基于RFID的电力机车自动过分相系统方案

　　一、系统背景

　　GFX-3A型电力机车自动过分相系统由深圳市丰泰瑞达实业公司和北京铁路局联合研制而成，于2007年7月18日通过铁道部科技司、运输局技术评审鉴定。该系统针对电力机车而研制的自动过分相控制产品，其主要功能是当电力机车通过分相区时，系统根据机车速度、定位机车位置自动平滑降牵引电流、断开辅助机组和分“主断”，通过分相区后，自动闭合主断路器、闭合辅助机组和控制牵引电流平滑上升，实现电力机车通过分相区时操作的自动化，大大的减轻了乘务员的工作强度。

　　二、系统组成：

　　系统双CPU热备份结构提高系统可靠性，主控系统具备自检预警功能和事件记录存储分析功能。

　　同时识别网上射频卡定位信号并同时兼容地面磁定位信号，双重技术多重定位信号实现电力机车精确可靠的自动过分相。

　　电车机车自动过分相装置包含车载装置部分和沿线定位装置两大部分。车载部分包括：车载控制主机、车顶RFID阅读器、报警器（蜂鸣器、双色LED）、磁感应接收器及连接线缆等组成；沿线定位装置包括：接触网上射频定位卡和磁感应装置（磁轨枕）组成。

　　1.沿线定位装置（单向一处分相）
　　射频定位卡：6套
　　磁感应器（磁枕）：4套

　　2.车顶RFID阅读器
　　车顶阅读器安装于车顶I端，其功能是接收网上射频定位卡信息，阅读器将接收到射频卡定位信息传送给主机。

　　3.报警器和投/切开关
　　报警器和投/切开关设计为一体部件（也可分开安装），安装于司机操作台前面板上，用于自动过分相的报警、声光显示、投入/切除装置。

　　4.车载磁感应接收器
　　车载磁感应接收器安装在机车的转向架上，接收器采用密封防水、防震设计处理，保证系统的可靠运行。车载磁感应接收器基于电磁感应原理，感应接收线圈与地面感应器的磁场相结合，完成系统的定位识别。

　　三、分相定位点安装示意图

　　该装置基于网上射频卡定位和地面磁铁信号双重定位机车位置技术自动过分相。机车位置识别以网上射频卡定位为主，地面磁铁信号起备份和监督作用。在每个分相区前设置三个射频卡定位点和两个磁铁定位点，反相定位点对等设置。如下图所示：

　　注：1、T1、T2、T3、T4为地面磁感应器位置，T1和T4为预告点；T2和T3为强迫点
　　2、K1～K6为网上射频定位卡安装在承力索上，各位置定义如下：
　　上行方向：K6-6#(预告卡)、K1-1#（卸载卡）、K2-2#（分主断卡）
　　下行方向：K5-5#(预告卡)、K3-3#（卸载卡）、K4-4#（分主断卡）

　　四、工作原理

　　机车运行至K6点时读到预告卡信号，蜂鸣器发出蜂鸣声，提示司机距离分相还有2Km，并开始分相前计程；机车运行至K1点时读到1#卸载卡，开始按1#卡575m位置计程，机车运行至K2点时读到2#分主断卡，开始按2#卡275m位置计程，并根据当时机车速度，发出卸载信号开始降流，当机车电流降至“0”，发出分主断信号。
当识别到T1或T2磁铁信号时，若前面已识别到1#或2#卡则不启动磁铁分主断计程，仍以射频卡分主断计程。

　　若未识别到射频卡信号，则遇到T1磁铁信号，开始T1磁铁的205m分主断计程。若未遇到T1时，当遇到T2，则进行强制分主断。

　　当机车越过无电区后，有下列条件之一即发合主断信号控制机车合主断：
　　检测到网压信号由无到有信号变化；
　　识别到磁铁恢复信号或反向射频卡信号；
　　过无电区后计程合主断。

　　反向行车自动过分相原理和正向行车一样，因为每处分相定位点完全对称安装。

　　该装置是基于无线射频定位技术（RFID）、磁感应技术和机车“公里标”数据（TAX2箱公共信息）定位方式相结合的车载自动过分相控制装置。

　　机车在区间运行时，以公里标数据为依据，结合当前机车速度，进行机车距前方下一个相点距离运算和校准；进入分相区前2km区域后，机车运行位置定位以RFID为主，机车公里标数据用于定位备份和故障诊断，保证机车自动过分相的安全、可靠性。

　　五、工作原则

　　系统设计原则

　　装置自动控制下，手动优先分相前三个射频卡定位点和两个磁感应器定位点相互关联验证，保证过分相的可靠性，即使个别定位点失效，不影响正常自动过分相。若装置故障，报警器显示红灯，蜂鸣器发出蜂鸣声提示司机切除自动过分相，只要把操作端开关打到切除位，装置与机车操制完全切除，投/切开关只与操作端有关，非操作端投/切开关处于任何位置都不影响。
　　主控系统具有完善的自检功能，当装置正常时，报警器显示绿灯，司机可以通过投/切开投入自动过分相。
　　主控系统具有完善事件存储功能，自动过分相全部运行记录及相关故障信息全部记录在存储器中，便于下载分析。
　　防误动作，装置结合公里标数据判断机车运行位置，机车运行在区间时，即使由于干扰感应到磁信号，主控系统不会发出输出控制。
　　卸载/加载机车牵引电流信号为2级线性斜率方式，适合机车各种工况（零位、牵引、电制）。