一種鐵路工程車輛控制臺(tái)

鄭莉莉

（中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明 650215）

0 引言

本設(shè)計(jì)為一種大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)操控臺(tái)，將若干操作主體進(jìn)行系統(tǒng)集成為一體的電氣柜。操控臺(tái)包括安裝有顯示器、制動(dòng)設(shè)備、操控按鈕等器件；可以對(duì)養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的視頻柜；可以控制養(yǎng)路機(jī)械制動(dòng)的控制柜；可以控制養(yǎng)路機(jī)械走行的走行柜和可以打印養(yǎng)路機(jī)械日常作業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的打印支柜。

1 設(shè)計(jì)詳述

1.1 設(shè)備特點(diǎn)

操控臺(tái)由柜體與底座組合而成，柜體由操作區(qū)和機(jī)柜組成，操作區(qū)面板上開(kāi)有用于安裝觸摸屏的方孔和若干用于安裝按鈕和指示燈的圓孔以及制動(dòng)操作面板，柜體上裝有打印機(jī)、通話裝置，柜體里面裝有電氣器件。

1.2 外觀設(shè)計(jì)

操控臺(tái)的定位為工程操作使用，因此在選材上考慮選擇耐用及磨損綜合性質(zhì)好的金屬材料，配色上選擇黑白灰系列來(lái)搭配，如圖1所示。

上臺(tái)面為鋁板，表面噴塑（織紋），色號(hào)RAL7012；基座柜體與底座均采用碳鋼，表面噴塑（織紋），色號(hào)RAL7035；操作區(qū)面板和操作按鈕面板為鋁板，表面噴塑（織紋），色號(hào)RAL9005，如圖2所示。

圖2 鐵路工程車輛控制臺(tái)配色圖

整體造型在滿足功能的情況下，將左上區(qū)域往內(nèi)環(huán)抱設(shè)計(jì)，上臺(tái)面突出顯示器約20 mm，起到一定的遮光作用，避免工控機(jī)在強(qiáng)光照射下使用時(shí)反光。屏幕區(qū)域排布形成高低落差，柜體轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)多個(gè)弧度，突破鈑金件的冷硬感，操作按鈕規(guī)律排布，再以線條劃分區(qū)域，具有一定的構(gòu)成感。操控臺(tái)外觀設(shè)計(jì)配色合理，布局合理，外形美觀，如圖1所示。

圖1 鐵路工程車輛控制臺(tái)效果圖

1.3 整機(jī)設(shè)計(jì)

1.3.1 操控臺(tái)構(gòu)成

操控臺(tái)單元包括如圖3所示：1制動(dòng)控制區(qū)，2走行控制區(qū)，3作業(yè)控制區(qū)，4輔助控制區(qū)；左側(cè)為行車位，右側(cè)為作業(yè)位。

圖3 鐵路工程車輛控制臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

（1）制動(dòng)控制區(qū)是鐵路工程車輛的制動(dòng)系統(tǒng)集成，包括1-1儀表含兩塊風(fēng)表和一塊速度里程表、1-2數(shù)顯表、1-3制動(dòng)操作面板含大小制動(dòng)閘及主輔轉(zhuǎn)換、緊急制動(dòng)等若干制動(dòng)操作按鈕，上述器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（2）走行控制區(qū)上安裝有走行監(jiān)控顯示器和若干操作按鈕，可以對(duì)整個(gè)走行作業(yè)流程進(jìn)行監(jiān)控和操作；包括2-1走行上位監(jiān)控顯示器、2-2走行操作面板含鑰匙開(kāi)關(guān)、故障復(fù)位等若干操作按鈕、2-3車載電臺(tái)、2-4走行監(jiān)控顯示器，其中2-3車載電臺(tái)通過(guò)螺栓固定在上臺(tái)面上，其余器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（3）作業(yè)控制區(qū)上安裝有作業(yè)顯示器及若干操作按鈕和鍵盤，可以對(duì)作業(yè)操作流程進(jìn)行監(jiān)控和操作；包括3-1發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊、3-2作業(yè)上位顯示器、3-3視頻監(jiān)控、3-4視頻監(jiān)控、3-5作業(yè)操作面板含電源控制、作業(yè)控制等若干操作按鈕、3-6視頻切換按鈕、3-7作業(yè)參數(shù)設(shè)置鍵盤，其中3-3視頻監(jiān)控通過(guò)螺栓固定在上臺(tái)面上，3-7作業(yè)參數(shù)設(shè)置鍵盤通過(guò)導(dǎo)軌安裝在上臺(tái)面上，其余器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（4）輔助控制區(qū)包括4-1軸溫顯示、4-2打印機(jī)、4-3通話裝置，上述器件均通過(guò)螺栓固定在柜體上。

（1）制動(dòng)控制區(qū)1 1-1、儀表1-2、數(shù)顯表1-3、制動(dòng)操作面板；（2）走行控制區(qū)2 2-1、走行上位監(jiān)控顯示器2-2、走行操作面板2-3、車載電臺(tái)2-4、走行監(jiān)控顯示器；（3）作業(yè)控制區(qū)3 3-1、發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊3-2、作業(yè)上位顯示器3-3、視頻監(jiān)控3-4、視頻監(jiān)控3-5、作業(yè)操作面板3-6、視頻切換按鈕3-7、作業(yè)參數(shù)設(shè)置鍵盤；（4）輔助控制區(qū)4 4-1、軸溫顯示4-2、打印機(jī)4-3、通話裝置。

1.3.2 操控臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)

上臺(tái)面外輪廓采用10 mm厚的鋁板折彎成型，然后用3 mm厚的鋁板與其拼焊成型，中間增焊支撐筋條，浸涂底漆、外經(jīng)粉末涂層，如圖4所示。

2005年，《學(xué)習(xí)改變命運(yùn)》的出版，不知激勵(lì)了多少學(xué)子。當(dāng)今社會(huì)穩(wěn)定繁榮，人們對(duì)文化教育越來(lái)越重視。作者也意識(shí)到勵(lì)志不應(yīng)僅面對(duì)高中生，更應(yīng)讓孩子從小就明白學(xué)習(xí)對(duì)命運(yùn)的深遠(yuǎn)影響，因而特別修訂了《學(xué)習(xí)改變命運(yùn)·少兒彩繪版》。本書保留原書大量生動(dòng)的故事，并配上鮮活有趣的插畫，讀后必將終身受益。

圖4 鐵路工程車輛控制臺(tái)上臺(tái)面

柜體為2 mm厚的鋼板，采用鈑金件的折彎、焊接、磷化、噴塑等工藝成型，柜體上的門板與柜體螺栓連接或者鎖扣連接；整個(gè)上臺(tái)面與柜體通過(guò)螺栓連接，如圖5所示。

圖5 鐵路工程車輛控制臺(tái)柜體

面板為3 mm厚的鋁板，面板開(kāi)孔根據(jù)安裝的器件大小來(lái)繪制，面板上用激光雕刻標(biāo)識(shí)符號(hào)，所有面板均通過(guò)螺栓固定在上臺(tái)面上。

柜體內(nèi)部安裝板為3 mm厚的鍍鋅鋼板，通過(guò)螺栓固定在機(jī)柜里的折彎零件上，可以安裝線槽、斷路器、繼電器、接線端子等器件。

底座為20 mm厚的碳鋼拼焊成型，通過(guò)螺栓與柜體連接。

整個(gè)設(shè)備重約300 kg，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、功能分布合理，符合鐵路工程車輛的操控需求。

1.3.3 操控臺(tái)面板概述

操控臺(tái)垂直面區(qū)域的面板共有五小塊，根據(jù)安裝的器件尺寸來(lái)開(kāi)孔，分別為一塊制動(dòng)面板、三塊顯示器安裝面板、一塊發(fā)電機(jī)監(jiān)控模塊安裝面板。

圖6 鐵路工程車輛控制臺(tái)底座

圖7 鐵路工程車輛控制臺(tái)三視圖

圖8 鐵路工程車輛控制臺(tái)行車位面板

圖9 鐵路工程車輛控制臺(tái)作業(yè)位面板

1.4 人機(jī)工程學(xué)分析

操控臺(tái)的布置考慮了乘務(wù)人員的身材及其所執(zhí)行的操作任務(wù)，方便司機(jī)就座，并且能使雙腿和膝關(guān)節(jié)行動(dòng)自如，也可以使司機(jī)站著操作，如圖10所示。操控臺(tái)腳踏板前沿至操縱臺(tái)下緣的垂直距離為668 mm，從操控臺(tái)邊緣到腳踏板前緣的水平距離約170 mm，顯示器觀察面與操作水平面成24.4°，最左邊制動(dòng)閘距離左邊座椅中心約500 mm，最右邊視頻切換按鈕距離右邊座椅中心約490 mm，左右操作半徑均在手可達(dá)適宜范圍內(nèi)，綜上所述，控制臺(tái)高度合適，操作距離適中，操作視野好，符合GB6769—2016《機(jī)車司機(jī)室布置規(guī)則》、GBT 5914.1—2015《機(jī)車司機(jī)室第1部分：瞭望條件》。

圖10 鐵路工程車輛控制臺(tái)人機(jī)工程學(xué)圖

1.5 操控臺(tái)安裝及維護(hù)

將操控臺(tái)放置進(jìn)司機(jī)室，對(duì)位完成后將操控臺(tái)20 mm厚的安裝底座焊接在司機(jī)室框架上，由于工程車輛震動(dòng)較大，柜體與安裝底座中間安裝一塊10 mm厚的減震橡膠墊，起到一定的減震作用。

柜體里面安裝可拆卸鍍鋅板，便于安裝電氣元器件，柜體設(shè)計(jì)了多個(gè)可拆卸柜門，便于器件的安裝及檢修。

由于設(shè)備較大較重，在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮將上臺(tái)面與柜體及底座分離式設(shè)計(jì)，全部螺釘連接，可先拆分放置進(jìn)司機(jī)室再進(jìn)行組合安裝，方便前期車輛組裝及后期車輛大修。

1.6 操控臺(tái)HMI簡(jiǎn)介

作業(yè)控制由PLC系統(tǒng)獨(dú)立完成，PLC系統(tǒng)通過(guò)Profibus總線與各從站實(shí)現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)交換，操控臺(tái)設(shè)有一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)TCP/IP連接到CPU，用于可視化及過(guò)程數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)定，并記錄數(shù)據(jù)。走行控制通過(guò)Profinet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信控制，共設(shè)置分布3個(gè)PLC控制器如圖11所示，通過(guò)UDP協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換。

圖11 鐵路工程車輛控制臺(tái)走行主界面

在操作過(guò)中，控制臺(tái)除了機(jī)械操作按鈕外，還有一個(gè)比較重要的人機(jī)交換平臺(tái)（HMI），視頻顯示器在作業(yè)過(guò)程中可以對(duì)鐵路工程車輛的啟停、走行、作業(yè)流程全方位進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，HMI包含走行主界面、作業(yè)狀態(tài)界面、急停/供電狀態(tài)界面、動(dòng)力包狀態(tài)界面、報(bào)警信息界面、鎖定切除界面、輸出/輸入診斷界面。如圖12所示，所有界面主色調(diào)一致，排版整齊，界面通過(guò)圖標(biāo)、表格、文字搭配，易于操作。

圖12 鐵路工程車輛控制臺(tái)作業(yè)主界面

操作人員進(jìn)行的日常作業(yè)都能通過(guò)顯示器進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，通過(guò)監(jiān)控不斷調(diào)整作業(yè)平臺(tái)的作業(yè)，作業(yè)平臺(tái)又通過(guò)電氣連接帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè)。整個(gè)循環(huán)往復(fù)的操作過(guò)程都在集成的操作平臺(tái)上進(jìn)行。操控臺(tái)設(shè)置控制權(quán)切換按鈕，只有取得操作權(quán)的面板才能完成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、方向選擇、走行手柄等操作。

2 結(jié)語(yǔ)

此款鐵路工程車輛控制臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）集成了車輛的走行、作業(yè)、制動(dòng)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、通話、打印等系統(tǒng)功能。

（2）上臺(tái)面采用鋁板成型，基座柜體碳鋼成型，模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝和拆卸，外形美觀，成本合理，功能布局合理。

（3）采用全自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化生產(chǎn)程度高，操作人員通過(guò)上位機(jī)的人機(jī)界面和操作平臺(tái)就可以進(jìn)行設(shè)備的走行、制動(dòng)和作業(yè)的操作。

此款設(shè)備已申請(qǐng)專利