電力機車智能儀表監(jiān)控裝置的探索與實現(xiàn)

鄭澤雄 王漢東 陳祖宇 梁杰 常金 涂年金

摘 要：為實現(xiàn)電力機車儀表的智能監(jiān)控，代替乘務人員人工觀察和判斷確認。本文介紹的電力機車智能儀表監(jiān)控裝置，通過實時采集電力機車工作時控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風壓力、制動缸壓力等有關(guān)數(shù)據(jù)，建立機車狀態(tài)診斷模型，實現(xiàn)電力機車儀表智能監(jiān)控。該裝置基于機車既有的控制邏輯，加裝方便，可以減少副司機95%以上的儀表確認工作，方便其更好地瞭望前方線路情況，降低行車安全風險，提高安全生產(chǎn)物防、技防水平。

關(guān)鍵詞：電力機車;監(jiān)控;儀表;裝置

中圖分類號：TE938 文獻標識碼：A

0 引言

電力機車上的儀表裝置目前都是數(shù)字或指針顯示的“指示性儀表”，需要乘務員人工觀察、判斷和確認。在機車乘務員值乘作業(yè)過程中，前方瞭望的任務非常繁重，檢查確認儀表的顯示是否正常對乘務員來講是個“負擔”。從安全管理角度，對機車儀表的檢查確認目前完全依靠“人防”，急需增加“物防、技防”等技術(shù)手段[1]。

本文通過實時采集電力機車工作時控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風壓力、制動缸壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)，并建立機車狀態(tài)診斷模型，完成機車操縱指令與功能反饋的采集、機車邏輯監(jiān)視和判斷、機車設備狀態(tài)判斷，實現(xiàn)機車儀表的智能監(jiān)控。從技術(shù)、裝備上改善機車乘務員的值乘工作條件和提高安全生產(chǎn)物防、技防水平，最大限度保障機車擔當任務的安全，研發(fā)“電力機車智能儀表監(jiān)控裝置”很有必要[2]。

1 電力機車儀表監(jiān)控的重要性

機車在運用中，乘務員對機車儀表的觀察、確認主要有蓄電池電壓、接觸網(wǎng)網(wǎng)壓、總風缸壓力、制動缸壓力。當乘務員因值乘精力影響，未觀察到儀表異常波動時，會對乘務員操縱行車干擾，誤判故障現(xiàn)象，造成機車非正常停車等，干擾正常運輸組織[3]。

（1）蓄電池電壓。由于機車控制回路由蓄電池提供電源，在運行過程中機車充電裝置向蓄電池浮充電，保障機車控制回路電源持續(xù)穩(wěn)定工作，實際運用中由于電網(wǎng)波動、蓄電池交流充電開關(guān)性能下降、充電回路電子裝置失效等原因均可能造成運行中機車110 V控制電源不充電現(xiàn)象[4]。

（2）接觸網(wǎng)網(wǎng)壓。機車過分相后閉合主斷需確認接觸網(wǎng)網(wǎng)壓，如果網(wǎng)壓過高或過低均不允許閉合主斷，網(wǎng)壓監(jiān)控輔助功能可提示乘務員防止錯誤操縱[5]。

（3）總風缸壓力。機車總風由主空氣壓縮機控制，由于機車主壓縮機控制開關(guān)設計種類因機車車型、批次不同，在機車轉(zhuǎn)線、換端、過分相、機車待避關(guān)閉頭燈等復雜高強度作業(yè)環(huán)境下，乘務員容易造成遺忘（部分機車不需要操縱）、錯誤斷開主壓縮機控制開關(guān)，造成機車總風風壓持續(xù)下降，不能及時發(fā)現(xiàn)，最終引發(fā)機車故障如：牽引封鎖、自動降弓等。

（4）制動缸壓力。機車制動缸有壓力情況下機車持續(xù)牽引可引起輪對擦傷、遲緩，等嚴重故障或事故隱患。

2 電力機車智能儀表監(jiān)控裝置的探索

為實現(xiàn)電力機車智能儀表監(jiān)控，通過采集和諧型電力機車工作時控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風壓力、制動缸壓力等有關(guān)參數(shù)，研發(fā)機車狀態(tài)診斷模型，確認機車處于安全狀態(tài)，當出現(xiàn)超限情況時及時預警，具有以下功能：1）與操縱機車相應程序相關(guān)的邏輯監(jiān)視功能。2）當發(fā)生儀表指示與操作不相一致時，啟動智能提示。電力機車智能儀表監(jiān)控裝置主要采用的設備包括：攝像頭、司機盹睡識別裝置、主機、顯示燈、語音揚聲器、蓄電池電壓采集裝置。裝置結(jié)構(gòu)組成如圖1：

3 電力機車智能儀表監(jiān)控裝置主要功能

電力機車智能儀表監(jiān)控裝置可以實時采集電力機車工作時控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風壓力、制動缸壓力等有關(guān)參數(shù)，具有數(shù)據(jù)采集、邏輯監(jiān)視及智能語音提示等功能。

（1）連接蓄電池電壓采集和分析。通過以太網(wǎng)接口，實時采集蓄電池網(wǎng)壓數(shù)據(jù)，進行蓄電池電壓分析判斷。如果監(jiān)測到蓄電池電壓在95.5 V以下，則監(jiān)控裝置進行蓄電池饋電報警提示;在機車有交流電壓情況下時，延時40 s判斷充電電壓是否達到105 V，如果沒達到指定閾值，則進行蓄電池充電電壓異常報警提示。

（2）接觸網(wǎng)網(wǎng)壓采集和分析。采集機車原邊電壓數(shù)值，根據(jù)數(shù)值是否在合理的范圍區(qū)間內(nèi)，判斷接觸網(wǎng)網(wǎng)壓或主變壓器原邊電壓是否存在異常。機車在受電弓升起且處于非過分相狀態(tài)時，如果監(jiān)測到網(wǎng)壓低于17.5 kV且持續(xù)時間大于2 s則監(jiān)控裝置進行網(wǎng)壓偏低報警提示。

（3）總風缸壓力采集和分析。采集機車總風缸壓力反饋數(shù)值，根據(jù)數(shù)值是否在合理的范圍區(qū)間內(nèi)，判斷機車總風壓力是否存在異常。如果監(jiān)測到總風缸壓力在700 kPa以下時則監(jiān)控裝置進行總風缸壓力低報警提示。

（4）制動缸壓力采集和分析。采集監(jiān)測機車控制風缸壓力判斷結(jié)果，判斷機車控制風缸壓力是否不足。小閘在運轉(zhuǎn)位且機車處于空電聯(lián)合投入情況下，機車速度大于3 km/h、制動缸壓力大于40 kPa時監(jiān)控裝置進行制動缸壓力異常報警提示。

（5）結(jié)果提示。設置判斷結(jié)果等級，分3級，正常、中等風險、高風險，通過語音揚聲器和顯示燈進行提示。語音播報默認2次，播報次數(shù)可以調(diào)整和設置。如果判斷結(jié)果為高風險等級，則顯示燈狀態(tài)顯示為對應燈色;如果判斷結(jié)果為中風險等級，則顯示燈狀態(tài)顯示為對應燈色;如果判斷結(jié)果為低風險等級，則顯示燈狀態(tài)顯示為對應燈色;顯示燈常亮，直到報警消失。

（6）數(shù)據(jù)記錄存儲。邏輯判斷結(jié)果采用二進制數(shù)據(jù)進行記錄保存，記錄保存的信息包括車型、車號、時間（精確到秒）、判斷結(jié)果代碼、判斷結(jié)果等級、與判斷結(jié)果相關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)保存可以按天進行記錄存儲，剩余存儲容量不足時，先進先出，刪除最舊的數(shù)據(jù)文件[7]。存儲的記錄數(shù)據(jù)，可以人工采用筆記本電腦進行下載、分析。

（7）可靠性及安全性。電力機車智能儀表監(jiān)控裝置遵守機車既有網(wǎng)絡控制系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議和規(guī)范標準，具備高可靠性和高安全性。另外，該裝置只采集機車網(wǎng)絡指定端口數(shù)據(jù)，不改變機車原有通信狀態(tài)，只進行實時監(jiān)控提示不參與控車，安全性高。電力機車智能儀表監(jiān)控裝置采集的數(shù)據(jù)都進行了通信狀態(tài)判斷和數(shù)據(jù)包校驗，數(shù)據(jù)有效可靠。

4 電力機車智能儀表監(jiān)控裝置研發(fā)的思考

根據(jù)裝車運行情況，對機車乘務員、專業(yè)技術(shù)人員的現(xiàn)場溝通，增加了機車安全風險識別功能，包括機車邏輯判斷、機車安全風險識別、司機狀態(tài)識別等功能，通過MVB網(wǎng)絡協(xié)議，對CCU系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時采集、分析，主要包括CCU通信狀態(tài)監(jiān)測、TCU通信狀態(tài)監(jiān)測、BCU通信狀態(tài)監(jiān)測、機車邏輯判斷項點分析、機車安全風險識別項點分析[6]。主要項點如表1、表2所示。

5 結(jié)語

電力機車智能儀表監(jiān)控裝置2021年4月在襄陽機務段HXD1-1441機車上裝車運用考核，將機車儀表的觀察、確認工作由“人防”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔锓?、技防”技術(shù)手段來實現(xiàn)，可降低機車乘務員不斷觀察、確認儀表數(shù)據(jù)而形成的疲勞程度，改善機車乘務員值乘工作條件，方便其更好地瞭望前方線路情況，降低行車安全風險，提高安全生產(chǎn)物防、技防水平。

參考文獻：

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[7]ZHANG Hong-wei.Online Monitoring System of the Mine Main Fan[C].Switzerland：Trans Tech Publications，2013.