列车运行监控

摘要

21世纪我国经济已进入了一个快速稳定的发展时期，高速增长的国民经济对铁路运输提出了更高的要求。列车运行监控、检测装置为列车安全高速行驶必备的装备之一，各国铁路大力发展列车运行监控技术已成为潮流。现在组态技术已被认可并广泛应用，它提供了从数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案。

本文分析描述了列车运行过程和列车监控系统的相关知识，在了解列车运行监控系统结构的基础上用组态王软件完成列车运行过程的模拟监控设计。系统设计了组态监控主界面，在组态监控主界面上能实时反映机车运行过程中主变压器功率、受流电压、电流、速度、电机转速、轴温、到站站点、运行距离、运行时间、空调温度等参数的变化，并能通过此界面模拟控制机车启动、加速、制动、停车的运行状态。此外，主界面可切换到参数设定界面，对列车车次等参数设定，还可以切换到设备状态界面，查看列车内各设备是否正常运行。

系统运行结果表明，很直观地输出了列车运行参数报表和速度趋势曲线，运行稳定、画面清晰、记录准确。此外，系统成本很低，使用很方便。

关键词：列车运行；组态王；模拟；监控

1 绪论

1.1 论文背景与意义

铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在我国社会经济发展中具有重要作用。我国铁路在2007年4月进行了第六次大提速，提速干线开行的CRH(China Railway Highspeed,中国高速铁路)系列动车组的运行速度已达到200-250km/h，既有线旅客列车运行速度普遍达到140-160km/h，货运列车牵引重量达5000t，大秦线已开行了万吨列车。不断提高的运行速度与牵引重量对铁路机车、车辆是一种考验，对行车安全更是一场挑战。客车高速、货车重载是未来铁路发展的两个重点。建设客货车安全运行监控与防范体系的必要性在铁路“十一五”规划中已确定。在这种新形势下，如果没有可靠的设备保障，客货车安全运行就会失去坚实的基础。如何保障客货车安全高效地运行成为铁路部门迫切需要解决的问题。在这种情况下，列车运行监控、检测设备显得尤为重要。因此，设计通用性强的列车运行实时监控设备势在必行。

“组态王”软件是在计算机上建立工业控制对象的人机接口的一种智能软件包，我们利用它设计虚拟系统来模拟实际的物理系统。这样就充分利用了Windows的图形，具有功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，它使采用计算机开发的系统工程比以往的使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，这样就大大地减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用计算机丰富的软件资源进行开发。

本课题就是在计算机上安装的组态王软件中实现模拟的列车运行监控。模拟列车运行监控是指在组态王中根据列车实际的运行轨迹用软件进行模拟，包括列车在预定轨道上运行、各站点位置等，然后用命令语言控制其运行，达到在虚拟列车的运行过程中实时显示并记录各运行参数，并在组态王监控界面里模拟操作来控制列车的运行状态。

与列车运行的物理模型相比，组态王虚拟列车运行具有以下优点：

(1) 列车运行物理模型的价格高，功能单一、体积大、需要的原件多、结构复杂，运行起来不便。而模拟的列车运行监控只需一台计算机，在其中安装组态王软件，然后就可以对任意预定轨迹、运行速度和时间的列车运行进行模拟，监控画面清晰，使用非常方便。

(2) 该系统是中文界面，具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言，操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，可以直观地显示系统的趋势曲线和数据

报表等，这些很强的交互能力使其在控制系统的实验中能发挥较为理想的效果，以便被模拟和控制。

用软件实现的方法开发模拟控制对象周期短、费用低、可靠性高、维护要求低，实验过程中不会造成资源浪费和污染。且模拟效果明显、监控界面友好，所以在工业工程控制中得到了广泛的应用。

1.2 国内外研究现状概述

目前，铁路运输进入了高速运输发展的新阶段，法国的TGV、德国的ICE、西班牙的AVE、日本的新干线列车运行速度均达到300km/h。国内自第六次大提速后，我国既有线开行的和谐动车组运行速度已达到250 km/h。

世界铁路发达国家在本国铁路发展过程中都充分发展了与本国铁路路网、机车车辆、通讯信号、运营管理相适应的安全监控与防范体系。由于各国铁路发展时所处的历史技术条件不同，所以每个国家所采用的设备安全状态监测的方式和防范手段也有所不同，各有特点。在欧洲一些国家的高速动车组上，由于采用了车载监控系统，因此对牵引系统、制动系统、供电系统实现了实时控制与监视，对空调通风系统、车门、火灾报警及轴温报警等系统进行监测已很普遍，为了避免车辆的性能降低甚至失效而导致车辆失稳，一些国家规定在高速车辆转向架上需加装加速度传感器以监测转向架的运行状态。美国和德国都在着手研究列车状态的实时监测与信息传输系统。在日本，日本西铁路客运公司在221系以后的所有新造车辆上均安装了监控装置，以及时掌握车辆的状态。在铁道车辆上应用监控装置监视车辆状态成为新型车辆的标准设备。发展至今国外铁路车载安全设备监测技术已经比较成熟，发展方向逐渐转向车地无线通信及地对车远程监控，正在逐步实现车载安全监控体系与地面安全监控体系的有机结合。

我国铁路安全技术设备的研制和发展是在当今高科技领域计算机网络技术、通信技术、DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)技术、人工智能技术等多方面基础技术的成熟和长足发展的条件下进行的，与其他铁路发达国家的历史同期相比，我们更能充分利用这些高科技手段，为我国铁路的高速化、安全化服务。在客车安全监测技术领域，我国处于发展与推广应用阶段。在广大科技人员的长期努力下，轴温报警装置和电子防滑器已经相继在提速客车和准高速、高速客车上装车使用，取得了非常显著的效果。2004年，国产新造25T型客车普遍安装中国铁道科学院、四方车辆研究所完全自主研制的车载安全监控系统，在我国客车车辆上首次实现了对轴温、供电、车门、车下电源、火灾、空调、防滑器、基础制动系统和转向架、车辆动力学的全面监测，重点对客车热轴事故、