一種基于C#語言的地鐵客室車門系統(tǒng)檢修軟件設(shè)計(jì)

胡繼珍 鞏文東 鞏長義 劉 錚

(1.IFE-威奧軌道車輛門系統(tǒng)(青島)有限公司工程部 山東 青島 266108；2.山東職業(yè)學(xué)院城市軌道學(xué)院 山東 濟(jì)南 250304；3.青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司車輛部 山東 青島 266061)

0 引言

當(dāng)前地鐵車輛的檢修以定期檢修為主，檢查和檢修相結(jié)合的綜合檢修制度，即計(jì)劃性檢修制度[1]。在地鐵車輛的雙周檢、三月檢、年檢規(guī)程中，檢修內(nèi)容包括客室門功能檢測和相關(guān)信號的狀態(tài)檢測，當(dāng)前的檢修方法為人工檢查，檢修人員按照檢修作業(yè)內(nèi)容表逐項(xiàng)檢查并記錄，并將表格存檔。本文設(shè)計(jì)的客室門系統(tǒng)檢修軟件可方便用于雙周檢、三月檢、年檢過程中對客室車門系統(tǒng)的檢查，替代部分人工作業(yè)，提高客室車門檢修的效率和準(zhǔn)確度。

1 客室車門控制原理及檢修作業(yè)要求

青島某地鐵客室車門系統(tǒng)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、門扇、緊急解鎖裝置、車門功能切除裝置(隔離裝置)、門控器等組成。車門控制原理如圖1所示。門控器是車門系統(tǒng)的控制中心，主要功能是接收列車指令、控制車門動(dòng)作、監(jiān)控車門狀態(tài)、安全防護(hù)、聲光報(bào)警等。當(dāng)滿足開門條件時(shí)，軟件激活安全繼電器(SR)并發(fā)出解鎖信號，此后電機(jī)驅(qū)動(dòng)門扇打開[2]。

圖1 車門系統(tǒng)的控制原理

地鐵車輛檢修規(guī)程中規(guī)定了客室門檢修作業(yè)內(nèi)容[3]，包括：檢查客室門開關(guān)門功能及動(dòng)作狀況；檢查客室門指示燈、蜂鳴器功能；檢查車門外觀，包括門頁、門玻璃、緊急手柄；檢查車門緊固件和車門止擋；檢查手動(dòng)開關(guān)門功能；檢查自動(dòng)開關(guān)門功能；檢查障礙物探測功能；檢查緊急解鎖裝置功能；檢查門切除裝置功能；檢查門開關(guān)時(shí)間；檢查開門止擋；檢查V型尺寸等。

來自列車的控制指令包括集控開門信號、集控關(guān)門信號、零速信號、使能信號；車門區(qū)域的信號包括維護(hù)按鈕、關(guān)閉限位開關(guān)、切除裝置限位開關(guān)、緊急裝置限位開關(guān)、編碼信號、指示燈、蜂鳴器、解鎖信號等；上述信號均為DC110 V數(shù)字信號。安全繼電器SR激活信號和狀態(tài)反饋信號為門控器內(nèi)部數(shù)字信號；電機(jī)信號為0～72 V模擬信號；MVB/CAN/RS232為門控器的網(wǎng)絡(luò)通信信號。門控器程序具備數(shù)據(jù)采樣功能，以上所述信號均可存儲在門控器內(nèi)部，并可通過RS232調(diào)試端口發(fā)送出去。

客室門檢修作業(yè)內(nèi)容除了外觀檢查等需要目視的檢查外，其他跟車門控制功能相關(guān)的內(nèi)容均可通過檢修軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測。

2 車門檢修軟件通信協(xié)議設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的檢修軟件，通過門控器的RS232調(diào)試端口，發(fā)送指令讀取車門的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車門功能和信號狀態(tài)的檢查。可給門控器發(fā)送開門指令和關(guān)門指令，控制車門的打開和關(guān)閉，方便車門的檢修作業(yè)。

需要讀取的數(shù)據(jù)包括門控器輸入輸出端口數(shù)據(jù)、日期時(shí)間數(shù)據(jù)、電機(jī)電流數(shù)據(jù)、MVB/CAN網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)等，車門數(shù)據(jù)只需要在檢修時(shí)通過RS232端口發(fā)出，其他時(shí)間不需要發(fā)送。檢修軟件和門控器之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議設(shè)計(jì)為請求幀和應(yīng)答幀，門控器收到請求幀時(shí)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.1 請求數(shù)據(jù)幀

請求數(shù)據(jù)幀格式如下，請求數(shù)據(jù)幀由幀頭、功能碼、校驗(yàn)和、幀尾組成(見圖2)。

幀頭功能碼校驗(yàn)和幀尾

檢修軟件根據(jù)不同的功能定義了不同的功能碼，組成不同的請求數(shù)據(jù)幀。門控器收到請求數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)功能碼返回相應(yīng)的車門數(shù)據(jù)。功能碼定義如表1所示。

表1 請求幀數(shù)據(jù)格式定義

2.2 門控器數(shù)據(jù)幀

門控器收到請求故障歷史數(shù)據(jù)的指令后，以文本形式逐條輸出內(nèi)存中記錄的所有故障信息。每條信息包括故障代碼、故障狀態(tài)、產(chǎn)生時(shí)間等，門控器最多記錄500條故障信息。故障信息數(shù)據(jù)格式如圖3所示。門控器發(fā)出一次故障歷史數(shù)據(jù)清單，不需要周期性循環(huán)發(fā)出。

圖3 從門控器獲取的故障信息

門控器收到開關(guān)門測試數(shù)據(jù)、電機(jī)曲線數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的請求幀后，解析出數(shù)據(jù)幀中的功能碼，再根據(jù)功能碼將對應(yīng)的車門數(shù)據(jù)封裝成車門數(shù)據(jù)幀，并周期性地發(fā)出。車門數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)格式如圖4所示，其格式定義如表2所示。

幀頭功能碼數(shù)據(jù)1…數(shù)據(jù)N長度N校驗(yàn)和幀尾

表2 門控器數(shù)據(jù)幀格式定義

3 車門檢修軟件功能設(shè)計(jì)

車門檢修軟件設(shè)計(jì)以Visual Studio 2015為基礎(chǔ),采用C#語言編制，并結(jié)合Access數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解析和存儲。

門控器串口通信參數(shù)如下：波特率為9 600、數(shù)據(jù)位為8、停止位為1、無校驗(yàn)。檢修軟件自動(dòng)識別電腦的串口號，并將串口參數(shù)設(shè)置為跟門控器串口參數(shù)一致。軟件功能分頁面顯示，包括5個(gè)頁面。

3.1 診斷歷史記錄

界面上的“讀取HDS”按鈕可以一鍵式讀取門控器內(nèi)部的歷史故障數(shù)據(jù)，讀取后將故障數(shù)據(jù)以列表的形式顯示。

門控器返回的故障信息不包含故障的名稱、優(yōu)先級、功能級別信息，這些信息存儲在配置文件中。檢修軟件啟動(dòng)時(shí)讀取配置文件的內(nèi)容，將配置文件中的故障信息存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。

操作界面上的“讀取HDS”按鍵后，檢修軟件發(fā)出故障歷史數(shù)據(jù)請求幀，門控器接收到請求后將所有故障信息發(fā)給檢修軟件，檢修軟件將收到的故障信息存儲為文件，所有故障數(shù)據(jù)存儲完畢后，再從文件中逐行讀取故障信息，并解析其中的故障代碼、故障狀態(tài)、故障時(shí)間，再以故障代碼為查詢條件，從內(nèi)存中查詢出故障的名稱、優(yōu)先級、功能級別，再將故障信息存儲到Access數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表單。故障信息解析完成后再將Access數(shù)據(jù)表單以表格的形式顯示出來。表格中除了顯示故障詳細(xì)信息外，還可根據(jù)故障的優(yōu)先級別顯示為不同顏色，A類故障顯示為紅色，B類故障顯示為黃色，用以提醒檢修人員當(dāng)前車門是否發(fā)生過嚴(yán)重故障。檢修軟件可將讀取的故障歷史信息數(shù)據(jù)保存為報(bào)告文件。圖5為讀取到的車門故障歷史信息實(shí)例。圖6為讀取故障歷史記錄的程序流程。

圖5 讀取的車門故障歷史記錄

圖6 讀取故障歷史記錄流程

3.2 開關(guān)門過程測試

(1)實(shí)時(shí)顯示車門信號模式

進(jìn)入開關(guān)門測試頁面即自動(dòng)讀取車門信號的實(shí)時(shí)狀態(tài)，“開門按鈕”可控制車門打開，“關(guān)門按鈕”可控制車門關(guān)閉。

“開關(guān)門測試1”頁面可實(shí)時(shí)顯示車門信號的狀態(tài)。“開關(guān)門測試2”頁面顯示車門打開時(shí)間、車門關(guān)閉時(shí)間、車門開度、內(nèi)部安全繼電器的激活時(shí)間和復(fù)位時(shí)間，車門區(qū)域紅色指示燈和白色指示燈的狀態(tài)，以及動(dòng)態(tài)顯示車門的實(shí)際打開位置。顯示效果如圖7所示。

圖7 開關(guān)門測試頁面

(2)車門狀態(tài)檢修模式

車門狀態(tài)檢修功能可用于檢查車門的工作狀態(tài)。檢修之前車門處于關(guān)閉狀態(tài)，點(diǎn)擊“開始測試”按鈕，車門自動(dòng)打開，開門到位停止2 s后，再自動(dòng)關(guān)閉。車門打開關(guān)閉一次循環(huán)過程中，門控器將采集到的輸入輸出信號狀態(tài)發(fā)給檢修軟件，檢修軟件收到輸入輸出信號狀態(tài)后將其顯示到界面上；信號觸發(fā)后界面上對應(yīng)的圖標(biāo)保持為綠色狀態(tài)，即使信號復(fù)位，信號圖標(biāo)仍然保持為綠色狀態(tài)，可方便檢修人員判斷哪個(gè)信號無法觸發(fā)；有些信號在開關(guān)門過程中不會觸發(fā)，如緊急裝置限位開關(guān)、隔離裝置限位開關(guān)、服務(wù)按鈕燈，這些信號需要單獨(dú)手動(dòng)操作以激活限位開關(guān)，限位開關(guān)成功觸發(fā)后，對應(yīng)圖標(biāo)顯示為綠色。開門過程中門控器程序計(jì)算車門的打開時(shí)間、安全繼電器的激活時(shí)間、車門的實(shí)際開度；關(guān)門過程中門控器程序計(jì)算車門的關(guān)閉時(shí)間、安全繼電器的復(fù)位時(shí)間。如果開門時(shí)間為2.5～5 s,車門開度為1 250～1 450 mm，則程序判斷為開門過程正常；如果關(guān)門時(shí)間為2.5～5 s,車門開度為零，則程序判斷為關(guān)門過程正常；測試過程中界面右側(cè)的文本框顯示檢查結(jié)果，并可將測試結(jié)果保存為報(bào)告。測試實(shí)例如圖8所示。檢修流程如圖9所示。

圖8 車門狀態(tài)檢修

圖9 車門狀態(tài)檢修流程

3.3 電機(jī)檢查

電機(jī)是車門控制系統(tǒng)的重要部件，車門的打開和關(guān)閉過程是由門控器驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成的，因此檢修時(shí)有必要對電機(jī)的功能進(jìn)行檢測。在不同的車門開度，電機(jī)的電流值是不同的。對電機(jī)電流的檢查主要是檢測電流曲線的形狀是否和基準(zhǔn)參考電流一致，以及電流波形是否流暢。對于電流波形與基準(zhǔn)電流差別比較大，或電流波形有毛刺的電機(jī)，需要更換為新電機(jī)。

開門過程和關(guān)門過程的電機(jī)曲線如圖10所示。

圖10 檢查電機(jī)曲線

3.4 網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)檢查

青島某地鐵每個(gè)車廂內(nèi)有8個(gè)車門，其中2個(gè)車門通過MVB網(wǎng)絡(luò)跟列車通信，另外6個(gè)車門通過CAN網(wǎng)絡(luò)跟2個(gè)主門控器通信。檢修軟件可以讀取MVB信號狀態(tài)和CAN網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)，用于檢測車門網(wǎng)絡(luò)是否正常，測試實(shí)例如圖11所示。

圖11 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢查

4 結(jié)束語

車輛檢修工作任務(wù)繁雜，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以有效減少重復(fù)性的勞動(dòng)，提高檢修工作的技術(shù)水平。本文設(shè)計(jì)的車輛門檢修軟件已應(yīng)用在青島某地鐵車輛的年檢作業(yè)中，用于車門的功能檢查和狀態(tài)檢查，既節(jié)約了人力成本，又提高了檢修效率，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。