用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置的制作方法

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1.本发明涉及调车作业技术领域，尤其涉及一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置。

背景技术：

2.列车取消运转车长后，列尾装置作为确保列车运行安全的重要设备，已在全路各线推广运用。起初列尾装置通信依附于无线列调系统，采用模拟通信系统。随着铁路现代化的不断发展，全路新建铁路开始实行数字信道机通信技术。数字对讲机已在高铁客站、铁路公安等方面运用，我局平调系统数字化已成功运用。
3.目前货物列车及客运列车均已采用尾部安全防护装置，而长距离牵出的调车作业还未有相关的尾部安全保障设备(如图1为正在)，另外调车作业缺少列车尾部过标智能化监测装置，作业人员只能亲自到达调车作业列车尾部通过对讲机与机车司机沟通过标情况。
4.调车作业单纯靠人工作业不仅效率低，而且增加了一线作业人员工作负担，存在安全劳动风险；单纯靠人工作业无法实时掌握列尾风压及风压告警信息，存在安全隐患。

技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，可实现调车作业尾部风压查询、报警与排风，实现调车作业尾部位置监测与过标识别，实现调车作业尾部位置信息无线传输。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，包括设置于调车作业列车尾部的调列尾主机以及通过无线方式进行通信的控制装置，所述调列尾主机包括主控模块以及分别与主控模块连接的风压采集模块、排风模块、过标检测模块、无线通信模块、显示模块以及充放电控制模块；
8.所述风压采集模块用于实时采集调车作业列车尾部的风压信息，并通过所述主控模块和所述无线通信模块反馈至所述控制装置，当风压信息出现异常值时主动向所述控制装置发出报警信息；
9.所述排风模块用于通过所述主控模块和所述无线通信模块接收所述控制装置发送的紧急停车指令，并进行辅助排风制动；
10.所述过标检测模块包括rfid阅读器，用于识别站场股道内调车尾部标准位置识别区的rfid电子标签，当调车作业列车尾部通过调车尾部标准位置识别区时，所述rfid阅读器自动识别出所述rfid电子标签中的过标信息，并通过所述无线通信模块将过标信息反馈至所述控制装置，从而实现调车作业列车尾部的过标识别与位置监测；
11.所述显示模块用于就地显示相关信息，包括风压信息、报警信息、过标信息、设备状态和突发事件；
12.所述充放电控制模块用于为所述主控模块、风压采集模块、排风模块、过标检测模块、无线通信模块和显示模块提供电源。
13.进一步地，所述风压采集模块包括电连接的差分压力传感器和差分ad采样电路，通过所述差分ad采样电路对所述差分压力传感器的模拟输出进行采集。
14.进一步地，所述风压采集模块通过循环定时扫描、平滑滤波、数字变换和线性校正实现风压测量，通过阶梯阈值回差处理方式进行风压异常判定。
15.进一步地，所述排风模块包括排风阀、电磁阀、电磁阀驱动电路、电源控制电路和电压电流检测电路，所述电磁阀用于根据所述电磁阀驱动电路发送的驱动信号控制所述排风阀进行排风，所述电磁阀、电磁阀驱动电路、电源控制电路和电压电流检测电路均电连接。
16.进一步地，所述电磁阀驱动电路采用双端口，正负极单独驱动以防止电路脉冲干扰；所述电磁阀接口处设置有反向续流电路，防止阀门关闭时产生的感应高压对电路板产生冲击。
17.进一步地，所述排风阀包括主阀以及与所述主阀连接的先导阀。
18.进一步地，所述过标检测模块的rfid阅读器定时进行标签扫描，如果收到标签返回指令则向所述主控模块推送标签信息，所述主控模块从标签信息中解出标签的epc信息，然后根据判定该标签是否是合规的过标标定标签，如果是则提取股道和标签号信息，向所述控制装置推送过标提醒。
19.进一步地，所述充放电控制模块包括锂电池组，充电入口处设置有防护器件，所述防护器件包括瞬态抑制二极管tvs、压敏电阻和熔断器、肖特基二极管，所述瞬态抑制二极管tvs和所述压敏电阻用于消除静电和电池脉冲产生的高压脉冲，所述肖特基二极管用于避免充电入口处的电源反接和电能反向输出现象。
20.进一步地，所述无线通信模块通过数字信道机实现所述主控模块与所述控制装置的无线通信。
21.进一步地，所述调列尾主机还包括北斗模块与4g传输模块，用于实时将调列尾主机的位置信息传输至外部的管理系统。
22.本发明的有益效果在于：
23.(1)调车作业尾部风压查询及报警：采用数字无线通信技术，将调列尾主机检测到的调车作业列车尾部风压信息反馈到控制装置(例如现有的平调设备)中，可实现检测车列全列贯通，防止运行途中折关及车辆分离。
24.(2)调车作业尾部位置监测：通过高频(或超高频)无线射频识别通信技术，利用rfid电子标签在站场股道内设置调车尾部标准位置识别区。同时，在调列尾主机中设置rfid阅读器，当车列尾部通过调车尾部标准位置标识区时，实现调车尾部信息识别自动化，从而实时监测调车尾部过标情况。
25.(3)调车尾部位置及坏境信息无线播报：通过数字无线通信技术在调列尾主机中设置无线通信模块，将尾部位置信息实时传输至控制装置中，为司机掌握调车尾部位置信息提供实时数据。
附图说明
26.图1本发明实施例的调车尾部安全防护装置结构示意图之一；
27.图2本发明实施例的调车尾部安全防护装置结构示意图之二；
28.图3本发明实施例的调列尾主机模块图；
29.图4本发明实施例的风压采集模块的电路图；
30.图5本发明实施例的排风模块的控制电路图；
31.图6本发明实施例的过标检测模块的电路图；
32.图7本发明实施例的显示模块的电路图；
33.图8本发明实施例的充放电控制模块的电路图；
34.附图标记：
35.图1中：1-主控模块，2-风压采集模块，4-无线通信模块，401-天线，5-显示模块，6-充放电控制模块，7-底座，8-底座固定手柄，901-活动钩体，10-二次锁闭装置，11-数据接头，12-电源开关；
36.图2中：301-排风阀，302-排风口，13-固定架；
37.图4中：u3为me501-5型桥式整流器，ic2为ref3112型电压基准，ic3为ad620brz-r7型放大器；
38.图5中：u4为ina260aipw型电流感应放大器，t1为ao3401场效应管，t2为ao3400场效应管，t3为ssc34肖特基二极管，i2c1为i2c总线；
39.图6中：t8为ao3401场效应管，t9为ao3400场效应管；
40.图7中：u7为mic5219-3.3bm5型稳压电源，t3为ao3400场效应管，t4为ao3401场效应管，jp1为oled显示屏；
41.图8中：d1为ssc34肖特基二极管，d2～d5为smaj9.0ca型瞬态抑制二极管(tvs)，mov为mlv0805e3型压敏电阻，f1为熔断器，j2为充电口。
具体实施方式
42.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.本实施例提供了一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，包括设置于调车作业列车尾部的调列尾主机以及通过无线方式进行通信的控制装置。如图1～3所示，调列尾主机包括主控模块1以及分别与主控模块1连接的风压采集模块2、排风模块、过标检测模块、无线通信模块4、显示模块5以及充放电控制模块6。
44.风压采集模块2用于实时采集调车作业列车尾部的风压信息，并通过主控模块1和无线通信模块4反馈至控制装置，当风压信息出现异常值时主动向控制装置发出报警信息。风压采集模块2包括电连接的差分压力传感器和差分ad采样电路，其中差分压力传感器采集反馈的风压为风管压力与外界压力差值，优选地，根据列车行驶风压为500kpa/600kpa，该差分压力传感器的测量范围应大于700kpa。
45.风压采集模块2的电路如图4所示，通过差分ad采样电路对差分压力传感器的模拟输出进行采集。优选地，差分ad采样电路的运放选择集成式差分仪表运放ad620，相较于分离运放电路，其使用单电源供电，集成度高，抗干扰能力强，外围电路简单。此外，引入外置参考电压，使输出稳定可靠。
46.风压采集模块2的工作流程为：通过循环定时扫描、平滑滤波、数字变换和线性校正实现风压测量，并通过阶梯阈值回差处理方式进行风压异常判定，以防止临界情况下判定结果反复。
47.排风模块用于通过主控模块1和无线通信模块4接收控制装置发送的紧急停车指令，并进行辅助排风制动。排风模块包括排风阀301、电磁阀和控制电路，其中电磁阀根据控制电路发送的驱动信号控制排风阀301进行排风。排风阀301由主阀和先导阀组成，主阀的进气孔径、排风孔径、气路直径、开合横截面、弯道尺寸、配合间隙等都与现有列车尾部安全防护装置排风阀301保持一致，先导阀的排风孔径、气路直径、配合间隙、弹簧力、磁体功率、线圈功率也与现有列车尾部安全防护装置排风阀301保持一致。在气路设计方面，通过三次转弯的气路设计来实现主阀排气孔向下。为了防堵塞，进气孔处设置了过滤网。
48.排风模块的控制电路如图5所示，包括电磁阀驱动电路、电源控制电路和电压电流检测电路，其中电磁阀驱动电路采用双端口，正负极单独驱动以防止电路脉冲干扰。电磁阀接口处设置有反向续流电路，防止阀门关闭时产生的感应高压对电路板产生冲击。
49.排风模块的工作流程为：当主控模块1收到控制装置的消息并识别出有用列尾消息，会通过队列发送给列尾任务，再对列尾任务做解帧处理，当列尾任务识别到排风命令后，控制装置发送排风命令给排风模块，最终实现排风控制和阀门复位。
50.过标检测模块设置有rfid阅读器，用于识别站场股道内调车尾部标准位置识别区的rfid电子标签，当调车作业列车尾部通过调车尾部标准位置识别区时，rfid阅读器自动识别出rfid电子标签中的过标信息，并通过无线通信模块4将过标信息反馈至控制装置，从而实现调车作业列车尾部的过标识别与位置监测。
51.过标检测模块的电路如图6所示，过标检测模块采用无源rfid方案，使用小体积的超高频rfid阅读器(读写器)，过标检测模块与主控模块1之间采用串口通信。过标检测模块还设置有电源控制电路，主控模块1可以控制过标检测模块的电源和使能信号。
52.过标检测模块的工作流程为：过标检测模块的rfid阅读器定时进行标签扫描，如果收到标签返回指令则向主控模块1推送标签信息，主控模块1从标签信息中解出标签的epc信息，然后根据判定该标签是否是合规的过标标定标签，如果是则提取股道和标签号信息，向控制装置推送过标提醒。
53.显示模块5用于就地显示相关信息，包括风压信息、报警信息、过标信息、设备状态和突发事件，其中设备状态包括设备核心温度、当前风压值、电池电压电流功率、电台电源信息、阀门电源信息、扩展模块电源信息。
54.显示模块5的电路如图7所示，显示模块5采用oled显示屏，oled显示屏具有高亮度和低功耗的显著优点，显示区域约为1寸视窗。显示模块5有独立的电源及电源控制、spi接口，同时配有板载字库。该显示模块5字库丰富，分辨率为128*64点，可以实现4行8个汉字的显示。
55.显示模块5的工作流程为：采用顺序呈现、循环执行的方式，实时呈现设备状态等
相关信息，包含设备核心温度、当前风压值、电池电压电流功率、电台电源信息、阀门电源信息、扩展模块电源信息等信息页。具体地，每个信息页停留2秒，每页数据间隔1s刷新2次。
56.充放电控制模块6用于为主控模块1、风压采集模块2、排风模块、过标检测模块、无线通信模块4和显示模块5提供电源。
57.充放电控制模块6的电路如图8所示，电池模块由两组串联的18650锂电池组成，充电电压为8.4v，充电入口处设置有防护器件，防护器件包括瞬态抑制二极管tvs、压敏电阻和熔断器、肖特基二极管，瞬态抑制二极管tvs和压敏电阻用于消除静电和电池脉冲产生的高压脉冲，肖特基二极管用于避免充电入口处的电源反接和电能反向输出现象。此外，电路上保留了smbus通信总线，可作为集成智能电池的通信接口。
58.无线通信模块4通过信道机实现主控模块1与控制装置的无线通信。优选地，信道机采用400mhz数字信道机实现。
59.优选地，主控模块1可采用stm32f103ret6芯片实现。
60.优选地，调列尾主机还可设置北斗模块与4g传输模块，用于实时将调列尾主机的位置信息传输至外部的管理系统。
61.优选地，调车尾部安全防护装置还设置有一次锁闭装置和二次锁闭装置，用于保证调列尾主机卡扣在列尾气管的端口。如图1和图2所示，一次锁闭装置由锥形凸台、止卡端、活动钩体结构901组成，二次锁闭装置10固定于调列尾主机外壳上，用于锁闭底座固定手柄8。
62.优选地，控制装置可采用便携式应急机车电台或现有平调手持台实现，其中：
63.(1)当控制装置为便携式应急机车电台时
64.调列尾主机应使用列尾相似通信制式进行通信，应符合etsi ts 102 361-1v2.2.1(2013-02)中7.2接的相关规定，采用tdmr直通方式下csbk协议进行无线数据通信。
65.在使用前需要对调列尾主机配置参数。不同调车组频点不同，调列尾主机使用前需要使用配置工具配置调列尾主机的频道、数字id、过标epc掩码等信息。
66.基本数据帧格式如表1所示，其中帧长度是指从帧类型到数据的总字节数，即数据码字节的长度n+1；帧类型固定为cah，即只使用列尾数据帧；数据码长度固定为16字节，帧长度相应为16+1＝17字节；校验和计算范围从“起始1”(含)到“数据码”的所有字节(共n+4个字节，n为数据码长度)，校验和的计算方法是对计算范围内的所有字节进行16进制不带进位的累加，对累加的和取补。
67.表1基本数据帧格式
[0068][0069][0070]
此外，列尾数据的帧类型为cah，数据码为16字节，按字节定义的内容和排序见表2。注：表2中无效值必须填ffh。
[0071]
表2列尾数据码
[0072][0073]
按照以上内容制作通信协议，编写通信程序，即可在便携式应急机车电台上实现对调列尾主机的控制。具体地，按压便携式应急机车电台查询键可控制调列尾主机的风压查询，按压便携式应急机车电台排风键即可控制调列尾主机的辅助排风制动，便携式应急机车电台可接收调列尾主机的系列报警以及应答信息。
[0074]
(2)当控制装置为现有平调手持台时
[0075]
调列尾主机应采用平调相似通信制式进行通信。在使用前需要对调列尾主机配置参数。不同调车组频点不同，调列尾主机使用前需要使用配置工具配置调列尾主机的频道信息。
[0076]
基本数据帧格式如表3所示，其中帧长度是指从帧类型到数据的总字节数，即数据码字节的长度n+1；帧类型固定为cah，即只使用列尾数据帧；数据码长度固定为16字节，帧长度相应为16+1＝17字节；校验和计算范围从“起始1”(含)到“数据码”的所有字节(共n+4个字节，n为数据码长度)，校验和的计算方法是对计算范围内的所有字节进行16进制不带进位的累加，对累加的和取补。
[0077]
表3基本数据帧格式
[0078]
字节定义起始1起始2帧长度帧类型数据码校验和字节长度1111n1值a5h5ahn+1
ꢀꢀꢀ
[0079]
此外，列尾数据的帧类型为cah，数据码为7字节，按字节定义的内容和排序见表4。注：表4中无效值必须填ffh。
[0080]
表4列尾数据码
[0081][0082][0083]
按照以上内容制作通信协议，编写通信程序，即可在平调手持台上实现对调列尾主机的控制。具体地，按压平调手持台(按北交信通修改协议后的)侧边按键可控制调列尾主机的风压查询，长按调车长手持台发出紧急停车指令可控制调列尾主机辅助排风制动，平调手持台(按北交信通修改协议后的)可接收调列尾主机的系列报警以及应答信息。
[0084]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，包括设置于调车作业列车尾部的调列尾主机以及通过无线方式进行通信的控制装置，所述调列尾主机包括主控模块以及分别与主控模块连接的风压采集模块、排风模块、过标检测模块、无线通信模块、显示模块以及充放电控制模块；所述风压采集模块用于实时采集调车作业列车尾部的风压信息，并通过所述主控模块和所述无线通信模块反馈至所述控制装置，当风压信息出现异常值时主动向所述控制装置发出报警信息；所述排风模块用于通过所述主控模块和所述无线通信模块接收所述控制装置发送的紧急停车指令，并进行辅助排风制动；所述过标检测模块包括rfid阅读器，用于识别站场股道内调车尾部标准位置识别区的rfid电子标签，当调车作业列车尾部通过调车尾部标准位置识别区时，所述rfid阅读器自动识别出所述rfid电子标签中的过标信息，并通过所述无线通信模块将过标信息反馈至所述控制装置，从而实现调车作业列车尾部的过标识别与位置监测；所述显示模块用于就地显示相关信息，包括风压信息、报警信息、过标信息、设备状态和突发事件；所述充放电控制模块用于为所述主控模块、风压采集模块、排风模块、过标检测模块、无线通信模块和显示模块提供电源。2.根据权利要求1所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述风压采集模块包括电连接的差分压力传感器和差分ad采样电路，通过所述差分ad采样电路对所述差分压力传感器的模拟输出进行采集。3.根据权利要求1所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述风压采集模块通过循环定时扫描、平滑滤波、数字变换和线性校正实现风压测量，通过阶梯阈值回差处理方式进行风压异常判定。4.根据权利要求1所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述排风模块包括排风阀、电磁阀、电磁阀驱动电路、电源控制电路和电压电流检测电路，所述电磁阀用于根据所述电磁阀驱动电路发送的驱动信号控制所述排风阀进行排风，所述电磁阀、电磁阀驱动电路、电源控制电路和电压电流检测电路均电连接。5.根据权利要求4所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述电磁阀驱动电路采用双端口，正负极单独驱动以防止电路脉冲干扰；所述电磁阀接口处设置有反向续流电路，防止阀门关闭时产生的感应高压对电路板产生冲击。6.根据权利要求4所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述排风阀包括主阀以及与所述主阀连接的先导阀。7.根据权利要求1-6任一项所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述过标检测模块的rfid阅读器定时进行标签扫描，如果收到标签返回指令则向所述主控模块推送标签信息，所述主控模块从标签信息中解出标签的epc信息，然后根据判定该标签是否是合规的过标标定标签，如果是则提取股道和标签号信息，向所述控制装置推送过标提醒。8.根据权利要求1-6任一项所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述充放电控制模块包括锂电池组，充电入口处设置有防护器件，所述防
护器件包括瞬态抑制二极管tvs、压敏电阻和熔断器、肖特基二极管，所述瞬态抑制二极管tvs和所述压敏电阻用于消除静电和电池脉冲产生的高压脉冲，所述肖特基二极管用于避免充电入口处的电源反接和电能反向输出现象。9.根据权利要求1-6任一项所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述无线通信模块通过数字信道机实现所述主控模块与所述控制装置的无线通信。10.根据权利要求1-6任一项所述的用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，其特征在于，所述调列尾主机还包括北斗模块与4g传输模块，用于实时将调列尾主机的位置信息传输至外部的管理系统。

技术总结

本发明公开了一种用于长距离牵出调车作业的调车尾部安全防护装置，包括设置于调车作业列车尾部的调列尾主机以及通过无线方式进行通信的控制装置，所述调列尾主机包括主控模块以及分别与主控模块连接的风压采集模块、排风模块、过标检测模块、无线通信模块、显示模块以及充放电控制模块。本发明可实现调车作业尾部风压查询、报警与排风，实现调车作业尾部位置监测与过标识别，实现调车作业尾部位置信息无线传输。无线传输。无线传输。