25G型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王立兵

摘要：隨著科技的快速發(fā)展，我國(guó)鐵路部門正致力于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)25G型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行中對(duì)于故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，提高列車運(yùn)行的安全。本文就是在此基礎(chǔ)上，對(duì)25G型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)展開(kāi)詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：25G型客車；制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

25G型客車在我國(guó)鐵路運(yùn)輸中扮演著重要的作用，其制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，工作穩(wěn)定性高，而且對(duì)于列車運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷的準(zhǔn)確性和可靠性也較高，在鐵路客車的安全監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。

一、制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能

（一）儲(chǔ)存功能

制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可以有監(jiān)測(cè)功能，還能對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)存時(shí)間高達(dá)30天，并且還能為數(shù)據(jù)下載提供接口。

（二）有TCDS接口功能

制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠與TCDS進(jìn)行結(jié)合，將報(bào)警信息和一些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)TCDS傳送到地面上的監(jiān)控中心，讓監(jiān)控中心能夠及時(shí)掌握?qǐng)?bào)警和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況。

（三）有人機(jī)交互接口功能

制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以為人機(jī)交互提供接口，這樣客車的制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)、工作曲線以及壓力數(shù)據(jù)就能夠得到實(shí)時(shí)的顯示，方便工作人員設(shè)置客車的制造號(hào)和順號(hào)。

（四）分析故障功能

制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)列車上的網(wǎng)絡(luò)共享，對(duì)全部列車的各個(gè)監(jiān)測(cè)單元數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后對(duì)監(jiān)測(cè)出的故障進(jìn)行分析和診斷，針對(duì)一些嚴(yán)重的故障如影響客車行車安全這樣的故障，則采取聲音提示，并且全列提示，這樣乘務(wù)員就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且采取緊急措施，為列車的運(yùn)行安全提供保障。

（五）副風(fēng)缸壓力監(jiān)測(cè)功能

與KAX1型客車相比，25G型客車不僅能夠采集總風(fēng)管壓力數(shù)據(jù)、制動(dòng)缸以及列車管等數(shù)據(jù)，還能采集副風(fēng)缸的數(shù)據(jù)，增加了對(duì)副風(fēng)缸壓力的監(jiān)測(cè)功能。

二、制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

25G型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是在KAX1型客車的基礎(chǔ)上通過(guò)TCDS的網(wǎng)絡(luò)通信功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)一般是這樣的首車→總風(fēng)管壓力傳感器→39芯連接器→列車網(wǎng)絡(luò)→GPS和GPRS（列車頂部）→列車管壓力傳感器（列車底部）→制動(dòng)缸壓力傳感器（列車底部，在列車管壓力傳感器與副風(fēng)缸壓力傳感器之間）→副風(fēng)缸壓力傳感器（列車底部）→制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)→尾車→總風(fēng)管壓力傳感器（列車底部）→集中顯示終端。其中39芯連接器存在于每?jī)晒?jié)車廂之間，通過(guò)2根雙絞屏蔽線進(jìn)行連接，每?jī)晒?jié)車廂的網(wǎng)絡(luò)通信也是由這兩根雙絞屏蔽線進(jìn)行傳輸。并且由副風(fēng)缸壓力傳感器、列車管壓力傳感器、制動(dòng)缸壓力傳感器和制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)四個(gè)部分組成的制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元，存在于每一節(jié)車廂之中，首尾車廂除了安裝制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元，還要增加一個(gè)總風(fēng)管壓力傳感器。制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)單獨(dú)放在一個(gè)車廂，主要是對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行分析并采集數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)到故障之后進(jìn)行報(bào)警，然后根據(jù)全列車的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享。下面筆者就通過(guò)通信協(xié)議、制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)、制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等四個(gè)方面詳細(xì)闡述制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（一）通信協(xié)議

在列車網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性方面，制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著很高的要求，為了能夠?qū)⒅苿?dòng)系統(tǒng)的工作性能準(zhǔn)確和真實(shí)反映出來(lái)，制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)刻在向便攜式顯示屏和TCDS主機(jī)發(fā)送本機(jī)的數(shù)據(jù)并且還對(duì)全列其他車輛的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。除此之外，為了能夠?qū)χ苿?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的報(bào)警信息實(shí)行準(zhǔn)確反映，監(jiān)測(cè)主機(jī)要對(duì)TCDS主機(jī)的診斷出的最新報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)接收。當(dāng)列車出現(xiàn)運(yùn)行故障的時(shí)候，就會(huì)向制動(dòng)監(jiān)測(cè)的主機(jī)發(fā)送聲音鳴叫信息和報(bào)警信息，制動(dòng)監(jiān)測(cè)的主機(jī)就會(huì)鳴響，乘務(wù)員就能夠接收到提示緊急采取相應(yīng)措施，以保證列車的運(yùn)行安全。

（二）制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，最重要的組成部分就是制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)，制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是采用嵌入式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、資源占用少以及運(yùn)營(yíng)內(nèi)核小等諸多優(yōu)勢(shì)，可以極大提高制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率和可靠性，將CPU的多任務(wù)潛力充分發(fā)揮出來(lái)。制動(dòng)監(jiān)測(cè)主機(jī)的軟件可以根據(jù)功能分為四個(gè)模塊：診斷模塊、串行通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和系統(tǒng)的初始化模塊。

（三）制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元硬件結(jié)構(gòu)

車廂中的制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元與LonWorks網(wǎng)絡(luò)連接方式是通過(guò)每節(jié)車廂四個(gè)角上面的39芯連接器進(jìn)行連接的。制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元能夠和防滑器建立通信關(guān)系。為了滿足25型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求，制動(dòng)監(jiān)測(cè)單元主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)采取了多功能集成化設(shè)計(jì)，將外部接口、LonWorks網(wǎng)絡(luò)功能、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源供電、監(jiān)測(cè)診斷以及采集制動(dòng)壓力集成一體，原理如下：列車管壓力采集、制動(dòng)缸壓力采集、總風(fēng)管壓力采集、副風(fēng)缸壓力采集，這四個(gè)方面的采集共同作用于中央處理單元，然后中央處理單元再通過(guò)16MBFLASH、蜂鳴器、USB接口、網(wǎng)關(guān)、TCDS接口、防滑器接口、集中顯示接口等作用到各個(gè)方面。除此之外，還可以用專用的數(shù)據(jù)線直接連接到顯示屏上，為報(bào)警或者數(shù)據(jù)的人機(jī)交互顯示提供方便。FLASH主要是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而USB接口是為了方便下載數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的下載提供接口。

（四）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在25G型客車上，39芯連接器通過(guò)雙絞屏蔽線進(jìn)行連接，因此全列車的網(wǎng)絡(luò)能夠利用LonWorks技術(shù)進(jìn)行連接。LonWorks具有靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既能做每一節(jié)車廂的總線，也能做全列車的總線。并且LonWorks作為測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，不僅具有通用性，還有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此對(duì)于各種軌道車輛都能有效適應(yīng)，甚至一些可變編組的列車也同樣能夠適應(yīng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是為了方便各個(gè)車廂能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，因此采用了對(duì)等式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣，每一個(gè)車廂的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能對(duì)全列的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，這是采取雙網(wǎng)冗余的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的KAX1型客車無(wú)法做到的。

三、制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)證

制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后還要進(jìn)行系統(tǒng)的驗(yàn)證，主要分成兩個(gè)部分，一是對(duì)制動(dòng)缸的泄露進(jìn)行試驗(yàn)，還有一部分就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用進(jìn)行驗(yàn)證。制動(dòng)缸泄露試驗(yàn)一般通過(guò)兩種工況進(jìn)行，常用全制動(dòng)和常用初制動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果表明，判斷制動(dòng)缸壓力是否泄露，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)副風(fēng)缸的壓力下降情況來(lái)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用驗(yàn)證則通過(guò)對(duì)制動(dòng)缸采取不同的壓力，記錄發(fā)生制動(dòng)后的時(shí)間。

四、結(jié)論

綜上所述，采取對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)25G型客車制動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅能夠彌補(bǔ)KAX1型客車監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足之處，還能為國(guó)產(chǎn)列車的運(yùn)行提供更高的安全保障，促進(jìn)我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展。