頭罩車鉤控制器在軌道車輛的應(yīng)用研究

摘 要：頭罩車鉤控制器是軌道車輛救援聯(lián)掛時(shí)重要的邏輯控制裝置，高效可靠的控制確保頭罩與車鉤之間正?？煽康膭?dòng)作邏輯，保證了車輛救援聯(lián)掛的順利進(jìn)行，降低車輛故障對運(yùn)營秩序的影響。本文著重從頭罩車鉤控制器的工作原理、系統(tǒng)接口、可靠性設(shè)計(jì)等方面對頭罩車鉤控制器在軌道車輛中的應(yīng)用進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；頭罩車鉤；控制器

中圖分類號(hào)：U463.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）04-0180-02

Application of Head Cover Coupler Controller in Railway Vehicles

YANG Xiaolin

（CRRC Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111，China）

Abstract：Head cover coupler controller is an important logic control device for rail vehicle rescue linkage. Efficient and reliable control ensures normal and reliable operation logic between headcover and coupler，ensures the smooth operation of vehicle rescue linkage， and reduces the impact of vehicle failure on operation order. In this paper，the working principle，system interface and reliability design of the head cover coupler controller are emphasized，and the application of the head cover coupler controller in rail vehicles is explained.

Keywords：track vehicle；headgear coupler；controller

0 引 言

隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，以及各地區(qū)城市群的逐步形成和擴(kuò)大，為提高城市間的運(yùn)輸效率、增強(qiáng)城市間的密切聯(lián)系、提升城市群的建設(shè)規(guī)劃、拉動(dòng)全國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)性建設(shè)的軌道交通裝備，市場需求日益增加。城際市域車輛定位于地鐵車輛和高速動(dòng)車之間，滿足大運(yùn)量、快起快停、高密度運(yùn)營的需求，因此設(shè)計(jì)中必須考慮車輛的高率、可靠和安全的性能要求。

頭罩與車鉤的動(dòng)作應(yīng)該有一定的先后順序，因此不但需要控制兩者的正常動(dòng)作，還需要在兩者之間設(shè)置邏輯互鎖，避免兩者動(dòng)作時(shí)發(fā)生沖突而造成部件損傷，影響車輛救援聯(lián)掛操作，進(jìn)而因故障車輛占用線路影響高速鐵路正常運(yùn)營秩序。本文針對上述問題提出高效可靠的頭罩車鉤控制設(shè)計(jì)方案，通過系統(tǒng)工作原理，系統(tǒng)接口，以及系統(tǒng)在硬件和軟件兩方面的可靠性設(shè)計(jì)，著重探討車輛救援時(shí)具有高效可靠邏輯控制的頭罩車鉤控制器在軌道車輛中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)工作原理

頭罩車鉤控制器，主要功能是控制頭罩的開閉和車鉤的伸縮、檢測頭罩打開和關(guān)閉到位信號(hào)、檢測車鉤伸出和縮回到位信號(hào)、檢測車鉤鎖定和解鎖及聯(lián)掛到位信號(hào)、完成頭罩與車鉤動(dòng)作順序的邏輯控制以及向車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)反饋頭罩車鉤狀態(tài)等[1]。

控制器主要包括三個(gè)模塊，即電源模塊、邏輯控制模塊、輸入輸出電路模塊?？刂破髑懊姘鍨椴僮鲄^(qū)域，面板上設(shè)置頭罩開關(guān)旋鈕、車鉤伸縮旋鈕、狀態(tài)指示燈，以及故障復(fù)位按鈕。系統(tǒng)主要工作原理描述如下：

（1）旋轉(zhuǎn)頭罩控制開關(guān)到“開”頭罩位，控制器輸出“頭罩開啟”指令給頭罩，頭罩打開過程中，開頭罩狀態(tài)燈閃爍。當(dāng)頭罩開到位時(shí)，控制器接收到“頭罩開到位”信號(hào)，開頭罩控制完成，開頭罩狀態(tài)指示燈常亮。

（2）旋轉(zhuǎn)頭罩控制開關(guān)到“關(guān)”頭罩位，若此時(shí)車鉤處于伸出狀態(tài)，則控制器不能執(zhí)行頭罩關(guān)指令；若此時(shí)車鉤處于收回狀態(tài)，則控制器輸出“頭罩關(guān)閉”指令給頭罩，頭罩關(guān)閉過程中，關(guān)頭罩狀態(tài)燈閃爍。當(dāng)頭罩關(guān)到位時(shí)，控制器接收到“頭罩關(guān)到位”信號(hào)，關(guān)頭罩控制完成，關(guān)頭罩狀態(tài)指示燈常亮。

（3）旋轉(zhuǎn)車鉤控制開關(guān)到“伸出”位，若此時(shí)頭罩處于閉合狀態(tài)，則控制器不能執(zhí)行車鉤伸出指令；若此時(shí)頭罩處于開啟狀態(tài)，則控制器輸出“車鉤伸出”指令給車鉤，車鉤伸出過程中，伸車鉤狀態(tài)燈閃爍。當(dāng)車鉤伸出到位時(shí)，控制器接收到“車鉤伸出到位”信號(hào)，車鉤伸出控制完成，伸車鉤狀態(tài)指示燈常亮。

（4）旋轉(zhuǎn)車鉤控制開關(guān)到“收回”位，控制器輸出“車鉤收回”指令給車鉤，車鉤縮回過程中，縮回車鉤狀態(tài)燈閃爍。當(dāng)車鉤收回到位時(shí)，控制器接收到“車鉤收回到位”信號(hào)，車鉤收回控制完成，縮回車鉤狀態(tài)指示燈常亮。

（5）當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，控制器停止所有的操作，關(guān)閉所有指令輸出，閃爍相應(yīng)的故障指示燈，并鎖閉操作等待復(fù)位信號(hào)。故障復(fù)位為一個(gè)自復(fù)位按鈕，操作人員按下按鈕后即可發(fā)出復(fù)位信號(hào)。

2 系統(tǒng)接口

控制器通過連接器與車輛的頭罩、車鉤、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行接口，主要包括指令輸出接口、狀態(tài)信號(hào)輸入接口、與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通訊接口，控制器與車輛接口示意見圖1。

各接口功能描述如下：

（1）指令輸出接口：該接口輸出控制器的控制指令，如開頭罩指令，控制器向被控裝置提供干觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)接入被控裝置的接收信號(hào)回路中。當(dāng)控制器有指令輸出時(shí)，控制器內(nèi)部電路控制對應(yīng)的干觸點(diǎn)閉合，使被控裝置的接收信號(hào)回路導(dǎo)通而接收到信號(hào)?？刂破鬏敵龅闹噶罘謩e是：開頭罩指令、關(guān)頭罩指令、車鉤伸出指令、車鉤收回指令、解鎖指令、解鉤指令。

（2）狀態(tài)信號(hào)輸入接口：該接口接收被控設(shè)備反饋的狀態(tài)信號(hào)，如頭罩開到位信號(hào)，被控裝置的狀態(tài)信號(hào)接入控制器的接收信號(hào)回路中，當(dāng)被控裝置動(dòng)作到位后，使控制器的接收信號(hào)回路導(dǎo)通而接收到信號(hào)?？刂破鹘邮盏姆答佇盘?hào)分別是：頭罩開到位、頭罩關(guān)到位、車鉤鎖閉到位、車鉤解鎖到位、車鉤伸出到位、車鉤收回到位、車鉤聯(lián)掛到位。

（3）通訊接口：控制器通過該接口將頭罩和車鉤的狀態(tài)信息反饋給車輛的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS），控制器向車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供干觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)接入被控裝置的接收信號(hào)回路中，當(dāng)控制器有狀態(tài)指令輸出時(shí)，控制器內(nèi)部電路控制對應(yīng)的干觸點(diǎn)閉合，使車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的接收信號(hào)回路導(dǎo)通而接收到信號(hào)?？刂破飨蜍囕v的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)反饋的信號(hào)分別是：頭罩開到位、頭罩關(guān)到位、車鉤聯(lián)掛到位。

3 可靠性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分別針對硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化，增加了多種保護(hù)功能，確?？刂破鞯陌踩煽俊?/p>

3.1 硬件方面

電源設(shè)計(jì)上增加了保護(hù)電路，提高系統(tǒng)抗電磁干擾能力，確保電源在電磁干擾嚴(yán)重的環(huán)境中也能穩(wěn)定的工作。另外，提高電源穩(wěn)壓性能，使其在70～140V范圍內(nèi)均可穩(wěn)定工作，適應(yīng)車輛的電壓波動(dòng)。在輸出電路中增加對繼電器的過壓保護(hù)，保證繼電器的正常工作，避免錯(cuò)誤指令的發(fā)生[2]。

3.2 軟件方面

（1）對每一個(gè)輸入信號(hào)增加數(shù)字濾波判斷，例如：對初始輸入信號(hào)狀態(tài)的檢測，若正常工作狀態(tài)是車鉤鎖閉信號(hào)有效為高電平，那么程序會(huì)檢測該輸入信號(hào)200次或更多，來確保這個(gè)輸入信號(hào)的穩(wěn)定，若判斷信號(hào)跟上一次的信號(hào)相同，則計(jì)數(shù)器加一，若不同則計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)完成才認(rèn)為該信號(hào)有效。此數(shù)字濾波可以濾除掉電磁干擾造成不穩(wěn)定的輸入信號(hào)[3]。

（2）程序在邏輯上做了嚴(yán)格的限制，即在執(zhí)行某一動(dòng)作時(shí)，對外來的其他動(dòng)作不做響應(yīng)，直到該動(dòng)作執(zhí)行完成后才能執(zhí)行其他動(dòng)作。例如：執(zhí)行“打開頭罩”動(dòng)作執(zhí)行過程中，若操作旋鈕給出“關(guān)閉頭罩”動(dòng)作指令，該指令將不會(huì)得到執(zhí)行，只有當(dāng)頭罩打開到位（即打開頭罩動(dòng)作執(zhí)行完畢）后才可以執(zhí)行。此限制避免了因短時(shí)間內(nèi)連續(xù)給出不同指令而造成頭罩或車鉤動(dòng)作過程中出現(xiàn)卡滯故障。

（3）程序?qū)λ緳C(jī)不小心做出的誤操作做了判斷及處理，即當(dāng)司機(jī)執(zhí)行了不符合頭罩和車鉤動(dòng)作邏輯的操作時(shí)，設(shè)備會(huì)判斷出故障，并且故障指示燈閃爍。例如：在車鉤伸出到位的情況下，若司機(jī)執(zhí)行了頭罩關(guān)閉操作，則設(shè)備會(huì)關(guān)閉所有輸出，故障指示燈閃爍。

4 結(jié) 論

該頭罩車鉤控制器已經(jīng)在市域軌道車輛上得以成功應(yīng)用，其機(jī)身外形小巧完全適合車輛司機(jī)室緊促的安裝空間，其機(jī)體輕捷緊促完全符合軌道車輛輕量化的設(shè)計(jì)理念，其簡約有序的控制面板設(shè)計(jì)既方便司機(jī)操作又能清晰的指示各種工況狀態(tài)?？刂破髋c車輛采用連接器連接，方便安裝、調(diào)試和檢修維護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙瑩，曲萍萍.電子技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2] 華成英.模擬電子技術(shù)基本教程 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3] 廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) [M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.

作者簡介：楊曉林（1985-），女，漢族，四川眉山人，工程師，畢業(yè)于西南交通大學(xué)，本科，研究方向：軌道車輛系統(tǒng)控制。