HXN3B型機(jī)車實(shí)現(xiàn)編組站內(nèi)調(diào)機(jī)自動(dòng)化應(yīng)用的研究

王恩會(huì)，劉 晶

(1.中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部，濟(jì)南 250007；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 問題的提出

1.1 問題產(chǎn)生的背景

調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)是一套應(yīng)用于編組站的調(diào)車機(jī)車自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)調(diào)機(jī)信號(hào)和信息服務(wù)、走行安全監(jiān)控和自動(dòng)控制。該系統(tǒng)采用無(wú)線通信方式，將調(diào)車作業(yè)相關(guān)的信號(hào)、道岔、軌道電路區(qū)段狀態(tài)等作業(yè)信息傳送到機(jī)車上，并在車載人機(jī)界面單元上實(shí)現(xiàn)調(diào)車機(jī)車信號(hào)和站場(chǎng)聯(lián)鎖信息的實(shí)時(shí)顯示，反映調(diào)車車列（含單機(jī)）的運(yùn)行條件。同時(shí)，通過對(duì)調(diào)機(jī)運(yùn)行前方信號(hào)和車站相關(guān)基本信息的處理，實(shí)現(xiàn)車站集中聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)的調(diào)車車列（含單機(jī)）速度監(jiān)控，并在駝峰推峰作業(yè)中實(shí)現(xiàn)機(jī)車遙控。

1.2 HXN3B機(jī)車

HXN3B 型內(nèi)燃機(jī)車，是中國(guó)鐵路的交流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車車型之一，由中國(guó)中車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司研制生產(chǎn)，是在擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HXN3 型內(nèi)燃機(jī)車基礎(chǔ)上，為滿足重載貨物列車調(diào)車需要而研制的大功率重型調(diào)車用內(nèi)燃機(jī)車，也可用于小運(yùn)轉(zhuǎn)等作業(yè)。該機(jī)車功率大，設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，其自動(dòng)化和智能化程度在專用調(diào)車機(jī)車領(lǐng)域均處于領(lǐng)先地位。2015 年，根據(jù)鐵總的機(jī)車調(diào)配規(guī)劃，濟(jì)西站配屬12 臺(tái)HXN3B 型機(jī)車，用于站內(nèi)解體、編組等日常作業(yè)。

1.3 濟(jì)西站調(diào)車機(jī)車自動(dòng)化需求

濟(jì)西站作為濟(jì)南地區(qū)最大的編組站，下轄二級(jí)六場(chǎng)，是京滬鐵路和膠濟(jì)鐵路的交通樞紐，日均作業(yè)量達(dá)到17 000 輛，最高作業(yè)量可達(dá)21 000 輛。為了安全、高效的完成車站解編作業(yè)量，車站裝備了編組站綜合自動(dòng)化(CIPS)、駝峰自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等多種行車設(shè)備，調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)就是其中的一種。

駝峰是編組站作業(yè)效率的核心。如何高效、安全的完成駝峰解體作業(yè)，是保障整個(gè)濟(jì)西站運(yùn)轉(zhuǎn)效率的關(guān)鍵。而調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的駝峰推峰遙控功能，就是通過自動(dòng)執(zhí)行駝峰推峰作業(yè)，以指定的速度完成自動(dòng)變速推峰，使整個(gè)推峰過程達(dá)到響應(yīng)快速、控制精確的目的。

1.4 存在的困難和問題

由于駝峰推峰過程中，機(jī)車的制動(dòng)調(diào)速需要使用機(jī)車小閘實(shí)現(xiàn)單機(jī)制動(dòng)。傳統(tǒng)的東風(fēng)系列機(jī)車采用JZ-7 型空氣制動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用多年，成熟穩(wěn)定，制動(dòng)完全靠互相鎖閉的空氣壓力管路構(gòu)成。

HXN3B 機(jī)車使用的是一種較為先進(jìn)的新型制動(dòng)系統(tǒng)——CCB-II 型制動(dòng)系統(tǒng)。有別于以JZ-7 型為代表的單純依靠手柄調(diào)節(jié)空氣壓力進(jìn)行制動(dòng)的傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)，CCB-II 型制動(dòng)系統(tǒng)使用電子電路對(duì)空氣制動(dòng)部件進(jìn)行控制，從而使整個(gè)空氣制動(dòng)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化均得到較大提升。

但是，由于CCB-II 型制動(dòng)機(jī)電路與風(fēng)路的復(fù)雜特性，使得其擴(kuò)展能力受到限制。傳統(tǒng)的適用于JZ-7 型空氣制動(dòng)系統(tǒng)的控制方法不能適用于CCBII 型制動(dòng)機(jī)，這就限制調(diào)機(jī)自動(dòng)化等自動(dòng)控制系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)在HXN3B 等機(jī)車上的運(yùn)用。

2 解決方案

針對(duì)這一現(xiàn)狀，必須找到一種能夠控制CCB-II型制動(dòng)機(jī)的方法，才能解決調(diào)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)遇到的問題。

CCB-II 型空氣制動(dòng)機(jī)由集成處理模塊（IPM）、電子制動(dòng)閥（EBV）、電動(dòng)-氣動(dòng)控制單元（EPCU）、液晶顯示單元（LCDM）等幾個(gè)主要部分組成。其基本結(jié)構(gòu)和構(gòu)成原理如圖1 所示。

圖1 CCB-II型制動(dòng)機(jī)單獨(dú)制動(dòng)缸控制原理簡(jiǎn)圖Fig.1 Control principle diagram of single brake cylinder of CCB-II brake

在該系統(tǒng)構(gòu)成中，EBV 用于將司機(jī)對(duì)制動(dòng)手柄的操作轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將其發(fā)送給IPM。由IPM 經(jīng)過邏輯運(yùn)算后發(fā)送給EPCU，由后者執(zhí)行制動(dòng)輸出。因此，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可以從EBV 著手改造，讓調(diào)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)模擬EBV 轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)輸送給IPM，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。改造原理如圖2 所示。

圖2 電子制動(dòng)閥EBV改造設(shè)備結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of electronic brake valve EBV reconstruction equipment

如圖2 所示，僅需對(duì)兩個(gè)EBV 進(jìn)行改造，在EBV 內(nèi)部加裝1 個(gè)轉(zhuǎn)接板，在原有的電路中串接1個(gè)控制轉(zhuǎn)換電路，輸出端口不變，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)EBV的控制。轉(zhuǎn)接板連接到EBV 控制盒（主副兩系各自連接），EBV 控制盒通過通信端口與調(diào)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主機(jī)連接，接收主機(jī)發(fā)送的制動(dòng)指令，同時(shí)反饋執(zhí)行結(jié)果。

改造后，來(lái)源于司機(jī)手動(dòng)操作的手柄信號(hào)和來(lái)源于調(diào)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制信號(hào)均可通過轉(zhuǎn)接板輸出給IPM。IPM 不進(jìn)行改造，其工作原理與加裝轉(zhuǎn)接板之前一樣?？稍谵D(zhuǎn)接板內(nèi)部設(shè)計(jì)控制優(yōu)先權(quán)，將司機(jī)手柄制動(dòng)的優(yōu)先權(quán)設(shè)置為最高，保證特殊情況下的人工干預(yù)權(quán)限。

3 問題的解決

上述解決方案提出后，由中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司聯(lián)合北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、北京思維鑫科信息技術(shù)有限公司共同進(jìn)行研究，成功研制了符合上述構(gòu)想和預(yù)期的調(diào)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將調(diào)機(jī)自動(dòng)化車載主機(jī)與EBV 控制盒結(jié)合在一起，構(gòu)成1 套完整的控制系統(tǒng)。由調(diào)機(jī)自動(dòng)化車載主機(jī)計(jì)算并發(fā)送制動(dòng)指令，EBV 控制盒將指令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CCB-II 型制動(dòng)機(jī)單獨(dú)制動(dòng)缸制動(dòng)壓力的控制。經(jīng)過近一年的聯(lián)合開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試，終于成功研制出試用樣機(jī)，并在濟(jì)西站HXN3B-0054#、HXN3B-0055#機(jī)車上成功試用。

加裝了該設(shè)備，調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠精確的控制HXN3B 機(jī)車的單獨(dú)制動(dòng)缸壓力，實(shí)現(xiàn)從0 ～300 kPa 任意壓力值的控制（控制精度±10 kPa）。完成改造后的機(jī)車，能夠良好的完成駝峰推峰機(jī)車遙控功能。投入遙控后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制機(jī)車啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)、停車，并可根據(jù)駝峰信號(hào)的實(shí)時(shí)變化自動(dòng)調(diào)速，良好的完成駝峰推峰作業(yè)。經(jīng)測(cè)算，在投入遙控自動(dòng)推峰的作業(yè)過程中，系統(tǒng)速度控制誤差的均方差不大于0.6 km/h，符合駝峰推峰速度要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

4 結(jié)論與展望

試用的成功，標(biāo)志著EBV 控制盒裝置可以與調(diào)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)HXN3B 型機(jī)車單獨(dú)制動(dòng)缸壓力的控制，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)駝峰推峰遙控功能。

下一步可適當(dāng)擴(kuò)大試用范圍，對(duì)于具有相同使用需求的車站、機(jī)車進(jìn)行類似的改造，為提高編組站和駝峰運(yùn)轉(zhuǎn)效率提供有力的設(shè)備保證。