铁路轨辄切换健康诊断系统|寻求合作

作品描述

1．项目背景

铁路运输在经济社会大涨中具有特殊重要的地位和作用，它不仅是国民经济发展的大动脉，而且速度快，运能大、安全舒适、节能省地、减排高效等特点。道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道时必不可少的线路设备，可充分发挥线路的通过能力，是铁路轨道的一个重要组成部分。轨辙机操作道岔频繁高效的切换，保障了铁路运输安全、经济、便民、实惠、全天候的运输。

目前我国检测铁路道岔切换的轨辙信号器大都采用机械仪表测压，人工测量的方式。机械仪表易损坏且不具有数据存储与读取历史数据功能，人工依赖性较大，不具备故障预判和故障快速定位功能，严重影响了铁路路况观测的时效性。铁路轨辄切换健康诊断系统可极大地改进铁路道岔切换检测技术，有利于铁路路况观测的自动化、确保道岔检测时效性和检测质量。且该系统采用车站内部无线组网模式，车站之间数据共享，改变了以往远距离难以布线环境的数据采集模式，更好地为国家和当地的经济建设服务。

2．项目实施方案

铁路轨辄切换健康诊断系统由轨辙信号器、手持检测设备和上位机用户终端组成。

轨辙信号器安装于轨辙机内部，对轨辙机内油箱液位、液压压力值与液压杆动作位移三要素进行检测、记录并分析，用户终端对该三要素数据解析可以对轨辙机工作状态做出健康诊断并可预判故障。每个轨辙信号器内置有无线通讯模块，车站内部轨辙信号器无线组网，各火车站（暂定集成单位）内的用户终端通过无线接收模块接收车站内部各节点数据并统一集中显示存储，各火车站也可以将接收到的数据向路局传输或以GPRS的方式传输云端方便检测维护人员随时随地的查看检测数据，可实现实时监测铁路道岔切换状态及预警。

机内轨辙信号器主要包括大压力传感器组件、位移检测组件、液位检测组件、电流监视器组件、电路板组件、无线收发模块和电池组件。

机内轨辙信号器采用独立电池供电，为保障电池更换周期足够长，信号器开发中进行了低功耗设计，首先就是研发前期低功耗器件选择；其次是模块工作的选择控制，在工作中不经常使用的外部模块，可使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关控制其工作与否，以起到省电作用，延长了待机时间；再次是选择具有省电模式的主控芯片。大部分时间内，信号器处于休眠低功耗状态，当铁路道岔需要切换时，轨辙机内部电机启动，机内液压装置推动道岔变换，电流监视器监控到轨辙机内部电机通电启动时，随即唤醒电路板CPU并通过数字开关控制传感器等其他部件工作，采集各传感器信号，并将标记时间的压力值、油箱液位与液压杆动作位移值这三要素的数据打包，通过无线收发模块发送至上位机用户终端，亦可缓冲在模块中。如此，当无线网络发生故障时，即便数据暂未被发送至用户终端也不会丢失，有效提高了数据的安全性。当电流监视器监控到轨辙机内部电机断电后，机内部件整体再次进入休眠状态。

该液压信号器的手持检测设备是由商用平板电脑与手持采集终端APP组成。该检测设备可通过专用电缆与机内部件通讯，专业工作人员可通过终端APP对轨辙信号器的配置（例如局号、时钟、通信频率等等）进行具体修改和设置。巡检人员可通过终端APP可查看机内设备检测到的实时动态及历史数据，并可进行数据曲线的绘制等等，进而可判断轨辙机的工作是否正常。

同一车站内部的轨辙信号器通过EnOcean无线通信协议实现无线组网，EnOcean是一种新型的无线传输技术，该技术同Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等技术相比最大的优点就是极低的功耗。可实现高质量的无线通信技术，在保障通信距离的同时还具有超强的抗干扰能力，通过重复发送多个信号以及加密功能，保证整个通信系统的稳定性和安全性。

每个车站的工作间配有专用上位机，机内装有的用户终端可通过USB网关接收该车站5公里以内所有的轨辙信号器EnOcaen发射端的信号，同时将接收到的打包数据解压后进行解算分析，可作出各监测数据的统计图表，提前预判轨辙机工作故障，提供运营保障。用户终端还可提供半年以内的操作日志查询、预警 警历史查询、维修记录统计查询等 表。系统具备自检测功能，工作间上位机用户终端可自动侦测车站局域内各轨辙信号器的工作状态，对发生故障的信号器提出设备故障 警，方便系统自身维护。同时用户终端使用SQL数据库存储并同时作为数据共享服务器，通过互联网上传云端实现系统内部数据共享以便专业人员调取。同网任意车站通过安装该用户终端后，可根据登录用户的相应权限对全网任意轨辙信号器数据进行查看。如图2所示。

3．市场分析

铁路在国家安全中的战略与安全作用东亚是世界上最具经济活力的区域，同时也是世界上最大的贸易与投资市场之一。目前，我国内共有十八个铁路局， 5752个火车站，其中特等站51个、一等站209个、二等站313个、三等站826个，每个车站内部都可以实现轨辙信号器网络的组建。保守估计每个特等站平均有100处道岔，一等站80处，二等站60处，三等站40处，四五级各20处道岔，每个道岔处至少有一台轨辙机，简单估算约需安装100×51+80×209+60×313+40×826+20×4353=16700台轨辙液压信号器，单价1500元，市场大概有2.4105个亿的需求。

4. 竞争力分析

经过前期走访调查，目前我国检测铁路道岔切换的轨辙液压信号器大都采用机械仪表测压，与国内类似产品相比，该系统实现了车站内部无线组网，系统内部数据共享，无需铺设大量电缆，并且独立安装，互换性高，配有专业的维修检测手持设备，更便于维修与拆装。太航公司60多年一直在压力测量领域深耕，在传感器、测量技术方面储备了许多的专业技术人员与专业设备。由于太航公司一直从事航空产品的研制，对于铁路装备的研制流程、市场运行不太熟悉，在此方面需要有一个铁路部门的合作，这样我们从市场、技术方面非常有竞争力。

5．投资预算

本项目目前完全由北京京太铁路物资有限公司注资，太航公司研制。现已成立项目课题组，包括硬件设计师两名，软件设计师一名，结构设计师两名，进行前期关键部件的研制。按照2016年完成技术鉴定的目标，预计投入200万元的研制费用，具体见下表。