基于RFID的電力機(jī)車自動(dòng)過分相系統(tǒng)方案
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GFX-3A型電力機(jī)車自動(dòng)過分相系統(tǒng)由深圳市豐泰瑞達(dá)實(shí)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(yùn)輸局技術(shù)評審鑒定。該系統(tǒng)針對電力機(jī)車而研制的自動(dòng)過分相控制產(chǎn)品，其主要功能是當(dāng)電力機(jī)車通過分相區(qū)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)機(jī)車速度、定位機(jī)車位置自動(dòng)平滑降牽引電流、斷開輔助機(jī)組和分“主斷”，通過分相區(qū)后，自動(dòng)閉合主斷路器、閉合輔助機(jī)組和控制牽引電流平滑上升，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車通過分相區(qū)時(shí)操作的自動(dòng)化，大大的減輕了乘務(wù)員的工作強(qiáng)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(chǔ)分析功能。
同時(shí)識別網(wǎng)上射頻卡定位信號并同時(shí)兼容地面磁定位信號，雙重技術(shù)多重定位信號實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車精確可靠的自動(dòng)過分相。
電車機(jī)車自動(dòng)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(jī)、車頂RFID閱讀器、報(bào)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。
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(jī)。
3.報(bào)警器和投/切開關(guān)
報(bào)警器和投/切開關(guān)設(shè)計(jì)為一體部件（也可分開安裝），安裝于司機(jī)操作臺前面板上，用于自動(dòng)過分相的報(bào)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(jī)車的轉(zhuǎn)向架上，接收器采用密封防水、防震設(shè)計(jì)處理，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)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(diǎn)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(jī)車位置技術(shù)自動(dòng)過分相。機(jī)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(gè)分相區(qū)前設(shè)置三個(gè)射頻卡定位點(diǎn)和兩個(gè)磁鐵定位點(diǎn)，反相定位點(diǎn)對等設(shè)置。如下圖所示：
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(jī)車運(yùn)行至K6點(diǎn)時(shí)讀到預(yù)告卡信號，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，提示司機(jī)距離分相還有2Km，并開始分相前計(jì)程；機(jī)車運(yùn)行至K1點(diǎn)時(shí)讀到1#卸載卡，開始按1#卡575m位置計(jì)程，機(jī)車運(yùn)行至K2點(diǎn)時(shí)讀到2#分主斷卡，開始按2#卡275m位置計(jì)程，并根據(jù)當(dāng)時(shí)機(jī)車速度，發(fā)出卸載信號開始降流，當(dāng)機(jī)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(shí)，若前面已識別到1#或2#卡則不啟動(dòng)磁鐵分主斷計(jì)程，仍以射頻卡分主斷計(jì)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(jì)程。若未遇到T1時(shí)，當(dāng)遇到T2，則進(jìn)行強(qiáng)制分主斷。
當(dāng)機(jī)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(jī)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(jì)程合主斷。
反向行車自動(dòng)過分相原理和正向行車一樣，因?yàn)槊刻幏窒喽ㄎ稽c(diǎn)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(jī)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(dòng)過分相控制裝置。
機(jī)車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，以公里標(biāo)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前機(jī)車速度，進(jìn)行機(jī)車距前方下一個(gè)相點(diǎn)距離運(yùn)算和校準(zhǔn)；進(jìn)入分相區(qū)前2km區(qū)域后，機(jī)車運(yùn)行位置定位以RFID為主，機(jī)車公里標(biāo)數(shù)據(jù)用于定位備份和故障診斷，保證機(jī)車自動(dòng)過分相的安全、可靠性。
五、工作原則
系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
裝置自動(dòng)控制下，手動(dòng)優(yōu)先分相前三個(gè)射頻卡定位點(diǎn)和兩個(gè)磁感應(yīng)器定位點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)驗(yàn)證，保證過分相的可靠性，即使個(gè)別定位點(diǎn)失效，不影響正常自動(dòng)過分相。若裝置故障，報(bào)警器顯示紅燈，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲提示司機(jī)切除自動(dòng)過分相，只要把操作端開關(guān)打到切除位，裝置與機(jī)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(shí)，報(bào)警器顯示綠燈，司機(jī)可以通過投/切開投入自動(dòng)過分相。
主控系統(tǒng)具有完善事件存儲(chǔ)功能，自動(dòng)過分相全部運(yùn)行記錄及相關(guān)故障信息全部記錄在存儲(chǔ)器中，便于下載分析。
防誤動(dòng)作，裝置結(jié)合公里標(biāo)數(shù)據(jù)判斷機(jī)車運(yùn)行位置，機(jī)車運(yùn)行在區(qū)間時(shí)，即使由于干擾感應(yīng)到磁信號，主控系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出輸出控制。
卸載/加載機(jī)車牽引電流信號為2級線性斜率方式，適合機(jī)車各種工況（零位、牽引、電制）。
六、技術(shù)特點(diǎn)
1）機(jī)車定位技術(shù)
機(jī)車位置定位引入射頻定位卡（RFID）技術(shù)，其特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易安裝、免維護(hù)，適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。
唯一ID序列號，不會(huì)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(jī)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(yùn)行周期。
4）運(yùn)算、輸出最佳分主斷位置，降低機(jī)車速度損失。
5）斜率電流控制技術(shù)，解決了機(jī)車過分相沖動(dòng)問題。
6）具有完整的故障自檢及報(bào)警提示功能。
7）模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便。
8）冗余設(shè)計(jì)，便于功能擴(kuò)展。
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