城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置研制

摘 要：城軌車輛調(diào)試是車輛出廠前的重要工序，目前傳統(tǒng)的試驗(yàn)方式如加壓、短接、接地能操作方式由于存在安全隱患、操作繁瑣等問題，已經(jīng)不能滿足調(diào)試的需求。城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置主要用于整列調(diào)試中列車控制指令的實(shí)時(shí)采集、信號(hào)處理、編碼輸出、在線控制、模擬指令發(fā)送及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，具備多種信號(hào)制式的采集和處理能力。該裝置可替代傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，有效的保障了車輛調(diào)試過程的安全性與可控性，并具備一定的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：城軌車輛;控制指令;試驗(yàn)裝置

1 研究背景

城軌車輛作業(yè)時(shí)保證動(dòng)車組牽引、制動(dòng)、旅服等功能的重要工序。調(diào)試工序中任何微小的異常與故障都可能對(duì)列車運(yùn)行安全造成巨大的影響。

城軌車輛調(diào)試過程中需多次對(duì)線路進(jìn)行加壓、短接、接地等操作，從而達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。但操作過程中存在安全隱患、操作繁瑣等問題，為解決這些問題，本文對(duì)城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置進(jìn)行研制，從而到達(dá)解決這些問題的效果。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

基于任務(wù)的控制指令試驗(yàn)器，是數(shù)字化調(diào)試線配套使用的重要測(cè)試裝備，主要用于整列調(diào)試中列車控制指令的實(shí)時(shí)采集、信號(hào)處理、編碼輸出、在線控制、模擬指令發(fā)送及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，須具備多種信號(hào)制式的采集和處理能力。是采用輕量化、智能化設(shè)計(jì)的列車控制指令采集、監(jiān)控和處理裝置。

城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置作為控制指令信號(hào)采集、處理、輸出和通信的中樞單元，下位機(jī)由控制箱和試驗(yàn)箱組成。控制箱采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱結(jié)構(gòu)，各功能模塊采用插接件形式從機(jī)箱前部裝載在機(jī)箱內(nèi)部，主要部件包括控制模塊、采樣模塊、通訊模塊及電源模塊;試驗(yàn)箱由繞線盒和端子盒組成。上位機(jī)由配套移動(dòng)操作終端構(gòu)成。

試驗(yàn)器主要由下位機(jī)（含電源模塊、信號(hào)采集模塊、控制模塊、通訊模塊、背部鏈接通訊單元）和上位機(jī)組成，設(shè)計(jì)滿足7×24h連續(xù)工作要求。如圖1所示

城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置具備以下功能：數(shù)據(jù)采集：城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置下位機(jī)可實(shí)時(shí)采集城軌車輛主要控制指令信息，并自動(dòng)將采集到的指令信息狀態(tài)編碼組幀。數(shù)據(jù)發(fā)送：城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置下位機(jī)可將采集到的控制指令數(shù)據(jù)通過有線通訊或WIFI無線通訊實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)可通過有線通訊或WIFI無線通訊與自動(dòng)化調(diào)試系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行任務(wù)交互或數(shù)據(jù)交互。遠(yuǎn)程控制：自動(dòng)化調(diào)試系統(tǒng)服務(wù)器可直接控制城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置向城軌車輛發(fā)出模擬控制指令以完成遠(yuǎn)程試驗(yàn)控制功能。故障提示：當(dāng)城軌車輛控制指令試驗(yàn)裝置發(fā)生故障時(shí)，可通過上位機(jī)人機(jī)界面及下位機(jī)相關(guān)故障指示燈提示故障信息。

3 主要部件功能介紹

3.1門控制箱

控制箱采用高度為3U鋁機(jī)箱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在緊湊的前提下充分考慮散熱措施。各功能模塊采用插接件形式從機(jī)箱前部裝載在機(jī)箱內(nèi)。

控制箱設(shè)備外箱選用鋁合金定制加工的高強(qiáng)度專用箱，箱體側(cè)面提手可方便平時(shí)搬運(yùn)設(shè)備。設(shè)備存放箱采用鋁合金高強(qiáng)度設(shè)備箱?？刂葡錂C(jī)箱后側(cè)面設(shè)置QE連接器插座作為信號(hào)接口。

控制模塊、采樣模塊、通訊模塊及電源模塊等設(shè)置為刀片式插接電路板，機(jī)箱后部設(shè)置連接各模塊電路板的母板，鋁合金箱體內(nèi)壁設(shè)置便于電路板插入的整體式滑軌。各插接電路板均設(shè)置螺絲固定口，插入機(jī)箱后可牢靠固定?？刂葡錂C(jī)箱后側(cè)面設(shè)置可拆卸接地線，接地線長(zhǎng)度3.5m，端部設(shè)置鱷魚夾用于與車體接地點(diǎn)連接;

電源指示燈、以太網(wǎng)接口、RS232/485通訊端口、故障指示燈、WIFI天線設(shè)置在機(jī)箱前面板處，開關(guān)、保險(xiǎn)絲等設(shè)置在機(jī)箱后面板處。前述各部件均勻布置，美觀，安裝牢靠，便于使用，前面板處的各電路接口設(shè)置防塵堵。

通訊模塊設(shè)置滿足使用需求的無線路由器，用于連接上位機(jī)。通訊模塊將CAN總線傳輸?shù)目刂颇K數(shù)據(jù)通過有線通訊或WIFI網(wǎng)絡(luò)以TCP/IP協(xié)議方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，同時(shí)將接收到的上位機(jī)指令轉(zhuǎn)化后由CAN總線輸送至控制模塊。

通訊模塊包括RJ45以太網(wǎng)接口和WIFI無線接口。RJ45以太網(wǎng)接口須預(yù)留在刀片式插接電路板前面板處;WIFI無線接口需支持串口透明傳輸，符合FCC認(rèn)證，支持IEEE 802.11b/g/n協(xié)議，支持WEP64/128、WPA/WPA2 PSK數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)。通過WIFI無線接口與網(wǎng)絡(luò)交互，線路上的數(shù)據(jù)延遲小于100mS。

通訊模塊支持無線路由功能，支持下位機(jī)與上位機(jī)組成局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

3.2 試驗(yàn)箱

繞線盒：（1）繞線盒采用鋁制外殼，結(jié)構(gòu)牢固，外形美觀。（2）繞線盒內(nèi)的輸出電纜分為4組，每組電纜通過自動(dòng)收線器盤在繞線盒內(nèi)，使用時(shí)操作人員按需拉出一定長(zhǎng)度的電纜，線束能自動(dòng)鎖止定位，收線時(shí)操作人員只需拉下線纜端部，線束能夠自動(dòng)收縮歸位。（3）繞線盒上內(nèi)置25個(gè)測(cè)試通道。其中10個(gè)通道配置成強(qiáng)制加壓功能，占用5條信號(hào)線。5個(gè)通道設(shè)置為強(qiáng)制接地功能，占用5條信號(hào)線。10個(gè)通道設(shè)置為強(qiáng)制導(dǎo)通功能，占用10條線。同時(shí)測(cè)試通道具備可調(diào)功能。（4）每條信號(hào)線纜長(zhǎng)度不少于5m，信號(hào)線纜加壓、接地或?qū)ǘ诵栌脴?biāo)準(zhǔn)端子，然后通過標(biāo)準(zhǔn)端子與其他端子進(jìn)行組合，方便拆下和替換。

3.3上位機(jī)

上位機(jī)顯示及功能須滿足下列要求：

1）上位機(jī)可以監(jiān)測(cè)下位機(jī)所有通道的狀態(tài)，在本地控制模式下可以控制下位機(jī)所有通道的輸出狀態(tài);

2）上位機(jī)可從自動(dòng)化調(diào)試系統(tǒng)服務(wù)器下載專項(xiàng)試驗(yàn)任務(wù)模板，并能夠根據(jù)模板要求獨(dú)立（不依靠自動(dòng)化調(diào)試系統(tǒng)服務(wù)器）完成試驗(yàn)，并能夠通過有線通訊或WIFI無線通訊將試驗(yàn)結(jié)果及中間過程數(shù)據(jù)上傳至自動(dòng)化調(diào)試系統(tǒng)服務(wù)器;

3）應(yīng)用程序能夠在一個(gè)屏幕上清晰顯示所有通道的狀態(tài)并可以通過觸摸屏控制;

4）應(yīng)用程序有良好的人機(jī)交互功能，方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員掌握所有下位機(jī)狀態(tài)。

4系統(tǒng)應(yīng)用與總結(jié)

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于城軌車輛調(diào)試作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了調(diào)試過程中的列車控制指令實(shí)時(shí)采集、處理、在線控制及模擬指令發(fā)送，極大的提高了施工人員的試驗(yàn)效率，并有效的保障了車輛調(diào)試過程的安全性與可控性。

參考文獻(xiàn)：

[1]凌征忠. 數(shù)字化變電站系統(tǒng)和儀器調(diào)試方法研究[D]. 廣東工業(yè)大學(xué)， 2018

[2]沈華波. 車載貫通指令試驗(yàn)技術(shù)研究[D].青島大學(xué)，2018

作者簡(jiǎn)介：

王朝（1990-），性別男，民族漢，籍貫：甘肅省定西市，工程師，學(xué)歷：碩士，單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，研究方向：城軌車輛調(diào)試技術(shù)設(shè)計(jì)