列車(chē)智能制動(dòng)試風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉德玉 龍振華

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

列車(chē)智能制動(dòng)試風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉德玉 龍振華

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

列車(chē)智能制動(dòng)試風(fēng)系統(tǒng)是通過(guò)可編程控制器、工控機(jī)、壓力檢測(cè)等進(jìn)行無(wú)線組網(wǎng)，完成對(duì)火車(chē)制動(dòng)裝置安全系數(shù)的高低檢測(cè)，從而完成每一列火車(chē)到站后或出站前制動(dòng)系統(tǒng)的檢驗(yàn)，降低列車(chē)因制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的列車(chē)事故。

制動(dòng)；試風(fēng)系統(tǒng)；可編程控制器；事故

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人口流動(dòng)日趨頻繁，對(duì)公共交通的效率和質(zhì)量要求越來(lái)越高，加快了鐵路、公路等交通的信息化、數(shù)字化的發(fā)展；火車(chē)等運(yùn)行工具的速度往上提，其數(shù)量也大大增加。而每一列車(chē)輛在某一站點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)站后或出站前，都要求進(jìn)行車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的試風(fēng)檢測(cè)，把制動(dòng)系統(tǒng)中將可能出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)檢驗(yàn)出來(lái)，并馬上解決，把因制動(dòng)系統(tǒng)而造成的事故隱患降到最低。而在現(xiàn)用的列車(chē)試風(fēng)系統(tǒng)中，采用原有的老式試風(fēng)系統(tǒng)，存在以下缺點(diǎn)：一是老系統(tǒng)有實(shí)驗(yàn)速度慢，不能多輛車(chē)同時(shí)實(shí)驗(yàn)；二是一輛車(chē)的試風(fēng)試驗(yàn)，還需要多名現(xiàn)場(chǎng)人員參與，實(shí)驗(yàn)參數(shù)不能及時(shí)的保存數(shù)據(jù)和打印存檔等問(wèn)題。由于以上問(wèn)題，使鐵路、公路運(yùn)輸面臨著嚴(yán)重的安全隱患。如車(chē)輛多時(shí)，實(shí)驗(yàn)緩慢，工作效率低，車(chē)輛?？康臅r(shí)間增加，現(xiàn)場(chǎng)人員的工作強(qiáng)度增加，很容易造成人員的疲勞，人為的誤操作就多；鐵路、公路等交通工具的各類安全問(wèn)題也相應(yīng)的出現(xiàn)，如脫軌、段鉤事故屢見(jiàn)不鮮，其中不少事故是在列車(chē)制動(dòng)工況下發(fā)生的。因此隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路，公路交通的增加，原有的試風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)有的試驗(yàn)條件。

針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一套列車(chē)智能制動(dòng)試風(fēng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)，把各模塊有機(jī)的組合在一起，拓展性好、系統(tǒng)的安全性和實(shí)時(shí)性好、勞動(dòng)強(qiáng)度低，很好的解決以上問(wèn)題。

1.列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)框圖如圖1所示，由中心控制臺(tái)、試風(fēng)子系統(tǒng)、列尾檢測(cè)器和無(wú)線通信模塊4部分組成。中心控制臺(tái)主要作用是通過(guò)接收到某輛列車(chē)以進(jìn)站或需出站的信息，向?qū)?yīng)的試風(fēng)子系統(tǒng)下達(dá)試驗(yàn)指令，通過(guò)無(wú)線模塊接收列尾、列首、氣源等各部分的壓力值，向?qū)?yīng)的試風(fēng)子系統(tǒng)發(fā)出各類試風(fēng)試驗(yàn)指令，自動(dòng)判斷減壓量，顯示試驗(yàn)過(guò)程及狀態(tài)，自動(dòng)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)供打印，并自動(dòng)顯示出列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的好壞。試風(fēng)子系統(tǒng)是列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)執(zhí)行者，接收到試風(fēng)指令后，通過(guò)控制器自動(dòng)控制氣動(dòng)閥門(mén)，控制列車(chē)管充風(fēng)、排風(fēng)；檢測(cè)列車(chē)管壓力來(lái)完成各類試風(fēng)制動(dòng)試驗(yàn)。列尾檢測(cè)器主要作用是檢測(cè)列車(chē)管壓力，向中心控制臺(tái)提供壓力數(shù)據(jù)。無(wú)線模塊是把中心控制臺(tái)、試風(fēng)子系統(tǒng)、列尾檢測(cè)器有機(jī)的組合聯(lián)網(wǎng)，把整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)的組合，完成不同長(zhǎng)度列車(chē)的試風(fēng)試驗(yàn)。

列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)所針對(duì)的對(duì)象是不同類型，不同長(zhǎng)度，不同車(chē)次的列車(chē)。列車(chē)不同，完成的試風(fēng)試驗(yàn)也不相同。此系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線模塊和中心控制臺(tái)，試風(fēng)子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，很好的解決不同列車(chē)試風(fēng)試驗(yàn)的要求。

2.主要模塊設(shè)計(jì)

2.1 中心控制臺(tái)

中心控制臺(tái)是一個(gè)管理、操作平臺(tái)，主要作用是通過(guò)接收到某輛列車(chē)以已進(jìn)站或需出站的信息，向?qū)?yīng)的試風(fēng)子系統(tǒng)下達(dá)試驗(yàn)指令，通過(guò)無(wú)線模塊接收列尾、列首、氣源等各部分的壓力值，向?qū)?yīng)的試風(fēng)子系統(tǒng)發(fā)出各類試風(fēng)試驗(yàn)指令，自動(dòng)判斷減壓量，顯示試驗(yàn)過(guò)程及狀態(tài)，自動(dòng)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)供打印，并自動(dòng)顯示出列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的好壞。中心控制臺(tái)由一臺(tái)電腦，一臺(tái)打印機(jī)和無(wú)線收發(fā)裝置三部分組成。電腦中安裝自行設(shè)計(jì)的管理軟件，完成各種指令的下達(dá)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯示，圖形顯示和數(shù)據(jù)的保存打印等工作。管理界面如圖2所示。

圖2 管理界面

2.2 試風(fēng)子系統(tǒng)

試風(fēng)子系統(tǒng)是試風(fēng)系統(tǒng)中的執(zhí)行者，由無(wú)線模塊、觸摸屏、歐姆龍PLC控制器、電磁閥系統(tǒng)、氣動(dòng)管路系統(tǒng)、壓力檢測(cè)單元和無(wú)線收發(fā)裝置組成。當(dāng)無(wú)線模塊接收到由中心控制臺(tái)下達(dá)的試驗(yàn)開(kāi)始指令后，通過(guò)觸摸屏把下達(dá)的指令傳送到歐姆龍PLC控制器，控制器控制電磁閥系統(tǒng)中的六個(gè)電磁閥，從而控制氣源對(duì)車(chē)輛管充壓，通過(guò)壓力大小不同，壓力曲線的不同，從而完成不同的試驗(yàn)。車(chē)輛管中的壓力大小通過(guò)壓力檢測(cè)器采集到列車(chē)車(chē)頭、氣源、均衡缸等部分壓力值，反饋給PLC控制器。通過(guò)壓力值，PLC控制器，自動(dòng)的完成各類試驗(yàn)，并把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給觸摸屏，觸摸屏在把數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線模塊傳送給中心控制臺(tái)進(jìn)行顯示和保存。試風(fēng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 試風(fēng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)圖中的PLC控制器是試風(fēng)子系統(tǒng)中的主要組成部分，采用歐姆龍CPM1A-20CDR型PLC和CPM1A-MAD02-CH模擬量模塊組成。通過(guò)接受來(lái)自中心控制平臺(tái)的安定、感度、泄露、簡(jiǎn)略等試驗(yàn)開(kāi)始指令，PLC自動(dòng)完成相關(guān)的試驗(yàn)。并把相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送給中心控制平臺(tái)，中心控制平臺(tái)根據(jù)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)的判斷列車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，并記錄、保存和打印。

結(jié)構(gòu)圖中的觸摸屏作用是手動(dòng)操作管理平臺(tái)。是采用LJD-eWin7000觸摸屏，擁有32位ARM920T高速處理器內(nèi)核。速度快，完全滿足試風(fēng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送速度。此觸摸屏是一款基于Windows CE操作系統(tǒng)下的控制平臺(tái)。完全支持用戶采用的C++、C#等編程工具所開(kāi)發(fā)的用戶軟件，方便開(kāi)發(fā)手動(dòng)操作管理程序，完成現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作、數(shù)據(jù)傳送、指令下達(dá)等功能。

2.3 列尾檢測(cè)器

列尾檢測(cè)器是檢測(cè)列車(chē)尾部的車(chē)輛管壓力值。以C8051F020為核心，以ADS7818串行A/D轉(zhuǎn)換器采集芯片與無(wú)線通信模塊為橋梁，配合壓力傳感器有機(jī)結(jié)合，把列車(chē)尾部的壓力值，發(fā)送給試風(fēng)子系統(tǒng)和中心控制臺(tái)。

2.4 無(wú)線通信模塊

由于車(chē)輛長(zhǎng)短不一，在測(cè)量車(chē)輛尾部的壓力、試風(fēng)子系統(tǒng)、中心控制臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，不適合光纖、同軸電纜等有線傳輸，而采用XBee-PRO?射頻模塊。此模塊的設(shè)計(jì)符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)并且支持低成本、低功耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。此模塊僅需很低的供電并且在設(shè)備間提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。戶外視距高達(dá)1.6 km(1英里)，完全滿足車(chē)輛列尾壓力的無(wú)線檢測(cè)。利用C8051F021單片機(jī)高速度、低功耗、性能強(qiáng)的特點(diǎn)，做為XBee-PRO?射頻模塊的管理芯片，與之組合成一個(gè)完整的無(wú)線通信模塊。

3.軟件設(shè)計(jì)及組網(wǎng)

列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要涉及到三個(gè)主要方面，一是中心控制臺(tái)的管理平臺(tái)設(shè)計(jì)；二是觸摸屏上的手動(dòng)控制管理平臺(tái)及數(shù)據(jù)交互的設(shè)計(jì)；三是試風(fēng)子系統(tǒng)中的PLC控制器的軟件設(shè)計(jì)。

中心控制臺(tái)及觸摸屏管理平臺(tái)都采用C#設(shè)計(jì)。C#（C Sharp)是微軟(Microsoft)為.NET Framework量身訂做的程序語(yǔ)言，C#擁有C/C++的強(qiáng)大功能以及Visual Basic簡(jiǎn)易使用的特性，是第一個(gè)組件導(dǎo)向(Component-oriented)的程序語(yǔ)言，和C++與Java一樣亦為對(duì)象導(dǎo)向程序語(yǔ)言。它使得程序員可以快速地編寫(xiě)各種基于MICROSOFT.NET平臺(tái)的應(yīng)用程序，MICROSOFT.NET提供了一系列的工具和服務(wù)來(lái)最大程度地開(kāi)發(fā)利用計(jì)算與通訊領(lǐng)域。設(shè)計(jì)的界面友好,使用方便。中心控制臺(tái)管理界面如圖2，觸摸屏管理界面如圖4所示。

圖4 觸摸屏管理界面

PLC控制器是試風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所有的試驗(yàn)都是靠PLC控制器完成。PLC控制器主要完成的試驗(yàn)有泄漏試驗(yàn)、感度試驗(yàn)、安定試驗(yàn)、簡(jiǎn)略試驗(yàn)、關(guān)門(mén)車(chē)充風(fēng)試驗(yàn)、關(guān)門(mén)車(chē)減壓試驗(yàn)、關(guān)門(mén)車(chē)緩解試驗(yàn)等多個(gè)試驗(yàn)，不同的試驗(yàn)對(duì)應(yīng)不同的車(chē)輛車(chē)次。下面就以小于60輛的列車(chē)來(lái)介紹。

圖5 500KPA的感度試驗(yàn)壓力曲線圖

小于60輛的列車(chē)試驗(yàn)，又可以分為500KPA感度試驗(yàn)、500KPA泄漏試驗(yàn)、小于500kPA安定試驗(yàn)、小于500KPA簡(jiǎn)略試驗(yàn)和其他一些自動(dòng)試驗(yàn)，每種試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的壓力曲線不同。500KPA的感度試驗(yàn)壓力曲線圖如圖5所示。從啟動(dòng)開(kāi)始，每種試驗(yàn)有急充風(fēng)、緩充風(fēng)、減壓、保壓、緩解和完成等步驟。整個(gè)試風(fēng)系統(tǒng)的壓力曲線多，采用模塊化設(shè)計(jì)，分步設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)整個(gè)程序。程序流程圖如圖6所示。

小結(jié)

列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制與開(kāi)發(fā)是根據(jù)用戶的需要，利用PLC技術(shù)、無(wú)線技術(shù)研制的，應(yīng)用方法的提高等，促進(jìn)了列車(chē)試風(fēng)試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展。提高了列車(chē)作業(yè)能力，保障了列車(chē)運(yùn)行安全，是列檢作業(yè)的重要檢驗(yàn)設(shè)備。本系統(tǒng)已使用，用戶反映列車(chē)智能試風(fēng)系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操作方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

[1]霍吉芹，安笑飛.高速列車(chē)制動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向初探[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院,2008，9(3)：P243-244．

[2]馬大煒.提速列車(chē)的制動(dòng)試驗(yàn) [J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛,1997，2：P11．

[3］黃問(wèn)盈，孫中央.高速列車(chē)制動(dòng)計(jì)算中值得關(guān)注的問(wèn)題[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛,2006，26(1)：P24．26．

[4]姚壽文.長(zhǎng)大貨物列車(chē)電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)及防滑器的智能控制研究，鐵道科學(xué)研究院博士論文，2000．

[5]徐守志，劉蔭忠，楊東升.列檢微機(jī)控制試風(fēng)系統(tǒng)的研制[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2003,8.

Design of Train Smart Brake Test Wind System

LIUDe-yu LONGZhen-hua

（Depart m entofEl ect ri calEngi neeri ngofH unan Indust ryPol yt echni c,Changsha,410208 H unan）

Thi spaperdevel opst he t rai n sm artbrake t estwi nd syst em whi ch conductwi rel ess net work by program m abl e cont rol l ers,i ndust ri alm achi nes,pressure t est i ng and so on,whi ch det ectt he l eveloft he t rai n brake saf et y f act orand t estt he brake syst em ofeach t rai n af t erarri vi ng orbef ore t he out bound,t oreducet het rai n acci dentt hatt het rai n brakesyst em f ai l urecaused.

brake;t estwi nd syst em;PLC;acci dent

TP21

［文章編號(hào)］1671-5004（2012） 01-0014-03

2012-2-18

劉德玉（1982-），男，湖南韶山人，湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教。