失知保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與基于Multiprog中間件的算法實(shí)現(xiàn)

劉晨勇

摘要：失知保護(hù)是機(jī)車控制系統(tǒng)的重要組成部分，使機(jī)車能保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行。國內(nèi)機(jī)車上現(xiàn)有警惕裝置功能單一，靈活性小，且易于規(guī)避。本文綜合現(xiàn)有警惕控制模式的優(yōu)點(diǎn)，提出一種通用性強(qiáng)，伸縮性好的新型失知保護(hù)策略，并實(shí)現(xiàn)了基于IEC 61131編程模型的Multiprog中間件封裝。

關(guān)鍵詞：失知保護(hù)；機(jī)車控制；IEC 61131

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0155-03

Design of Vigilant System and Realization of Algorithm Based on Multiprog Middleware

Liu Chenyong

（ZHUZHOU CRRC TIMES ELECTRIC CO.，LTD，Hunan Zhuzhou，412001）

Abstract：The vigilance is an important part of the locomotive control system， which keeps the locomotive running safely and stably. The existing vigilance device on domestic locomotive is simple， flexible and easy to evade. This paper combines the advantages of the existing vigilance control model， proposes a new vigilant strategy with good versatility and scalability，and realizes the Multiprog middleware encapsulation based on IEC 61131 programming model.

Key Words：Vigilance； Locomotive control； IEC 61131

1 概述

失知系統(tǒng)旨在保障鐵路機(jī)車、城軌或高速列車司機(jī)在行駛過程中始終保持警覺狀態(tài)，如果系統(tǒng)檢測(cè)到在一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)缺少司機(jī)的人為干涉活動(dòng)，失知系統(tǒng)將觸發(fā)報(bào)警裝置（通常伴隨聲光）直到切斷牽引動(dòng)力，觸發(fā)緊急制動(dòng)停車，確保車輛的安全運(yùn)行。

通常國內(nèi)機(jī)車上的警惕裝置功能比較單一[1]，難以滿足出口機(jī)車對(duì)安全運(yùn)用的要求。因此，在集成目前國內(nèi)警惕保護(hù)控制策略優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種通用的模塊化、自動(dòng)化、智能交互的新型失知保護(hù)系統(tǒng)，以進(jìn)一步完善機(jī)車的整體安全性能，更好的打開機(jī)車的國際市場(chǎng)。

2 控制策略

現(xiàn)有警惕裝置設(shè)計(jì)原理主要分為靜態(tài)持續(xù)觸發(fā)和動(dòng)態(tài)周期觸發(fā)兩種，各有局限[2][3]。靜態(tài)模式下的初級(jí)安全系統(tǒng)很容易被司機(jī)用其他方式規(guī)避，造成系統(tǒng)失效。動(dòng)態(tài)模式下的進(jìn)階安全系統(tǒng)通常靈活性較小，專用性強(qiáng)。因此，基于兩種控制模式的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)展出一種通用性較強(qiáng)，伸縮性較好的失知保護(hù)系統(tǒng)。

2.1 設(shè)計(jì)原理

新型失知系統(tǒng)主要由人機(jī)交互裝置、活動(dòng)裝置和邏輯控制單元組成。人機(jī)交互裝置通常由智能顯示屏、聲光報(bào)警裝置、踏板、按鈕等信號(hào)組成，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)信號(hào)輸入、預(yù)警提示與系統(tǒng)設(shè)置。活動(dòng)裝置是最終執(zhí)行安全狀態(tài)的元件，用于切斷機(jī)車動(dòng)力，實(shí)施緊急制動(dòng)或達(dá)到制動(dòng)零界的狀態(tài)。邏輯控制單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收人機(jī)交互裝置的信號(hào)或指令，對(duì)機(jī)車的失知狀態(tài)進(jìn)行綜合邏輯判定，實(shí)施保護(hù)策略，并輸出信號(hào)至活動(dòng)裝置執(zhí)行。

相比傳統(tǒng)的警惕保護(hù)裝置，進(jìn)行了改進(jìn)，主要有以下特點(diǎn)：①可選貨運(yùn)和客運(yùn)兩種模式；②可選有限隔離和完全隔離模式；③可選單機(jī)和重聯(lián)模式；④活動(dòng)信號(hào)擴(kuò)展為主生命信號(hào)和自動(dòng)生命信號(hào)。保護(hù)策略流程如圖1。

2.1.1 系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉

當(dāng)機(jī)車速度>6.4km/h，同時(shí)制動(dòng)缸壓力≤179kPa，系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)；當(dāng)不滿足速度或制動(dòng)缸壓力條件，或機(jī)車處于重聯(lián)補(bǔ)機(jī)，或保護(hù)已切除時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉保護(hù)。

①有限隔離模式下切除該安全系統(tǒng)，如果機(jī)車速度超過戒備速度20km/h，則自動(dòng)切斷機(jī)車動(dòng)力，并在顯示屏上報(bào)警提示；

②完全隔離模式下切除該安全系統(tǒng)，經(jīng)授權(quán)后可解除戒備速度限制；

③機(jī)車連掛或重聯(lián)時(shí)位于補(bǔ)機(jī)，系統(tǒng)保護(hù)自動(dòng)關(guān)閉，由重聯(lián)本機(jī)聯(lián)鎖控制。

2.1.2 系統(tǒng)失效

系統(tǒng)發(fā)生故障，則間歇500ms驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音，持續(xù)20s后機(jī)車進(jìn)入安全狀態(tài)（切斷牽引動(dòng)力，緊急制動(dòng)）。

2.1.3 零級(jí)警惕

觸發(fā)：持續(xù)1s沒有檢測(cè)到主生命信號(hào)（警惕踏板信號(hào)），則驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音和報(bào)警燈。

復(fù)位：零級(jí)警惕觸發(fā)后，若2s內(nèi)重新檢測(cè)到主生命信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音靜音，驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警燈熄滅，否則機(jī)車進(jìn)入安全狀態(tài)。

2.1.4 一級(jí)警惕

觸發(fā)：持續(xù)在許可周期T時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到主生命信號(hào)處于活動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)生命信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音500ms后靜音，驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警燈。

①許可周期T（客運(yùn)）：

（1）T=30s，6.4km/h≤V≤53.6km/h；

（2）T=1609.34/V，V>53.6km/h；

②許可周期T（貨運(yùn)）：

（1）T=70s，6.4km/h≤V≤41.3km/h；

（2）T=2896.82/V，V>41.3km/h；

③釋放并重新踩下踏板視為主生命信號(hào)一次活動(dòng)；自動(dòng)生命信號(hào)包括撒砂、喇叭、警惕按鈕、前照燈開動(dòng)作等。

復(fù)位：一級(jí)警惕觸發(fā)后，若2.5s（客運(yùn)）/10s（貨運(yùn)）內(nèi)檢測(cè)到主生命信號(hào)一次活動(dòng)，則驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警燈熄滅，否則進(jìn)入二級(jí)警惕。

2.1.5 二級(jí)警惕

觸發(fā)：一級(jí)警惕觸發(fā)后，持續(xù)時(shí)間>2.5s（客運(yùn)）/10s（貨運(yùn)），驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音和報(bào)警燈。

復(fù)位：二級(jí)警惕觸發(fā)后，若2.5s（客運(yùn)）/10s（貨運(yùn)）內(nèi)檢測(cè)到主生命信號(hào)一次活動(dòng)，則驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警音靜音，驅(qū)動(dòng)警惕報(bào)警燈熄滅，否則機(jī)車進(jìn)入安全狀態(tài)。

2.1.6 系統(tǒng)復(fù)位

當(dāng)機(jī)車進(jìn)入安全狀態(tài)持續(xù)時(shí)間>30s，機(jī)車完全停止，同時(shí)機(jī)車方向處于中立位，系統(tǒng)復(fù)位，機(jī)車允許重新加載。見表1、表2。

2.2 中間件設(shè)計(jì)

Multiprog基于IEC 61131編程模型[4]，提供大量強(qiáng)大，實(shí)用的函數(shù)封裝庫，易于用戶快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化控制。

將上述控制策略的失知系統(tǒng)封裝成Multiprog中間件，向應(yīng)用層提供輸入與輸出接口，調(diào)用封裝好的用戶庫agt_lib.mwt，可快速實(shí)現(xiàn)相應(yīng)失知保護(hù)功能。

圖中描述的是已封裝用戶庫中核心的功能塊，例如IO采集模塊提供失知保護(hù)邏輯輸入與輸出；計(jì)算客運(yùn)或貨運(yùn)模式的許可周期，判定系統(tǒng)是否失效；一級(jí)與二級(jí)警惕控制算法邏輯封裝等。 見圖1、圖2、圖3。

3 結(jié)語

上述失知保護(hù)策略可移植性與實(shí)用性較強(qiáng)，特別適用于海外出口機(jī)車應(yīng)用?；谠摬呗缘谋Ｗo(hù)系統(tǒng)已在中車出口阿根廷內(nèi)燃機(jī)車上實(shí)現(xiàn)了批量裝車運(yùn)用，得到了海外客戶的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖忠文，孟玉發(fā).出口機(jī)車警惕裝置設(shè)計(jì)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2008，（5）：33-34.

[2]吳軍，王鑫.HXD3型機(jī)車司機(jī)警惕功能的優(yōu)化改進(jìn)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2012，（2）：89-90.

[3]謝興中，徐盛火.LKJ司機(jī)警惕監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2011，（5）：65-68.

[4]IEC 61131-3.Programmable controllers-Part3.2003.endprint