TFDS-III系统设备构造及原理

闫威

摘要：通过本人多年以来从事TFDS系统检修维护工作的经验，总结出当下TFDS系统目前列检作业过程中的实际应用。针对当前再用TFDS-III型设备的各个组成部分，进行介绍，并结合当前设备检修以及故障处置方面的相关问题，提出相关个人见解。

关键词：TFDS;维护;组成;原理

一、TFDS-III型系统总体组成原理

以目前本人所在湖东车辆段主要在用的哈尔滨科佳公司生产的TFDS-III型设备为模板，介绍系统组成原理。该系统主要室内和室外设备两部分构成。室内设备由图像信息采集工控机，车辆信息采集工控机，控制箱，车轮传感器智能处理装置，智能跟踪装置，信号防雷箱以及列检服务器组成。室外设备有沉侧箱系统，分线箱，车轮传感器，车号天线组成。以下将对各部分组成及原理进行详细介绍。

二、TFDS系统探测站设备功能及原理

1、车辆信息采集工控机

目前本段主要在用设备为科佳NI板卡型控制箱，主要通过NI板卡实现相关指令的下发以及车辆信息的综合处理。下图为NI板卡各个针脚主要定义及其相关功能。

NI板卡共68芯，在用针脚为1，2，43，45，37，38，39，40，4，8，其中，5v为供控制箱中NI板卡转接板，图中其余针脚为相应风，光，门以及相机触发的信号。其中风，光，门控制均为输入到控制箱内固态继电器的电信号。其中采集到的车轮传感器信号也是通过NI板卡传输到控制机中进行相关处理（图中未说明）。

2、图像信息采集工控机

图像信息采集工控机中图像采集软件主要对当前相机的工作模式进行相关的设定以及日志记录功能，通过软件可以修改当前的相机曝光参数，增益。并通过相机识别配置软件DALSA对相机IP，相机编号等相关参数进行配置，通过相关配置，相机进行对车体与底部进行拍摄。

3、控制箱

控制箱中主要负责相关磁钢信号的接收，风，光，门，相机工作状态供电，控制卡1，为NI板卡转接板，其余7个为航空插头相机接口1为提供7个相机触发信号的来源，相机接口2为预留相机接口，目前未使用。磁钢接口负责接收来自车轮传感器智能处理装置的磁钢信号，通过NI板卡转接板，将磁钢信号送达车辆信息采集工控机进行处理。控制接口1中仅1，2针脚在用，负责下发来自NI板卡转接板下达的光源触发信号。电机输出接口为侧箱以及底箱电机24v工作电压的输出，由控制箱内24v开关电源供电，风机输出接口为侧箱底箱风机24v供电输出，电源来自控制箱内24v开关电源;控制接口2为相机工作电压15v供电，电源来自控制箱内15v开关电源，其中相机供电为常供电状态，风机，电机由控制箱内固态继电器控制强电的输入状态。下图为控制箱中各个航空插头有关针脚定义：

4、车轮传感器智能处理装置

车轮传感器智能处理装置主要负责将车轮传感器接收到的信号，通过车轮传感器内部放大整流电路实现将模拟信号转换成工业计算机可识别的数字信号，方便控制机进行相关处理。车轮传感器智能处理装置内部电路简化图如下图：

上图中A点为磁钢输入信号点，B点为放大器输出点，C点为门限电压，波D点为翻转电压输出，E点为微分电压点，F点为脉冲整形电压点，各点波形如下图所示：

通过对F点电压的监测，可以得到有挂列车通过时相关的车速，轴距，列车是否经过探测站，计算经过列车的数量，F点的电压信号可以转换成计算机可识别的二进制信息，供车辆信息采集工控机进行计算分析。

铁路ZR新型车轮传感器（简称ZR磁钢）利用卡轨器安装在铁路钢轨内侧，通过磁性感应采集运行列车到达、车速、总轴数等重要数据。可根据需要单个或组合运用，方式灵活。列车通过ZR磁钢时，车轮不与ZR磁钢接触即可产生适合于监控系统所需的信号电平。工作状态不受钢轨起伏或锈蚀的影响原理 。当车辆轮缘通过传感器时，线圈产生相应的磁感应电势，输出给红外线轴温探测系统等系统，以供系统计轴、计辆、测速等。 结构 ZR磁钢的磁体采用了一种"┻"形的单极双回路磁体，这种单极双回路磁体卡上钢轨后，双回路的磁场与钢轨形成较好的交连，借助钢轨的导磁效应，进一步增强了磁体的磁通效果。ZR磁钢的线圈绕向与电力线产生的电磁场干扰、钢轨回流及轨道电路产生的电磁场干扰相互平行，没有形成切割，从根本上防止了此类干扰的产生; ZR磁钢的线包采取特殊方式进行处理;磁钢内部固化填充物采用相应的柔性配方设计，对固化材料进行真空去泡处理;内部防水填充物具有较好的散热功能，使ZR磁钢具有防潮、防油、耐污物、抗强烈冲击振动的优异功能;适用于任何环境条件。

5、智能跟踪装置

智能跟踪装置主要由室外天线接收装置，同轴电缆，室内车号主机构成。室外车号天线负责接收车号标签，并通过同轴电缆传输到车号主机。天线的工作原理是发射天线发出微波信号，通过车号标签的反射，通过同轴电缆与室内车号主机RF射频模块进行微波信号的传输。室内车号主机射频装置对微波信号进行调制，放大等处理后，传输到车号主机上对该信号处理的车号微波单元读出卡，进行编码，和数据处理。其中射频接收模块主要有射频信号发射电路和射频信号接收电路。射频信号的发出是经过频率合成器，功率分配器，前置功放单元，功放模块，滤波器，环形器到达天线发射出去。信号接收电路通过天线收到的标签反射信号，经环行器、功分器至双平衡混频器;发射电路中的本振信号经过功分器后，其中的一路经驱动放大器、90°功分器获得相位差为90°的两路本振信号，分别输入两路混频器;标签反射信号与本振信号经混频器混频后输出的基带数据信号，经低通滤波器、放大、数据整形电路，送数据解码电路。

6、列检双机热备服务器

列检服务器采用双机服务器配置，通过故障转移群集提供服务，如果一台服务器变为不可用，则另一台服务器自动接管发生故障的服务器并继续处理任务。 群集中的每台服务器在群集中至少有一台其他服务器确定为其备用服务器。集合的服务器（被称之为节点）通过电缆或软件连接在一起。如果其中的一个节点出现了故障，则通过被称作故障转移的流程，使集群中的另一个节点接替故障节点的任务，确保对服务造成的影响最低。故障转移集群通常为需要为关键的服务应用提高可用性的IT人员所采用。在Windows Server 2008中，对于故障转移群集的改进目的是为了简化集群，使他们更安全，更稳定。目前湖東车辆段在用服务器系统为Windows Server 2003和Windows Server 2008两种服务器操作系统。服务器中安装了Oracle数据库，本地服务器接车软件以及向集中平台传车的程序，报文上传程序，共享磁盘，群集各个IP设置等，TFDS3Web应用程序，数据库负责对接收的车辆信息进行相关操作，以及通过数据库存储过程实现触发等操作。共享磁盘为探测站各个采集机提供磁盘共享服务，实现采集的图片直接通过共享方式传输到列检服务器中。

参考文献：

[1]苗文海.大秦线货车故障轨边图像检测系统（TFDS）运用的调查与研究[D]，2013.

[2]顾超.基于目标轮廓特征的图像识别及列车转向架故障检测[J]上海铁道科技杂志，2015，28（5）：6-10.

[3]岳锐. 基于数字图像处理的列车故障自动识别算法研究[D]. 哈尔滨工业大学，2010.

[4]徐亚东. 货车运行图像检测系统的实施[J]. 铁道机车车辆工人，2009，（2）.doi.