電力機車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計

史建飛

(中車大同電力機車有限公司 山西 大同 037038)

目前，我國電力機車的出廠例行試驗和日常維護檢查工作，普遍采用傳統(tǒng)的人工方式進行電力機車調(diào)試，操作者根據(jù)試驗規(guī)程，對電力機車功能進行逐項檢查驗證，作業(yè)人員的經(jīng)驗、技術(shù)水平、責(zé)任心等直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。此種模式造成電力機車測試效率低，檢查數(shù)據(jù)不易收集，數(shù)據(jù)可靠性差，在很大程度上限制了電力機車的調(diào)試效率及故障預(yù)警的準確性。

隨著中國制造2025不斷推進，制造業(yè)轉(zhuǎn)型全面開展，調(diào)試數(shù)字化是電力機車生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率，持續(xù)改進產(chǎn)品質(zhì)量的必然選擇。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要部件包括：數(shù)字化試驗臺、調(diào)試工裝、視頻/圖像采集設(shè)備、移動作業(yè)終端、車間調(diào)試服務(wù)器、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等，各部件負責(zé)功能如下：

(1)數(shù)字化試驗臺：包括稱重試驗臺、列供試驗裝置、重聯(lián)試驗?zāi)M器等試驗裝置，完成試驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)傳輸。

(2)調(diào)試工裝：調(diào)試工裝包括數(shù)字風(fēng)壓表、數(shù)字游標(biāo)卡尺、激光測距裝置、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集板卡，完成機車調(diào)試過程中風(fēng)壓、電信號、尺寸等數(shù)據(jù)的采集及傳輸。

(3)視頻/圖像采集設(shè)備：完成調(diào)試工藝/操作合規(guī)性圖像/視頻信息采集及傳輸。

(4)移動作業(yè)終端：完成調(diào)試系統(tǒng)無線接入，獲取調(diào)試任務(wù)，執(zhí)行調(diào)試作業(yè)并獲取調(diào)試結(jié)果，得出試驗結(jié)論。

(5)車間調(diào)試服務(wù)器：完成調(diào)試數(shù)據(jù)的接收和管理功能，提供調(diào)試數(shù)據(jù)查詢功能。

(6)企業(yè)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器：提供調(diào)試工藝文件編制、調(diào)試人員及調(diào)試設(shè)備管理、調(diào)試任務(wù)發(fā)布、調(diào)試過程管控、調(diào)試結(jié)果管理和分析等功能。

1.2 系統(tǒng)功能

(1)列車調(diào)試工藝規(guī)程實現(xiàn)電子化，根據(jù)工藝過程設(shè)置管控節(jié)點，規(guī)范調(diào)試過程執(zhí)行，加強工藝過程管控。

(2)通過移動終端獲取調(diào)試任務(wù)，調(diào)試人員按照任務(wù)規(guī)定調(diào)試步驟依次執(zhí)行調(diào)試，終端實時獲取并顯示調(diào)試數(shù)據(jù)，自動判斷調(diào)試結(jié)果。

(3)通過數(shù)字化試驗臺，調(diào)試工裝進行調(diào)試動作，并實時讀取調(diào)試結(jié)果，讀取的調(diào)試數(shù)據(jù)包括列車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、繼電器狀態(tài)、電平信號、壓力信號、尺寸檢測數(shù)據(jù)等。

(4)支持調(diào)試結(jié)果自動判斷，調(diào)試數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸至調(diào)試服務(wù)器，調(diào)試服務(wù)器根據(jù)調(diào)試步驟生成結(jié)構(gòu)化調(diào)試數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)及其變量寫入電子化工藝規(guī)程相應(yīng)位置，與預(yù)設(shè)值進行比對，得出試驗結(jié)論。

(5)通過軟件判斷調(diào)試控制指令、動作信號、數(shù)據(jù)檢測等結(jié)果與工藝要求是否一致， 自動形成試驗報告，降低人為填寫錯誤對調(diào)試過程的影響，提升數(shù)據(jù)可靠性。

(6)通過對機車調(diào)試過程數(shù)據(jù)、 調(diào)試結(jié)果數(shù)據(jù)、整改數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘分析，為機車設(shè)計、制造質(zhì)量的改進提供有效數(shù)據(jù)支撐。

2 主要部分的開發(fā)設(shè)計

電力機車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)的功能主要通過軟件實現(xiàn)，其研究任務(wù)的關(guān)鍵在于終端軟件的開發(fā)設(shè)計和數(shù)字化試驗工裝設(shè)備的定制。

2.1 數(shù)字化調(diào)試終端軟件設(shè)計

數(shù)字化調(diào)試終端軟件作為系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)功能包括系統(tǒng)管理、工藝規(guī)程編輯、作業(yè)任務(wù)分配、工藝管理、調(diào)試進度管理、數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)管理以及自動報告功能，軟件框架如附表1所示。

表1 數(shù)字化調(diào)試終端軟件框圖

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

(1)具備按工藝步驟制定試驗規(guī)則(如不允許跳過：即該試驗未完成/不合格，不允許進行下一步) ，支持添加語音、視頻、動畫或圖片等輔助調(diào)試信息。

(2)支持多權(quán)限管理功能：具有管理人員、技術(shù)人員、操作者等不同權(quán)限管理功能。

(3)能夠?qū)ぷ魅蝿?wù)進行分配、工藝規(guī)程進行編輯，對調(diào)試主管工藝師等不同角色人員，實現(xiàn)對車型、人員、工序、設(shè)備、工裝、工具等內(nèi)容增減的調(diào)配。

(4)能夠?qū)ιa(chǎn)進度進行全流程監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括列車調(diào)試作業(yè)進度、作業(yè)位置、作業(yè)人員、作業(yè)時間等。

(5)采用基于多數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份與管理機制，保證在調(diào)試數(shù)據(jù)遞增情況下的數(shù)據(jù)安全， 構(gòu)建鏡像數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行實時的備份存儲，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定訪問與存取。

(6)能夠自動生成試驗報告，能夠?qū)Λ@取的數(shù)據(jù)進行深度分析，包括時間數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)等，并通過條件設(shè)置等方法實現(xiàn)故障預(yù)警。

2.2 數(shù)字化試驗工裝設(shè)備定制

為滿足電力機車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)試自動化要求，調(diào)試設(shè)備必須具備數(shù)字化和無線傳輸功能。本系統(tǒng)包括MVB 監(jiān)測、激光測高、微距測量、受電弓測試、電壓測試、電阻測試、音頻測試、溫度風(fēng)速測試、空氣管路壓力測試等無線采集儀器。

(1)MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集裝置

MVB總線是機車控制信號和反饋信號傳輸?shù)闹饕窂?，通過MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集裝置監(jiān)聽MVB總線可以獲取IO和繼電器狀態(tài)信息，包括操作板鍵、受電弓、主斷、變壓器、制動柜、輔機等多種關(guān)鍵部件的邏輯狀態(tài)和部分部件的模擬狀態(tài)。裝置通過無線傳輸與服務(wù)器連接。

(2)壓力信號采集板卡

直接在制動柜測試端口，通過壓力傳感器采集總風(fēng)、列車、閘缸等壓力值，并計算其變化量，用于空氣壓力相關(guān)試驗項目的數(shù)據(jù)采集及無線傳輸。

(3)機械尺寸測量裝置

通過無線激光測距儀測量車鉤、車感器、電子標(biāo)簽等距軌面參數(shù)，無線激光微距檢測儀進行橫向止擋間隙、垂向止擋間隙等微小空間的尺寸測量。

另外，為了確保作業(yè)人員能夠按照工藝流程進行調(diào)試，增加無線視頻記錄儀，用以記錄作業(yè)流程；同時增加無線圖片記錄儀，對部分無法測量的狀態(tài)以圖片的方式進行記錄。其中：無線MVB 總線采集儀、無線制動壓力測試儀、無線音頻測試儀和無線視頻記錄儀為現(xiàn)場安裝設(shè)備，在調(diào)試作業(yè)之初，將無線MVB 總線采集儀插裝于總線測試口，將無線制動壓力測試儀插裝于壓力測試口，無線音頻測試儀磁吸于駕駛室后墻壁，無線視頻記錄儀夾裝于操作臺上方(視角覆蓋整個操作臺面)。其他儀器為便攜式設(shè)備，由作業(yè)人員攜帶操作。

(4)無線試驗設(shè)備

針對直流電壓，交流電壓，接地電阻，受電弓升降弓拉力、時間等測試項目采用無線直流電壓測試儀、無線交流電壓測試儀、無線接地電阻測試儀、無線受電弓調(diào)試儀，參數(shù)如表2所示。

附表2 無線受電弓調(diào)試儀

3 模擬測試

(1)試驗過程功能測試

操作者登陸移動端后，領(lǐng)取當(dāng)前任務(wù)，開始進行試驗，逐一執(zhí)行規(guī)程，手動(或自動)執(zhí)行試驗步驟，等待結(jié)果反饋，如果需要手動填寫的就手動錄入，并點擊下一規(guī)程，繼續(xù)執(zhí)行。軟件具有自主校驗功能， 每一條規(guī)程執(zhí)行后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及其變量寫入電子化工藝規(guī)程相應(yīng)位置，與預(yù)設(shè)值進行比對，自主校驗并得出試驗結(jié)論。

(2)自動報告功能

當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)將自動生成報告，并提交到系統(tǒng)中，方便用戶查看。后臺根據(jù)已定義好的報告格式生成報告，如果需要下載可以一鍵下載到本地進行查看。報告內(nèi)容包括車輛信息、時間、每一個規(guī)程的結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)值。隨試驗完成，報告實時推送消息給相關(guān)人，第一時間了解試驗的結(jié)果。

(3)數(shù)據(jù)分析功能

可以根據(jù)時間范圍、 車輛、 作業(yè)任務(wù)、 人員等信息進行查詢， 找出符合條件的作業(yè)任務(wù)， 選擇采集數(shù)據(jù)進行曲線繪制， 根據(jù)時間與數(shù)據(jù)的趨勢進行查看分析； 支持從車型、 部件供應(yīng)商、 調(diào)試工具、 調(diào)試作業(yè)人員等多維度統(tǒng)計分析歷史數(shù)據(jù)， 從工藝流程、 調(diào)試工具、 作業(yè)人員、 供應(yīng)商多角度分析產(chǎn)品質(zhì)量改進方向。提供調(diào)試故障自動分析和診斷功能，提供故障解決建議方案。提供故障案例及解決方案錄入功能， 將故障現(xiàn)象和處理方案錄入調(diào)試系統(tǒng)，為調(diào)試工程師解決調(diào)試問題提供技術(shù)指導(dǎo)，降低調(diào)試技術(shù)難度，提高調(diào)試效率和調(diào)試質(zhì)量。通過故障類別、故障要素、分析節(jié)點等要素設(shè)置，實時進行故障預(yù)警。

4 結(jié)束語

電力機車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)提供人機交互的友好接口，為形成人在環(huán)的自動化調(diào)試過程提供了重要保障。

該系統(tǒng)提高了勞動效率，降低了勞動強度，大幅度提高了數(shù)據(jù)可靠性；通過數(shù)據(jù)的挖掘利用，為機車設(shè)計、制造質(zhì)量改進提供了有力支持。□