4)步骤四:关闭设备,释放内存。控制面板上的指示灯都被设置为低电平有效。按下用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,数据采集卡启动AD功能,用于监控数据采集卡的数据读的指示灯和用于监控数据采集卡的数据写的指示灯被点亮。当数字采集卡将数据读取控制面板中的数据时,用于监控数据采集卡的数据读的指示灯闪烁;当数字采集卡将数据将数据输入控制面板时,用于监控数据采集卡的数据写的指示灯闪烁。按下用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,数据采集卡启动AD功能以及数据采集与存储功能,用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯被点亮。当数据采集卡进行数据采集的时候用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯会闪烁。即当按下串口的读写允许按键时与其相连的用于监控数据读指示灯和写指示灯会一直亮,在数据采集卡有数据的读或写操作时读指示灯或写指示灯闪烁、否则会常亮;若串口的读写允许按键没有被按下,则用于监控数据读或写的指示灯都是灭的。当数据采集与存储允许按键被按下时,与其相连的用于监控数据采集的指示灯会常亮,若数据采集卡有数据采集操作该指示灯会闪烁;若数据采集与存储允许按键没有被按下,则用于监控数据采集的指示灯是灭的。当数据采集卡的数字输出通道输出的信号超过阈值时,用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯会闪烁预警。最后,通过和脱轨检测控制器相接的计算机,使用者可以方便直观的查看被测车辆在行驶过程中的数据波形图。本发明的脱轨检测控制器,能够采集列车检测系统中的数据,并由本发明脱轨判断方法对这些数据进行相关的分析,得到列车的运行状态。在列车有脱轨运动趋势时本发明能通过串口通信进行脱轨预警。本发明可以为重载铁路空载车辆的最高运行时速实验提供测试条件,也能为研究不同列车编组形式、不同线路区段的空载车辆运行速度目标值提供基本的数据支持。这为进一步提高重载铁路空载车辆的运行速度和车辆周转效率,提高铁路运输性能,增强运输安全性做好了铺垫。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本发明的脱轨检测控制器的优选实施例的结构示意图。图2为本发明的脱轨检测控制器的优选实施例的数据采集卡的跳线配置图。图3为本发明的脱轨判断方法的优选实施例的第零帧的结构示意图。图4为本发明的脱轨判断方法的优选实施例的第一帧的结构示意图。图5A、5B、5C为本发明的脱轨判断方法的优选实施例的第二帧的结构示意图。图6为本发明的脱轨判断方法的优选实施例的第三帧的结构示意图。图中,1.计算机、2.控制面板、3.数据采集卡、4.按键、5.指示灯、6.端子。
具体实施方式
参照图1所示,脱轨检测控制器选用工业式便携计算机辅助测量。工业式便携计算机简单小巧、易于携带,能方便的应用于火车上。利用计算机还可以存储数据以便在试验完成后采用存储设备将数据取出后进行使用,可以通过显示屏查看系统的运行情况。脱轨检测控制器中的数据采集卡选用518A/2型;518A/2数据采集卡采用PC104总线接口,具有32路模拟输入通道、24路可编程数字量输入输出通道及8路模拟量输出通道;适用于工业现场、实验室、嵌入式设备等多种场合。计算机与数据采集卡是全双工通信,两者之间通过PC104总线进行数据的连接。数据采集卡与控制面板通过排线进行联系;对于AD功能,只能是控制面板向数据采集卡发送数据,相当于是单工通信;对于I/0功能,控制面板可以向数据采集卡发送数据,也可以接收518A/2数据采集卡发送的数据,但是两者不能同时进行,相当于是半双工通信。将数据采集卡的I/O口的24路通道分成了3组,1组进行输入,其余两组进行输出。I/O口的输入通道用于控制面板的按键的检测;I/O口的输处通道用于控制控制面板中的指示灯。在控制面板中,第1行是3个按键:Key1、Key2、Key3,第2行是3个指示灯:K1、K2、K3;第3行是8个指示灯:K11-K18。3路I/O输入通道和3个按键单一对应相连,指示灯K1,K2连接按键Key2。指示灯K3连接按键Key3。8路I/O输出通道和指示灯K11-K18单一对应相连。第4行是10个用于数据采集的端子,这些端子和数据采集卡的端子对应相连,采集的是数据采集卡中的数据。在进行调试的时候,先将Key2和Key3按下,看指示灯K1、K2和K3是否亮,而后进行软件的运行,查看指示灯点亮的时候是否正确。参照图2所示,在本发明中,脱轨检测控制器的数据采集卡的配置至关重要。518A/2数据采集卡基本配置是的通过跳线设置来完成板卡的,跳线的配置设置如下:xa0xa0跳线含义xa0xa0跳线名称xa0xa0配置
xa0xa0基地址跳线xa0xa0JP7xa0xa0200H
xa0xa0模拟输入单端/差分方式跳线xa0xa0JP5xa0xa0单端
xa0xa0模拟输入量输入范围xa0xa0JP1-4xa0xa00~10V
xa0xa0模拟输出量范围xa0xa0JP6xa0xa00~5V
xa0xa0中断跳线说明xa0xa0JP8xa0xa0全部中断无效本发明的软件部分采用LabView编程来实现,LabView编程主要实现设备的初始化,I/O口读取写入,A/D采集,数据存储,串口通信和关闭设备等功能,各个模块之间通过层叠式顺序结构中的各个帧结构一步步完成,分为四步。参照图3所示,在第一步中设置数据采集卡的I/O接口的基本参数,其主要是设置I/O接口的输入输出模式。将I/O接口的DIO1-DIO8端口设置成数字输入模式,每个端口对应单一按键,以完成对按键的监测设置;把按键设置成按下时输入低电平,释放时输入高电平。将I/O接口的DIO9-DIO24端口设置成数字输出模式,每个端口对应单一指示灯,以完成对指示灯的监测设置;把指示灯设置成低电平有效。按键和指示灯的检测是通过调用数据采集卡中的“调用库函数节点”函数来实现。参照图4所示,在第二步中完成AD的初始化设置,包括设置缓冲区大小,开AD中断,采样速率设定,AD初始化,启动AD等。主要是使用“调用库函数节点”函数;选定数据采集卡的板卡号为1,之后依次进行停止AD,清空硬件FIFO,清空软件FIFO,设置驱动缓冲区大小,打开中断,初始化中断,设置零点和满度(用于溢出的判断),AD初始化以及启动AD,并设置总体的采样速率操作。在本帧中,能够保证AD准备工作,设置数据采集卡的8路数字输出通道的采样,每通道12.5K。参照图5A-图5C所示,第三步是while循环,在循环里面完成按键输入检测,指示灯输出检测,ADC数据采样存储和串口通信。第二帧主要有以下三大部分:参照图5A所示,第一部分是对于各个按键的检测;通过使用“调用库函数节点”,输入第一帧中选定的板卡号1,对控制面板上的按键进行控制AD的启停、串口的读写允许和AD的启停、数据采集与存储允许的功能设置。按键Key1没有进行按键功能定义,供以后扩展用。设定Key2是用于控制AD的启停、串口的读写允许的按键,按下后可以进行串口的读写。设定Key3用于AD的启停、数据采集与存储允许的按键,按下后可以进行数据的采集与存储。根据按键的功能设置限定与按键相连接的指示灯的功能。设定K1是用于监控数据采集卡的数据读的指示灯,设定K2是用于监控数据采集卡的数据写的指示灯,设定K3是用于监控数据采集卡的数据采集的指示灯。这3个指示灯由于第零帧中的设定都是低电平有效,当对应的按键按下时才会亮。其中,K1,K2对应于Key2,代表接收数据和发送数据,当Key2按下时K1和K2会一直亮,若数据采集卡有数据的读或写时,对应的K1或K2会闪烁,否则会常亮;若Key2没有按下,则K1和K2是灭的。K3对应于Key3,当Key3被按下时,K3会常亮,若有数据的采集则会闪烁,若Key3没有被按下,则K3是灭的。第3行是8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯;若数据采集卡的输出通道的信号超过阈值,则指示灯K11-K18中与通道相连的指示灯会闪烁。参照图5B所示,第二部分是指示灯的输出,主要应用了“按名称捆绑”函数以及“调用库函数节点”函数,这里可以实现对于控制面板中第3行的8个用于监控数据采集卡的输出信号是否超阈值的指示灯的控制。设置为若监控数据采集卡的数字输出通道输出的信号超过阈值,与超过阈值的通道相连的指示灯会闪烁。参照图5C所示,第三部分是ADC的采集控制;主要利用“调用库函数节点”函数以及对数组进行相关的操作来实现。由Labview自带的软件控件来完成数组的初始化,抽取一维数组,创建数组,索引数组等,可以通过波形图查看数据波形。在本帧中,利用Labview的控件,可以添加对于数据保存、串口通信等的功能的控制。在帧中添加相应的程序实现以下功能:对数据采集卡采集道德数据运用相关的算法来判断是否有脱轨趋势,若有脱轨趋势可以通过串口通信进行脱轨预警。参照图6所示,第四步主要用于关闭设备,释放内存。使用者可以通过与脱轨检测控制器相接计算机查看由被测车辆的行驶数据组成的波形图。以上所述仅使本发明的优选实施例,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。