基于RFID的電力機車自動過分相系統(tǒng)方案

　　一、系統(tǒng)背景

　　GFX-3A型電力機車自動過分相系統(tǒng)由深圳市豐泰瑞達實業(yè)公司和北京鐵路局聯(lián)合研制而成，于2007年7月18日通過鐵道部科技司、運輸局技術(shù)評審鑒定。該系統(tǒng)針對電力機車而研制的自動過分相控制產(chǎn)品，其主要功能是當(dāng)電力機車通過分相區(qū)時，系統(tǒng)根據(jù)機車速度、定位機車位置自動平滑降牽引電流、斷開輔助機組和分“主斷”，通過分相區(qū)后，自動閉合主斷路器、閉合輔助機組和控制牽引電流平滑上升，實現(xiàn)電力機車通過分相區(qū)時操作的自動化，大大的減輕了乘務(wù)員的工作強度。

　　二、系統(tǒng)組成：

　　系統(tǒng)雙CPU熱備份結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)可靠性，主控系統(tǒng)具備自檢預(yù)警功能和事件記錄存儲分析功能。

　　同時識別網(wǎng)上射頻卡定位信號并同時兼容地面磁定位信號，雙重技術(shù)多重定位信號實現(xiàn)電力機車精確可靠的自動過分相。

　　電車機車自動過分相裝置包含車載裝置部分和沿線定位裝置兩大部分。車載部分包括：車載控制主機、車頂RFID閱讀器、報警器（蜂鳴器、雙色LED）、磁感應(yīng)接收器及連接線纜等組成；沿線定位裝置包括：接觸網(wǎng)上射頻定位卡和磁感應(yīng)裝置（磁軌枕）組成。

　　1.沿線定位裝置（單向一處分相）
　　射頻定位卡：6套
　　磁感應(yīng)器（磁枕）：4套

　　2.車頂RFID閱讀器
　　車頂閱讀器安裝于車頂I端，其功能是接收網(wǎng)上射頻定位卡信息，閱讀器將接收到射頻卡定位信息傳送給主機。

　　3.報警器和投/切開關(guān)
　　報警器和投/切開關(guān)設(shè)計為一體部件（也可分開安裝），安裝于司機操作臺前面板上，用于自動過分相的報警、聲光顯示、投入/切除裝置。

　　4.車載磁感應(yīng)接收器
　　車載磁感應(yīng)接收器安裝在機車的轉(zhuǎn)向架上，接收器采用密封防水、防震設(shè)計處理，保證系統(tǒng)的可靠運行。車載磁感應(yīng)接收器基于電磁感應(yīng)原理，感應(yīng)接收線圈與地面感應(yīng)器的磁場相結(jié)合，完成系統(tǒng)的定位識別。

　　三、分相定位點安裝示意圖

　　該裝置基于網(wǎng)上射頻卡定位和地面磁鐵信號雙重定位機車位置技術(shù)自動過分相。機車位置識別以網(wǎng)上射頻卡定位為主，地面磁鐵信號起備份和監(jiān)督作用。在每個分相區(qū)前設(shè)置三個射頻卡定位點和兩個磁鐵定位點，反相定位點對等設(shè)置。如下圖所示：

　　注：1、T1、T2、T3、T4為地面磁感應(yīng)器位置，T1和T4為預(yù)告點；T2和T3為強迫點
　　2、K1～K6為網(wǎng)上射頻定位卡安裝在承力索上，各位置定義如下：
　　上行方向：K6-6#(預(yù)告卡)、K1-1#（卸載卡）、K2-2#（分主斷卡）
　　下行方向：K5-5#(預(yù)告卡)、K3-3#（卸載卡）、K4-4#（分主斷卡）

　　四、工作原理

　　機車運行至K6點時讀到預(yù)告卡信號，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，提示司機距離分相還有2Km，并開始分相前計程；機車運行至K1點時讀到1#卸載卡，開始按1#卡575m位置計程，機車運行至K2點時讀到2#分主斷卡，開始按2#卡275m位置計程，并根據(jù)當(dāng)時機車速度，發(fā)出卸載信號開始降流，當(dāng)機車電流降至“0”，發(fā)出分主斷信號。
當(dāng)識別到T1或T2磁鐵信號時，若前面已識別到1#或2#卡則不啟動磁鐵分主斷計程，仍以射頻卡分主斷計程。

　　若未識別到射頻卡信號，則遇到T1磁鐵信號，開始T1磁鐵的205m分主斷計程。若未遇到T1時，當(dāng)遇到T2，則進行強制分主斷。

　　當(dāng)機車越過無電區(qū)后，有下列條件之一即發(fā)合主斷信號控制機車合主斷：
　　檢測到網(wǎng)壓信號由無到有信號變化；
　　識別到磁鐵恢復(fù)信號或反向射頻卡信號；
　　過無電區(qū)后計程合主斷。

　　反向行車自動過分相原理和正向行車一樣，因為每處分相定位點完全對稱安裝。

　　該裝置是基于無線射頻定位技術(shù)（RFID）、磁感應(yīng)技術(shù)和機車“公里標(biāo)”數(shù)據(jù)（TAX2箱公共信息）定位方式相結(jié)合的車載自動過分相控制裝置。

　　機車在區(qū)間運行時，以公里標(biāo)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前機車速度，進行機車距前方下一個相點距離運算和校準(zhǔn)；進入分相區(qū)前2km區(qū)域后，機車運行位置定位以RFID為主，機車公里標(biāo)數(shù)據(jù)用于定位備份和故障診斷，保證機車自動過分相的安全、可靠性。

　　五、工作原則

　　系統(tǒng)設(shè)計原則

　　裝置自動控制下，手動優(yōu)先分相前三個射頻卡定位點和兩個磁感應(yīng)器定位點相互關(guān)聯(lián)驗證，保證過分相的可靠性，即使個別定位點失效，不影響正常自動過分相。若裝置故障，報警器顯示紅燈，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲提示司機切除自動過分相，只要把操作端開關(guān)打到切除位，裝置與機車操制完全切除，投/切開關(guān)只與操作端有關(guān)，非操作端投/切開關(guān)處于任何位置都不影響。
　　主控系統(tǒng)具有完善的自檢功能，當(dāng)裝置正常時，報警器顯示綠燈，司機可以通過投/切開投入自動過分相。
　　主控系統(tǒng)具有完善事件存儲功能，自動過分相全部運行記錄及相關(guān)故障信息全部記錄在存儲器中，便于下載分析。
　　防誤動作，裝置結(jié)合公里標(biāo)數(shù)據(jù)判斷機車運行位置，機車運行在區(qū)間時，即使由于干擾感應(yīng)到磁信號，主控系統(tǒng)不會發(fā)出輸出控制。
　　卸載/加載機車牽引電流信號為2級線性斜率方式，適合機車各種工況（零位、牽引、電制）。

　　六、技術(shù)特點

　　1）機車定位技術(shù)
　　機車位置定位引入射頻定位卡（RFID）技術(shù)，其特點：
　　結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易安裝、免維護，適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。
　　唯一ID序列號，不會出現(xiàn)誤識別現(xiàn)象。
　　安裝在沿線接觸網(wǎng)的承力索上，防人為破壞。
　　2）射頻識別技術(shù)且兼容地磁信號并結(jié)合公里標(biāo)定位技術(shù)，提高機車位置定位的精準(zhǔn)性。
　　3）內(nèi)核雙CPU熱備份結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備平均無故障運行周期。
　　4）運算、輸出最佳分主斷位置，降低機車速度損失。
　　5）斜率電流控制技術(shù)，解決了機車過分相沖動問題。
　　6）具有完整的故障自檢及報警提示功能。
　　7）模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便。
　　8）冗余設(shè)計，便于功能擴展。