城軌車輛控制指令試驗裝置研制

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

關鍵詞：城軌車輛;控制指令;試驗裝置

1 研究背景

城軌車輛作業時保證動車組牽引、制動、旅服等功能的重要工序。調試工序中任何微小的異常與故障都可能對列車運行安全造成巨大的影響。

城軌車輛調試過程中需多次對線路進行加壓、短接、接地等操作，從而達到試驗目的。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，本文對城軌車輛控制指令試驗裝置進行研制，從而到達解決這些問題的效果。

2 系統設計介紹

基于任務的控制指令試驗器，是數字化調試線配套使用的重要測試裝備，主要用于整列調試中列車控制指令的實時采集、信號處理、編碼輸出、在線控制、模擬指令發送及遠程監測，須具備多種信號制式的采集和處理能力。是采用輕量化、智能化設計的列車控制指令采集、監控和處理裝置。

城軌車輛控制指令試驗裝置作為控制指令信號采集、處理、輸出和通信的中樞單元，下位機由控制箱和試驗箱組成?？刂葡洳捎脴藴蕶C箱結構，各功能模塊采用插接件形式從機箱前部裝載在機箱內部，主要部件包括控制模塊、采樣模塊、通訊模塊及電源模塊;試驗箱由繞線盒和端子盒組成。上位機由配套移動操作終端構成。

試驗器主要由下位機（含電源模塊、信號采集模塊、控制模塊、通訊模塊、背部鏈接通訊單元）和上位機組成，設計滿足7×24h連續工作要求。如圖1所示

城軌車輛控制指令試驗裝置具備以下功能：數據采集：城軌車輛控制指令試驗裝置下位機可實時采集城軌車輛主要控制指令信息，并自動將采集到的指令信息狀態編碼組幀。數據發送：城軌車輛控制指令試驗裝置下位機可將采集到的控制指令數據通過有線通訊或WIFI無線通訊實時發送至上位機，上位機可通過有線通訊或WIFI無線通訊與自動化調試系統服務器進行任務交互或數據交互。遠程控制：自動化調試系統服務器可直接控制城軌車輛控制指令試驗裝置向城軌車輛發出模擬控制指令以完成遠程試驗控制功能。故障提示：當城軌車輛控制指令試驗裝置發生故障時，可通過上位機人機界面及下位機相關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鋁機箱結構，結構設計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箱前部裝載在機箱內。

控制箱設備外箱選用鋁合金定制加工的高強度專用箱，箱體側面提手可方便平時搬運設備。設備存放箱采用鋁合金高強度設備箱?？刂葡錂C箱后側面設置QE連接器插座作為信號接口。

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

電源指示燈、以太網接口、RS232/485通訊端口、故障指示燈、WIFI天線設置在機箱前面板處，開關、保險絲等設置在機箱后面板處。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置防塵堵。

通訊模塊設置滿足使用需求的無線路由器，用于連接上位機。通訊模塊將CAN總線傳輸的控制模塊數據通過有線通訊或WIFI網絡以TCP/IP協議方式傳輸到上位機，同時將接收到的上位機指令轉化后由CAN總線輸送至控制模塊。

通訊模塊包括RJ45以太網接口和WIFI無線接口。RJ45以太網接口須預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認證，支持IEEE 802.11b/g/n協議，支持WEP64/128、WPA/WPA2 PSK數據安全標準。通過WIFI無線接口與網絡交互，線路上的數據延遲小于100mS。

通訊模塊支持無線路由功能，支持下位機與上位機組成局域網進行數據通信。

3.2 試驗箱

繞線盒：（1）繞線盒采用鋁制外殼，結構牢固，外形美觀。（2）繞線盒內的輸出電纜分為4組，每組電纜通過自動收線器盤在繞線盒內，使用時操作人員按需拉出一定長度的電纜，線束能自動鎖止定位，收線時操作人員只需拉下線纜端部，線束能夠自動收縮歸位。（3）繞線盒上內置25個測試通道。其中10個通道配置成強制加壓功能，占用5條信號線。5個通道設置為強制接地功能，占用5條信號線。10個通道設置為強制導通功能，占用10條線。同時測試通道具備可調功能。（4）每條信號線纜長度不少于5m，信號線纜加壓、接地或導通端需用標準端子，然后通過標準端子與其他端子進行組合，方便拆下和替換。

3.3上位機

上位機顯示及功能須滿足下列要求：

1）上位機可以監測下位機所有通道的狀態，在本地控制模式下可以控制下位機所有通道的輸出狀態;

2）上位機可從自動化調試系統服務器下載專項試驗任務模板，并能夠根據模板要求獨立（不依靠自動化調試系統服務器）完成試驗，并能夠通過有線通訊或WIFI無線通訊將試驗結果及中間過程數據上傳至自動化調試系統服務器;

3）應用程序能夠在一個屏幕上清晰顯示所有通道的狀態并可以通過觸摸屏控制;

4）應用程序有良好的人機交互功能，方便現場操作人員掌握所有下位機狀態。

4系統應用與總結

本系統已成功應用于城軌車輛調試作業中，實現了調試過程中的列車控制指令實時采集、處理、在線控制及模擬指令發送，極大的提高了施工人員的試驗效率，并有效的保障了車輛調試過程的安全性與可控性。

參考文獻：

[1]凌征忠. 數字化變電站系統和儀器調試方法研究[D]. 廣東工業大學， 2018

[2]沈華波. 車載貫通指令試驗技術研究[D].青島大學，2018

作者簡介：

王朝（1990-），性別男，民族漢，籍貫：甘肅省定西市，工程師，學歷：碩士，單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司，研究方向：城軌車輛調試技術設計