集便裝置車載監(jiān)測儀研究

馮其林

（中國鐵路南寧局集團有限公司 南寧車輛段，高級工程師，廣西 南寧 530001）

為進一步提升客運服務(wù)品質(zhì)，改善旅客出行體驗，按照中國鐵路總公司貫徹落實“廁所革命”的統(tǒng)一部署和“客運提質(zhì)”工作要求，至2025年所有旅客列車全部實現(xiàn)集便化，目前全路配屬的鐵路客車絕大部分均安裝有集便裝置，但在集便裝置運用過程中，發(fā)現(xiàn)其由于使用頻次較高，集便裝置運行過程中故障高發(fā)，但部分問題在客車回庫后不能再次體現(xiàn)，從而無法判定故障準確位置，導致檢修時對故障處理不全面從而造成集便裝置同個運行故障反復出現(xiàn)，研究集便裝置的車載監(jiān)測可準確提供運行過程中各類故障及參數(shù)，確保集便裝置精準維修，杜絕質(zhì)量隱患帶病出庫。

1 研究現(xiàn)狀

目前全國各個客車運用及檢修單位對集便器在運用過程中的狀態(tài)沒有一套方便高效的檢測方法和設(shè)備，對集便裝置的運用性能狀態(tài)均是現(xiàn)車反饋的故障現(xiàn)象進行確認和處理，但往往客車集便裝置較多故障現(xiàn)象間斷性發(fā)生，如果不進行實時監(jiān)測就會導致故障遺漏致使處理不徹底，引發(fā)集便裝置運用故障高發(fā)，影響旅客乘車體驗。同時全路范圍內(nèi)也沒有集便裝置運用過程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時比對監(jiān)測的設(shè)備，對一些影響集便器使用性能的參數(shù)不能及時得到修正，從而導致后期使用過程中出現(xiàn)故障，影響使用。

2 主要研究技術(shù)

2.1 實時數(shù)據(jù)采集顯示

當集便裝置運行時整個運行過程中的數(shù)據(jù)就會立即采集到工控機進行顯示，集便裝置任何工況、功能均能準時、準確的將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集，同時對集便裝置的系統(tǒng)工作狀態(tài)進行實時反饋，包括其進行沖水動作及抽真空試驗時等都可進行監(jiān)控，并實時顯示出來。并對采集的數(shù)據(jù)進行實時的計算、分析、比較、判斷，實現(xiàn)電子定壓，對設(shè)定壓力進行預(yù)判，壓力采集分辨率不大于誤差值為0.5%。

2.2 模擬故障測試功能

通過下達指令模擬低真空、超時、液滿、80%等故障信號，將信號傳輸?shù)郊阊b置控制器，對集便裝置系統(tǒng)故障后是否能夠啟動相應(yīng)的保護作用進行測試，避免了一些保護功能由于不能模擬故障導致不能測試的問題，同時對集便裝置控制器的故障信號采集動作情況也可進行深度測試。

2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)比對記錄

集便裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)與廠家設(shè)計數(shù)據(jù)進行比對，從而判斷出使用中集便器和修復后集便器的技術(shù)指標及修復質(zhì)量，同時監(jiān)測儀具備監(jiān)測數(shù)據(jù)修改功能，按照不同廠家規(guī)格型號的集便器參數(shù)要求進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，達到鐵路客車集便裝置所有型號的監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，通過數(shù)據(jù)比對后的差異判斷集便器的性能良好情況，避免部分性能不良的集便器在運行過程中故障影響旅客使用。

3 主要設(shè)計模塊

3.1 集便系統(tǒng)電路數(shù)據(jù)采集設(shè)計

通過工控機接收集便裝置系統(tǒng)電路信號，利用計算機編程實現(xiàn)對電路信號進行采集分析，準確判斷集便器各電氣配件的工作狀態(tài)，并進行相應(yīng)時間記錄，監(jiān)測儀工控機安裝在客車乘務(wù)室內(nèi)或集便器控制箱上對使用中的集便器進行監(jiān)測，工控機接線在集便控制器上端，集便裝置車載監(jiān)測儀系統(tǒng)電路圖如圖1所示，其中BQ144為沖洗按鈕輸入信號、BQ142為沖水動作輸入信號、BQ143為真空電磁閥動作輸入信號、BQ141為排污閥關(guān)閉輸入信號、BQ140為排污閥打開輸入信號、BQ145為低真空時輸入號、BQ146為80%時輸入信號、BQ147為100%時輸入信號、BQ133為空箱時輸入信號。

圖1 集便裝置車載監(jiān)測儀系統(tǒng)電路圖

3.2 集便系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)采集設(shè)計

集便裝置工作狀態(tài)的主要壓力指標有兩個，通過兩個監(jiān)測儀傳感器采集顯示，具體接線如圖2、圖3所示，其中壓力傳感器負責采集集便裝置工作主要驅(qū)動動力的氣源壓力指標，把壓力傳感器安裝在汽水分離器OUT口外面并固定好，壓力傳感器正線接在線排2號24V+，負線接在6號24V-，信號線為0～10V輸出信號接在工控機AD01線座。壓力傳感器監(jiān)測集便裝置氣路控制系統(tǒng)的壓力值，輸出4～20mA的電流信號到工控機，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，為監(jiān)測儀過程控制及監(jiān)測結(jié)果判斷提供氣路系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。另真空傳感器負責采集集便系統(tǒng)工作狀態(tài)反饋的真空度指標，為了實時采集分析集便系統(tǒng)的壓力，把真空傳感器安裝在原真空表位置，真空傳感器正線接在線排3號24V+，負線接在6號24V-，信號線為0～10V輸出信號接在工控機AD03線座。真空傳感器監(jiān)測集便裝置真空發(fā)生器抽取污物箱的真空值，輸出4～20mA的電流信號到工控機，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，為監(jiān)測儀過程控制及監(jiān)測結(jié)果判斷提供真空值數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖2 壓力傳感器接線圖

圖3 真空傳感器接線圖

3.3 采集監(jiān)測數(shù)據(jù)分析設(shè)計

集便裝置車載監(jiān)測儀通過對集便裝置電氣線路電壓電流判斷電氣元件動作情況，通過加裝的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)工作情況，通過軟件編程處理，以數(shù)值計算的方式對信號進行采集、變換、估計與識別等加工處理，從而達到提取集便裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，通過預(yù)先設(shè)定的參數(shù)判斷系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，達到集便裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)實時分析的目的。

4 監(jiān)測儀功能實現(xiàn)

4.1 集便裝置系統(tǒng)監(jiān)控

集便裝置車載監(jiān)測儀需要對系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控顯示，可直觀顯示集便裝置主要的系統(tǒng)動作狀態(tài)，包括沖洗、沖水、抽真空、排污閥打開、排污閥關(guān)閉、保壓、低真空故障都可進行監(jiān)控并實時顯示出來，便于檢修作業(yè)者實時了解集便裝系統(tǒng)運行情況，及時對不良狀態(tài)進行修復處理。壓力值和真空壓力值可直觀的在顯示屏上顯示，采用0～10V模擬量輸入，通過轉(zhuǎn)換公式提升顯示精確度，誤差值為0.005。集便裝置監(jiān)測系統(tǒng)界面主要項點如圖4所示。

圖4 集便裝置車載監(jiān)測儀實時監(jiān)測界面

4.2 集便裝置功能監(jiān)控及報警值設(shè)定

對集便裝置的主要功能參數(shù)進行監(jiān)控并設(shè)定報警值：沖洗時長，對集便器沖洗動作進行計時，沖洗過程6s；抽真空時長，對集便器抽真空進行監(jiān)控，對超時進行低真空報警，對抽真空過短的也進行報警，可手動設(shè)置報警值，設(shè)定值為120s以內(nèi)；保壓時長，對真空發(fā)生器停止抽真空進行保壓時計時；真空漏泄量，對保壓后的真空度進行監(jiān)控，12min內(nèi)漏泄量大于≤3kPa時進行報警；檢漏值設(shè)定，保壓狀態(tài)下漏泄量≤設(shè)置好的數(shù)值，此時進行報警；漏泄報警設(shè)定，由于真空開關(guān)采用機械感應(yīng)動作式，每個集便器真空開關(guān)動作值都有少許誤差，可通過此設(shè)置設(shè)定從某個壓力值開始監(jiān)測泄露；高壓報警設(shè)定，真空開關(guān)行程為-26kPa至-30kPa，超過-30kPa后進行報警。

4.3 集便裝置故障顯示

實時監(jiān)測集便裝置系統(tǒng)參數(shù)，通過設(shè)定數(shù)據(jù)比對判斷集便裝置功能狀態(tài)，顯示當前故障，可顯示風源壓力低于350kPa的風源故障、12min內(nèi)真空上升3kPa的真空不保壓故障、低真空報警、抽真空時間過短、真空壓力過高等集便裝置系統(tǒng)發(fā)生過故障。

4.4 集便裝置故障模擬

通過操作顯示屏系統(tǒng)故障檢測界面，如圖5所示，通過觸摸系統(tǒng)故障模擬檢測的80%試驗、箱滿試驗，超時試驗、低真空試驗?zāi)M故障檢測集便裝置功能情況，同時通過系統(tǒng)功能試驗可將集便裝置沖洗、沖水、抽真空、排污閥開閉進行試驗，達到對集便裝置主要功能進行全面測試的目的。

圖5 集便裝置車載監(jiān)測儀故障模擬及功能試驗界面

4.5 監(jiān)測儀數(shù)據(jù)管理

監(jiān)測儀可對集便器每一次抽真空動作進行記錄，通過最近歷史數(shù)據(jù)可快速發(fā)現(xiàn)集便器抽真空保壓系統(tǒng)存在的問題。對每一次故障報警進行記錄，同時在PLC內(nèi)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，通過U盤下載的數(shù)據(jù)信息，可在電腦上通過HMI數(shù)據(jù)庫瀏覽器查看該車的報警數(shù)據(jù)進行分析，同時通過EXCEL工作表可查閱集便裝置監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)，輔助分析故障具體原因。

5 結(jié)論

集便裝置車載監(jiān)測儀的研究能夠進一步完善集便裝置途中偶發(fā)性故障記錄并在庫內(nèi)進行及時解決避免帶病出庫，同時對集便裝置的運行參數(shù)進行實時采集也可以讓維修保養(yǎng)部門掌握集便裝置的性能狀況，便于實時進行維護調(diào)整，減少在運用過程中出現(xiàn)故障的機率，提高旅客列車集便器的故障修復率以及設(shè)施的完好率，實現(xiàn)對鐵路客車集便裝置進行車載監(jiān)測的目標。