GPRS tabanlı katener kompanzasyon cihazı için uzaktan izleme sistemi tasarımı
Tan Pengliu, Zhou Le, Mao Sumin
(Nanchang Hangkong Üniversitesi, Nanchang, Jiangxi 330000)
: Demiryolunun katener kompanzasyon cihazının arızasını doğru ve zamanında tespit etmek için, bu madde katener kompanzasyon cihazının katener ortam sıcaklığını ve yük taşıyıcı kablo ve kontak telinin uzunluğundaki değişikliği izleyerek sıkışmış olup olmadığını yargılar. Sistem, sistemin ana denetleyicisi olarak C8051F930 yongasını kullanır ve kablosuz sensör ağının iletişim düğümü olarak SIM900A kablosuz iletim modülünü kullanır.Her düğüm, GPRS kablosuz iletişim teknolojisi ile Web İnternet teknolojisini birleştirerek sunucuya farklı zaman aralıklarında veri gönderir, Düğümü uzak sunucuya bağlayın. Deneysel sonuçlar, sistemin istikrarlı performansa, yüksek algılama doğruluğuna sahip olduğunu ve ilgili tasarım gereksinimlerini karşıladığını göstermektedir.
: İletişim ağı; tazminat cihazı; uzaktan izleme sistemi; GPRS; SIM900A
: TN806 belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.05.002
Alıntı biçimi Tan Pengliu, Zhou Le, Mao Sumin.GPRS'ye dayalı katener kompanzasyon cihazı için uzaktan izleme sistemi tasarımı J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017, 36 (5): 4-7, 10.
0 Önsöz
* Fon Projeleri: Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (61364023); Havacılık Fonu Projesi (2013ZD56008); Jiangxi Eyaleti Eğitim Bilim ve Teknoloji Projesi (GJJ13516) Tren hızının artmasıyla birlikte demiryolu operasyonunun yoğunluğu giderek artmakta ve bu da çekiş gücü tedarik sistemini etkileyecektir Güvenlik ve güvenilirlik gereksinimleri her geçen gün artıyor. Katener, çekiş güç kaynağı sisteminin [1-4] önemli ekipmanlarından biridir.Çalışma halindeki katener, belirli bir basınç altında elektrikli lokomotifin yüksek hızlı temas sürtünme çalışmasına dayanmalıdır ve katenerden geçen akım 1.000 A kadar yüksektir. Ağ ayrıca gerilim, elektrik arkı, rüzgar, kar, sis, yağmur ve atmosfer kirliliğinden de etkilenir, böylece katener dinamik bir titreşim, sürtünme, elektrik arkı, kirlilik ve gece gündüz genişleme durumundadır. Bir arıza meydana geldiğinde, sürüşü kesintiye uğratacaktır. Elektrikli demiryollarının nakliye düzenini bozmak ve ekonomik kayıplar getirmek [5]. Hataların hızlı ve doğru tespiti, zamanında ve hızlı onarımlar, güç kaynağı kazalarının giderilmesi ve kazaların etkisinin en aza indirilmesi, demiryolu elektrikli bölüm işletme ve bakım endüstrisinin izlediği hedefler ve demiryolu hizmetlerinin kalitesini iyileştirmenin garantisidir. Katenerin çevrimiçi izlenmesi, katenerin güvenilirliğini artırmak için önemli yöntemlerden biridir.Bu makale, katenerin çevrimiçi izleme teknolojisini inceler ve katener kompanzasyon cihazı için GPRS'ye dayalı bir uzaktan izleme sisteminin tasarımını önerir.
1 Sistemin genel tasarımı
Atmosferik sıcaklığın değişmesi ile taşıyıcı kablo ve kontak hattı doğrusal olarak uzar (veya kısalır) Katenerin bulunduğu ortamın sıcaklık ve nem oranı izlenerek ve katener altındaki ankraj direği ile ağırlık düşüşü arasındaki yer değiştirmeyi telafi ederek farklı sıcaklıklar karşılaştırılır. Aşağıdaki yer değiştirme değişiklikleri, katenerde bir tazminat sıkışmış fenomeni olup olmadığını belirlemek ve katenerin izlenmesini gerçekleştirmek için kullanılır. Katener kompanzasyon cihazının uzaktan izleme sistemi, braket ile düşen höyük arasına kurulur ve ekipmanın, ölçüm sırasında katenerin çalışma durumu üzerinde çok az etkisi vardır.
Şekil 1 Sistemin genel blok diyagramı GPRS tabanlı katener kompanzasyon cihazı için uzaktan izleme sisteminin mimarisi Şekil 1'de gösterilmektedir. Şekildeki noktalı çizgi, sinyalin kablosuz olarak iletildiğini gösterir. Sistem, kablosuz toplama düğümleri, GPRS baz istasyonları, İnternet sunucuları ve kullanıcı terminallerinden (bilgisayarlar) oluşur. Sistemin çalışma süreci, sıcaklık ve nem sensörlerinden ve deplasman sensörlerinden periyodik olarak veri toplamaktır.SIM900A modülü, toplanan verilerin baz istasyonu aracılığıyla internet sunucusuna gönderilmesi için kullanılır ve bilgisayar kullanıcıları, internet üzerinden sıcaklık ve yer değiştirmenin izlenmesini tamamlar.
Sistemin aşağıdaki avantajları vardır: (1) Güç kaynağı ve izleme modülü yalnızca kararlı bir DC voltajı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kaydedilen verilerin kaybolmamasını sağlamak için güç kaynağının voltajını ve açma-kapama koşullarını hızlı bir şekilde tespit eder; (2) Nesnelerin İnterneti [6] Kart, veri aktarım hızını ve güvenilirliğini sağlamak için GPRS kablosuz veri iletimi gerçekleştirir ve kullanılan tarife GSM SMS'inkinden daha düşüktür.
2 Sistem donanımı tasarımı
Sistem donanımı temel olarak güç modülü, mikroişlemci modülü, GPRS iletişim modülü, sensör vb. İçerir. Sistem donanımı bileşimi Şekil 2'de gösterilmektedir.
2.1 Güç modülü
Şekil 3'te gösterildiği gibi, güç kaynağı sisteminin giriş voltajı AC 220 V, çıkış 12 V, işlemsel amplifikatör, 5 V harici sensör, 4 V GPRS modülü ve 3,3 V, MCU modülüdür. Kararlı güç kaynağı, sistemin güvenli ve verimli çalışmasının temelidir. Katenerin zorlu ortamı göz önüne alındığında, tasarımdaki güç girişi için Jinshengyang LD10-20B12 güç dönüştürme modülü [7], 220 V AC girişini +12 V / 'ye dönüştürmek için kullanılır. 1 A
Çıktı. LD10-20B12, çıkış kısa devresi, aşırı akım ve aşırı voltaj koruması gibi işlevlere sahip küçük hacimli bir anahtarlamalı güç kaynağı modülüdür. EMC ve güvenlik özellikleri uluslararası IEC / EN61000-4, CISPR11 / EN55011, UL60950 ve EN60601 standartlarına uygundur. En önemlisi, güç modülünün çıkış izolasyon voltajının, yüksek izolasyon ve sıkı elektromanyetik uyumluluk uygulamaları için uygun olan 4000 V AC'ye ulaşabilmesidir.
2.2 Mikroişlemci şablonu
Kablosuz edinim düğümü, sistemin temel bileşenidir.Sistemin uygulama durumları ve işlevsel özellikleri göz önüne alındığında, kurulumu ve bakımı kolay olmakla birlikte yüksek performans, düşük güç tüketimi, düşük maliyet ve küçük boyut gereksinimlerini karşılamalıdır. C8051f 930 tek yongalı mikro bilgisayar, 8051 çekirdeği ile uyumlu olan donanım tasarımında [8] mikro işlemci olarak seçilmiştir ve genişletilmiş kesme sistemi, CIP-51 için birden çok kesme kaynağı sağlar.
Veri toplama, güç modülü kontrolü, elektrik kesintisi izleme vb. Bunların arasında MCU, seri bağlantı noktası aracılığıyla GPRS ile iletişim kurar, IO bağlantı noktası tarafından simüle edilen I2C arabirimi aracılığıyla sıcaklık sensörü ile iletişim kurar ve IO bağlantı noktası aracılığıyla çekme teli yer değiştirme sensörü tarafından analog voltaj sinyal çıkışını toplar.
2.3GPRS iletişim modülü
Kablosuz iletişim yöntemleri arasında kızılötesi, Bluetooth, WiFi, ZigBee, GPRS vb. Yer alır, ancak 1 km'den fazla veri aktarım mesafesinde en güvenilir, en uygun ve en düşük maliyetli yöntem GPRS'dir. GPRS kablosuz ağı, geniş kapsama, hızlı erişim hızı, düşük maliyetli ve her zaman çevrimiçi [9-10] özelliklerine sahiptir, böylece ana bilgisayar izleme sistemi katener kompanzasyon cihazının ilgili parametrelerini zamanında elde edebilir ve katener kompanzasyon cihazının olup olmadığını analiz edebilir. Güvenilir operasyon. GPRS modülü, birden fazla ağ iletişim protokolünü entegre eden, ses, SMS, veri ve diğer bilgilerin uzaktan iletimini gerçekleştirebilen ve GPRS ağı ile bağlantıyı AT komutları aracılığıyla gerçekleştirebilen Simcom'un SIM900A modülünü seçer.
GPRS modülü devresi, bir anten, empedans eşleştirme devresi, SIM kart devresi ve ESD koruma devresinden oluşan Şekil 4'te gösterilmektedir. Bunların arasında, RF pini 50 '' lik bir radyo frekansı antenine bağlanır ve TXD ve RXD pimleri sırasıyla MCU seri portunun alıcı ucuna ve verici ucuna bağlanır. Sistemde kullanılan SIM kart 13 haneli bir IoT kartıdır ve kullanıcılar çok sayıda kod numarası kaynağı edinebilir. Dahası, Nesnelerin İnterneti yüksek kaliteli ağ performansına sahiptir.Nesnelerin İnterneti SMS Merkezi, Nesnelerin İnterneti GGSN, Nesnelerin İnterneti HLR gibi özel ağ unsurlarının oluşturulmasıyla, Nesnelerin İnterneti kullanıcılarının ve genel kullanıcıların ağ ayrımı gerçekleştirilmekte ve güvenilir ve istikrarlı İnternet. Kullanıcı, uygulama platformu tarafından sağlanan arabirim aracılığıyla gerçek zamanlı olarak terminalin çalışma durumunu ve iletişim durumunu bağımsız olarak yönetebilir.
2.4 Yıldırımdan korunma arayüzünün tasarımı
Elektronik sistemler anlık aşırı gerilim girişimine maruz kalabilir Bu girişim kaynakları temel olarak şunları içerir: açma-kapama endüktif yükler veya başlat-durdur yüksek güç yükleri nedeniyle aşırı gerilim, hat arızaları vb. Ve yıldırım gibi doğal olayların neden olduğu yıldırım dalgalanmaları [11]. Aşırı gerilimin elektronik ekipmana zarar vermesini önlemek için tasarımda bir kıskaç koruyucu kullanılır, yani koruma cihazı arızalandıktan sonra koruma cihazının her iki ucundaki gerilim kırılma geriliminde tutulur ve artık yükselmez ve kenetleme yöntemi koruyucu bir rol oynar. Cihazlar çinko oksit varistörler (MOV) ve geçici voltaj bastırıcılar (TVS) 'dir.
3 sistem yazılım tasarımı
3.1 Alt bilgisayar programı tasarımı
Alttaki bilgisayarın yazılımı C dilinde yazılmıştır ve Keil 4 C51 derleyicisi altında derlenmiştir. Alt bilgisayar sisteminin yazılım tasarımı temel olarak iki bölümden oluşur: biri güç modülünün tek çipli mikrobilgisayar ve veri toplama tarafından kontrolü; diğeri ise GPRS modülünün veri aktarımıdır. Alt bilgisayarın yazılım işlev modülü bileşimi Şekil 5'te gösterilmektedir.
3.2 Güç modülünün tek çipli mikrobilgisayar kontrolü ve veri toplama
Güç tüketimini azaltmak için, MCU bir dizi veri topladıktan sonra bir süre uyur ve daha sonra veri toplama gerçekleştirir MCU'nun iki çalışma durumu vardır, yani veri toplama durumu ve uyku durumu. Veri toplama durumunda, güç anahtarı, çevre birim modüllerine güç sağlamak ve GPRS iletişimi başlatma, veri toplama ve veri iletimini gerçekleştirmek için GPIO26 aracılığıyla açılır. Uyku durumunda, güç anahtarı GPIO26 aracılığıyla kapatılır ve çevre birimi modülleri MCU uyku modunda çalışırken kapatılır.
3.3 GPRS modülü veri iletimi
Tek yongalı bilgisayar, seri bağlantı noktası başlatma ve seri bağlantı noktası veri yazma gibi işlevler dahil olmak üzere GPRS modülü ile seri bağlantı noktası üzerinden veri alışverişi yapar. Seri port verilerinin okunması kesintiye uğratılarak yapılır. GPRS modülünün sürücü işlevi, seri port işlevi temelinde yazılır ve kontrol yöntemi, AT komutunu [12] benimsemektir. Esas olarak ilgili komutlar Tablo 1'de gösterilmektedir.
GPRS terminali ve veri merkezi, IP adreslerine göre birbirleriyle iletişim kurar. Yaygın olarak kullanılan üç sistem ağ oluşturma yöntemi vardır [13-14]: (1) Genel ağ sabit IP kullanarak, hızlı iletişim hızı, güvenilir çalışma, basit ağ oluşturma, ancak bu yöntemin sabit bir IP adresine sahip olması gerekir, toplam maliyet nispeten yüksektir. (2) Orta düzeyde iletişim hızına, nispeten kararlı iletişim kalitesine, küçük ağ oluşturma iş yüküne ve düşük iletişim maliyetine sahip genel ağ dinamik IP + DNS etki alanı adı çözümleme yöntemini benimser. (3) İyi veri güvenliği ve hızlı iletişim hızına sahip olan GPRS'e ayrılmış hat benimsenmiştir, ancak sistemin ilk yapım maliyeti yüksektir. Sistem deneyinin koşullarını hesaba katan bu sistem, genel ağ dinamik IP + DNS etki alanı adı çözümleme ağ oluşturma modunu benimser.
3.4 PC programlama
Veri toplama sırasında düğüm, her 30 dakikada bir otomatik olarak bir toplama görevi gerçekleştirir ve toplanan verileri sunucuya gönderir. Sunucu verileri alır ve veri tabanında depolar. Sunucu tasarımı Web çerçevesini benimser: Struts2 + Spring + Hibernate + JSP + JFreeChart ve JDK sürümü jdk 1.7'dir. Veritabanı sunucusu platformu, veri paylaşımını gerçekleştirmek için sunucu izleme programı ile aynı veritabanını paylaşan MySQL 5.5 kullanır [15]. Üst bilgisayar yazılımı işlev modülü Şekil 6'daki gibi gösterilmiştir.
4 deney ve uygulama
Katener kompanzasyon cihazının uzaktan izleme sisteminin fizibilitesini doğrulamak için, kablo sensörünün 1 ve kablo sensörünün 2 kablo uçları yük taşıyıcı kabloya ve kontak kablosunun düşen ağırlığı ve sensörün diğer ucu brakete sabitlenmiştir. Kurulum şeması Şekil 7'de gösterilmektedir. Çevresel sıcaklık değerlerini farklı zaman noktalarında manuel olarak ölçün, çekme teli sensörü 1 ve çekme teli sensörünün 2 uzunluk değerleri ve bunları Web sunucusu tarafından izlenen verilerle karşılaştırın Deneysel veriler Tablo 2'de gösterilmektedir. Test sonuçları, sensör ölçüm verilerinin daha doğru ve planın uygulanabilir olduğunu göstermektedir.
5. Sonuç
Bu belge, katener dengeleme cihazı için eksiksiz bir uzaktan izleme sistemi tasarlar ve uygular.Sistem, düğümler arasında farklı zaman aralıklarıyla, sistemin ana denetleyicisi olarak C8051F930 yongasını ve kablosuz sensör ağının iletişim düğümü olarak SIM900A modülünü kullanır. Sunucuya veri gönderin, GPRS kablosuz iletişimi ile Web sunucusu teknolojisini birleştirin, düğümü uzak sunucuya bağlayın. Çevresel sıcaklık ve katener yük kablosunun ve kontak telinin uzunluk değişiminin izlenmesiyle, katener kompanzasyon cihazının takılıp takılmadığına karar verilir. Sistem, deneme işletiminden sonra arıza noktasını hızlı, zamanında ve doğru bir şekilde bulabilir.
Referanslar
1 Guo Yongliang Elektrikli demiryolu katener sistemindeki zor noktaların faktörleri ve iyileştirme önlemleri J Techn. Teknolojik Yenilik ve Uygulama, 2016 (1): 192-193.
2 Chang Zhanning.Katener telafi cihazı problemlerinin analizi ve çözümleri J Demiryolu Lokomotifi ve Demiryolu Taşıtları, 2012, 32 (1): 102-104.
3 Bai Bochun Yüksek Hızlı Demiryolu Katener Tazminat Cihazının Çevrimiçi İzleme Sistemi Tasarımı ve Araştırması D Shijiazhuang: Shijiazhuang Demiryolu Üniversitesi, 2013.
4 Xie Jiangjian, Wang Yi, Wu Mingli Nesnelerin İnternetine dayalı katenerin çevrimiçi izleme teknolojisi C. 2013 Yüksek Hızlı Demiryolu Katener Bileşenleri Güvenlik ve Güvenilirlik Teknik Değişim Konferansı, 2013.
5 Zhou Jianhe Temas ağı zor noktalarının nedenleri ve iyileştirme önlemleri üzerine tartışma J Özet Baskı: Mühendislik Teknolojisi, 2015, 10 (8): 101-102.
6 Feng Zhensheng Nesnelerin İnterneti Kart Numarası Kaynak Yönetim Sisteminin Tasarımı ve Uygulanması D Beijing Pekin: Pekin Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, 2015.
7 Jin Shengyang. Jin Shengyang 240W ray tipi ACDC güç kaynağını piyasaya sürdü J. Evde ve Yurtdışında Mekatronik Teknolojisi, 2015 (3): 56.
8 AN Z, LU W, WEI H, et al. 3GGPRS iletişimine dayalı boru hattı ağı uzaktan izleme sistemi J. Scientific Journal of Control Engineering, 2013 (4): 271-275.
9 Feng Yan, Yi Bo. GPRS J tabanlı gerçek zamanlı LED güncelleme sistemi. Ölçüm ve Kontrol Teknolojisi, 2015, 34 (6): 115117.
10 Chang Zhanning.Katener telafi cihazı problemlerinin analizi ve çözümleri J Demiryolu Lokomotifi ve Demiryolu Taşıtları, 2012, 32 (1): 102-104.
11 Pan Chao, Diao Wangyuan, Shan Haili.İletim hatları için yıldırımdan korunma önlemlerinin analizi J. Industry C, 2015 (45): 158-159.
12 LI G. Mobil cihaz, mobil cihaz ve ana bilgisayar terminali için güç tasarrufu kontrol yöntemi ve aparatı: WO, 169647 P. 2014.
[13] Li Zhi Kablosuz iletişim ağına dayalı araç-yer veri iletim stratejisinin optimizasyonu ve gerçekleştirilmesi D Pekin: Pekin Jiaotong Üniversitesi, 2015.
