李乃剛

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部，河北056404）

0 引言

鐵路運(yùn)輸在我公司原燃料進(jìn)廠、成品外發(fā)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中具有非常重要的地位，而出、入廠車輛的解編、調(diào)度、編組、外發(fā)，其作業(yè)效率對(duì)提高運(yùn)力、壓縮車輛停時(shí)費(fèi)用有著直接影響。對(duì)每節(jié)鐵路車輛車號(hào)的識(shí)別和區(qū)分是作業(yè)得以進(jìn)行的基礎(chǔ)，以往我們都是由專職車號(hào)員對(duì)入廠車輛按順序進(jìn)行車號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)抄寫(xiě)和微機(jī)錄入，存在作業(yè)效率低、準(zhǔn)確率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。為此，我們引進(jìn)了先進(jìn)RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的車輛車號(hào)自動(dòng)錄入系統(tǒng)。實(shí)時(shí)傳輸使作業(yè)效率和準(zhǔn)確率得到了明顯提高。但是由于我公司地理環(huán)境的復(fù)雜性以及冶金生產(chǎn)企業(yè)的特殊性，該系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性等方面逐漸顯露出一些缺陷，越來(lái)越難以適應(yīng)當(dāng)前日益規(guī)范、嚴(yán)格的鐵路運(yùn)輸要求，因此，需要對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，使其更好的適應(yīng)我公司實(shí)際，進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率和降低車輛停時(shí)費(fèi)用，促進(jìn)鐵路運(yùn)輸管理的信息化和智能化，提高車輛調(diào)度水平和效率。

1 技術(shù)原理

該系統(tǒng)安裝在鐵路車輛進(jìn)、出廠的咽喉處，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，設(shè)備根據(jù)磁鋼觸發(fā)信號(hào)判斷進(jìn)廠或出廠類別、數(shù)量，同時(shí)控制打開(kāi)RF 射頻發(fā)射模塊，其輸出的射頻信號(hào)照射安裝在車輛底部的電子標(biāo)簽，讀取標(biāo)簽上的車號(hào)代碼，通過(guò)讀取、解析、分析處理地面車號(hào)自動(dòng)識(shí)別到的車輛基礎(chǔ)信息，為應(yīng)用信息系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)錄入車輛的車型、車號(hào)、車種、車輛位置、車輛的裝載屬性、車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)多個(gè)功能單元的解碼、檢查、糾錯(cuò)后，經(jīng)通信單元將數(shù)據(jù)發(fā)送給車號(hào)處理設(shè)備，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸給遠(yuǎn)程的鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行處理和應(yīng)用，實(shí)物圖見(jiàn)圖1、圖2。

主要性能指標(biāo)：

（1）采用RFID 射頻識(shí)別技術(shù)，可通過(guò)以太網(wǎng)傳輸信息，具有加密功能，迅速可靠。

（2）判斷列車行車方向和調(diào)車作業(yè)細(xì)節(jié)。

（3）根據(jù)磁鋼信號(hào)開(kāi)關(guān)RF 功效。

（4）可存儲(chǔ)2048 條數(shù)據(jù)報(bào)文，支持遠(yuǎn)程配置、軟件升級(jí)。

（5）適應(yīng)車速：0～100 km/h。

圖1 車號(hào)地面識(shí)別設(shè)備實(shí)物圖

圖2 車號(hào)地面識(shí)別設(shè)備后面板實(shí)物圖

圖3 安裝在到發(fā)1 線的射頻天線實(shí)物圖

表1 磁鋼連接線定義表

（6）標(biāo)簽讀出距離：0～2.4 m。

2 存在問(wèn)題

（1）地處工礦企業(yè)粉塵環(huán)境，尤其雨雪大霧等不良天氣時(shí)，車底電子標(biāo)簽的清晰度、辨識(shí)度降低，降低了車號(hào)數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確率，出現(xiàn)漏讀部分電子標(biāo)簽或讀不到電子標(biāo)簽現(xiàn)象，需要提高射頻信號(hào)的穿透能力。

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的磁鋼及電纜被損壞，出現(xiàn)通訊故障，造成設(shè)備與鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)通訊障礙或出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象。

（3）設(shè)備維修時(shí)查找故障點(diǎn)困難。

（4）電源不穩(wěn)定及外部信號(hào)干擾，造成丟失數(shù)據(jù)現(xiàn)象，如接不到車、輛數(shù)不準(zhǔn)等。

3 改進(jìn)內(nèi)容

（1）發(fā)射頻率高、波長(zhǎng)短，在傳播方向上不容易繞開(kāi)障礙物，所以將射頻信號(hào)的發(fā)射頻率由914.1 MHz 降為800.1 MHz，使信號(hào)波長(zhǎng)加大，提高了射頻信號(hào)的穿透能力。

（2）射頻天線起著信號(hào)收發(fā)的關(guān)鍵作用，將射頻天線由原來(lái)的1 個(gè)增加到2 個(gè)，使天線增益變大，提高了車號(hào)讀取的準(zhǔn)確率（見(jiàn)圖3）。

（3）根據(jù)我公司列車最高限速（30 km/h）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)鐵列車速度的情況，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和論證，在滿足設(shè)備性能需要的情況下，減掉了4 個(gè)有源磁鋼。磁鋼連接線定義表見(jiàn)表1。

（4）在室外射頻天線與室內(nèi)主機(jī)接合處增加了防雷模塊，在感應(yīng)到線路上高壓后及時(shí)泄放雷電流，加強(qiáng)安全防護(hù)。

（5）增加了電源、自檢、功放、接收、發(fā)送等指示燈（見(jiàn)表2）和數(shù)碼管（見(jiàn)表3），維修人員通過(guò)指示燈顏色和數(shù)碼管，能夠快速查找設(shè)備故障。

表2 指示燈含義表

表3 數(shù)碼管含義表

（6）增設(shè)UPS 不間斷穩(wěn)壓電源，并通過(guò)計(jì)算，準(zhǔn)確選用天線電源線規(guī)格，使電源更加穩(wěn)定。在日常巡檢中注意穩(wěn)定電源輸入輸出插頭連接的牢固性。天線電源線截面計(jì)算方法如下[2]：

式中，q為導(dǎo)線截面；ΣI1為通過(guò)電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度乘積之和；ΔVL為線路允許壓降；ρ為電阻率。

（7）室外機(jī)箱采用鐵路信號(hào)專用樹(shù)脂軌道箱，并采用膠管、卡箍方式對(duì)射頻電纜進(jìn)行防護(hù)。

4 實(shí)施效果

（1）通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)的發(fā)射頻率的調(diào)整，提高了射頻信號(hào)的讀取能力，降低了以往鐵礦、煤焦等灑落物及粉塵對(duì)射頻信號(hào)強(qiáng)度的影響。

（2）根據(jù)我公司實(shí)際情況，使磁鋼使用數(shù)量減少50%，節(jié)省了費(fèi)用。并且由于減掉了國(guó)鐵專用的有源磁鋼及其必需的電源電纜，杜絕了外部人員、車輛經(jīng)常損壞磁鋼和電纜，造成設(shè)備停機(jī)的現(xiàn)象。在電源電纜的敷設(shè)中，我們運(yùn)用電纜計(jì)算公式[2]，大幅提高了作業(yè)效率和準(zhǔn)確度。計(jì)算公式如下：

式中：L為電纜總長(zhǎng)度；l為電纜徑路長(zhǎng)度（不包括穿越股道的長(zhǎng)度）；G為電纜所穿越的股道數(shù)；a為附加長(zhǎng)度；1.02 是由于電纜敷設(shè)的自然彎曲，按全長(zhǎng)的2%計(jì)列。

（3）自行設(shè)計(jì)、加裝了SPD 防雷模塊，有效減少了所處區(qū)域雷電多發(fā)造成的影響。

（4）根據(jù)實(shí)際情況，首次為室內(nèi)主機(jī)增加了UPS不間斷電源，提高了電源的抗電磁干擾能力，降低了附近國(guó)鐵電力機(jī)車通過(guò)時(shí)對(duì)電源造成的波動(dòng)影響。

（5）室外設(shè)備及電纜防護(hù)方式的改進(jìn)，提高了設(shè)備防護(hù)強(qiáng)度和密封性，適應(yīng)了冶金企業(yè)使用環(huán)境條件惡劣，易發(fā)生毀損、雨水浸泡的特點(diǎn)。

鐵路車號(hào)自動(dòng)錄入系統(tǒng)采用先進(jìn)的RFID 技術(shù)和32 位的RISC PowerPC 處理器硬件平臺(tái)和RTOS嵌入式軟件平臺(tái)，保證了系統(tǒng)的性能和可靠性，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、軟件升級(jí)、數(shù)據(jù)下載、自我診斷等功能，具有完備的遠(yuǎn)程交互能力。通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，使該系統(tǒng)在穩(wěn)定性、安全性、實(shí)用性以及準(zhǔn)確率方面有了很大提高，更好的適應(yīng)了我公司在地理環(huán)境、作業(yè)性質(zhì)等方面的特殊性。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目投入使用后，由于其可靠性達(dá)標(biāo)，完全滿足使用要求，專職車號(hào)員已取消4 人，節(jié)約了勞動(dòng)力成本。根據(jù)我部生產(chǎn)科提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，該項(xiàng)目應(yīng)用后，作業(yè)效率得到明顯提高，路車停時(shí)平均減少了2.5 h。該項(xiàng)目應(yīng)用后，不僅使磁鋼以及電纜使用數(shù)目減少50%，穩(wěn)定性和可靠性的提高，每年還可節(jié)約大量單元模塊的消耗。項(xiàng)目應(yīng)用前，年平均故障次數(shù)為13 次，消耗備件費(fèi)用12.5 萬(wàn)元，項(xiàng)目應(yīng)用后，故障次數(shù)降為2 次，消耗備件費(fèi)用2 萬(wàn)元。

通過(guò)車號(hào)自動(dòng)錄入系統(tǒng)的使用和進(jìn)一步的創(chuàng)新改進(jìn)，提高了鐵路運(yùn)輸作業(yè)效率，有效防止了因車號(hào)錄入錯(cuò)誤引起的生產(chǎn)事故和鐵路運(yùn)力的浪費(fèi)，同時(shí)節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用，減少了車號(hào)錄入系統(tǒng)的故障次數(shù)和停機(jī)時(shí)間。提高了作業(yè)人員的安全系數(shù)，適應(yīng)了節(jié)能環(huán)保要求，取得了良好的社會(huì)效益。一年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行證明，該項(xiàng)目對(duì)提高鐵路運(yùn)輸效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用作用明顯，具有很好的實(shí)施效果。

通過(guò)與周邊冶金企業(yè)進(jìn)行比較，我公司車號(hào)自動(dòng)錄入系統(tǒng)具有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)。特別是在磁鋼運(yùn)用、防雷磁干擾、射頻天線的布置以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等方面，該系統(tǒng)均處于領(lǐng)先地位。另外，由于對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，其維護(hù)更加簡(jiǎn)便，公司現(xiàn)已完全實(shí)現(xiàn)了自行維修維護(hù)。該項(xiàng)目在第二編組站到發(fā)2#線運(yùn)行至今，效果顯著，但由于受地形、技術(shù)等條件所限，對(duì)到發(fā)1#線的改進(jìn)和推廣受到限制，需要對(duì)該系統(tǒng)在擴(kuò)展性、小型化等方面再進(jìn)一步加以改進(jìn)。