电力机车数字化调试系统设计

电力机车数字化调试系统设计

张如意  班兴钰  刘国辉

中车大连机车车辆有限公司 辽宁省 大连市 116045

摘要：电力机车数字化调试系统为人机交互提供了友好接口，为形成人在环自动化调试过程提供了重要保障，其提高了劳动效率，降低了劳动强度，显著提高了数据可靠性；通过数据的挖掘利用，为机车设计制造质量的提高提供了有力支持。

关键词：电力机车；数字化调试；设计

从提高电力机车调试效率及增强测试数据可靠性出发，提出了电力机车调试作业数字化设计方案。经分析电力机车调试内容，定制自动化数据采集装置，并结合软件调试系统，将人、机、料、法、环等离散分布要素有机结合，构建统一的文件设计、计划调度、工艺执行、过程质量等数字化调试系统，实现电力机车例行试验和日常维护检查自动化，全生命周期运维数据可视化，智能故障预警。

一、电力机车优点

电力机车是指从供电网或供电轨中获取电能，再经电动机驱动车辆行驶列车。

1、功率大、速度快、过载能力强、自身负重低、牵引力和加速度大、整备作业时间短、维修量少、能源利用率高、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动及清洁环保。

2、清洁环保，运行时不像蒸气或柴油机车那样产生废气。供电气化铁路使用的发电厂在采用化石燃料时，会控制废气排放，也可用低污染风力或水力发电，还能提高热效率。在噪音方面，电力机车在运行时比柴油机车安静，所以适用于在城市轨道交通线上运营。

3、性能上，电力机车无需像蒸汽或柴油机车那般自携很重引擎及燃料，能减轻自重，因此在加减速和最高速方面比蒸汽和柴油机车优胜，能缩减行车时间，是高速列车、动车组等第一选择。

二、系统方案

1、组成。系统部件包括：数字试验台、调试工装、视频/图像采集设备、移动操作终端、车间调试服务器、企业数据中心、服务器等。(1)数字试验台：包括称重试验台、列供试验装置、重联试验模拟器等，完成试验内容和数据传输。(2)调试工装：包括数字风压表、数字游标卡尺、激光测距装置、网络数据采集板，用于完成机车调试中风压、电信号、尺寸等数据采集和传输。(3)视频/图像采集设备：完成调试工艺/操作合规图像/视频信息采集和传输。(4)移动作业终端：完成调试系统无线接入，获得调试任务，执行调试作业，获得调试结果，得出试验结论。(5)车间调试服务器：完成调试数据接收管理功能，提供调试数据查询功能。(6)企业数据中心服务器：提供调试工艺文件编制、调试人员和设备管理、调试任务发布、调试过程控制、调试结果管理分析等。

2、功能。(1)列车调试工艺规程采用电子化，按流程设控制节点，规范调试过程执行，强化过程控制。(2)通过移动终端获取调试任务，调试人员根据任务规范依次调试，终端实时获取并显示调试数据，自动判断调试结果。(3)通过数字化试验台，调试工装进行调试，并实时读取其结果，读取的调试数据包括列车网络数据、继电器状态、电平信号、压力信号、尺寸检测数据等。(4)支持调试结果自动判断。调试数据以无线方式传至调试服务器，再按调试步骤生成结构化调试数据，将数据及其变量写入电子工艺规程相应位置，并与预设值比较，得出试验结论。(5)用软件判断调试控制指令、动作信号、数据检测等是否符合工艺要求，自动生成试验报告，以减少人为填写错误对调试的影响，提高数据可靠性。(6)通过对机车调试过程数据、调试结果数据、整改数据的挖掘分析，为提高机车设计制造质量提供有效支撑。

三、主要部分的开发设计

1、数字化调试终端软件设计。数字化调试终端软件作为系统的核心，实现系统管理、工艺规程编辑、任务分配、工艺管理、调试进度管理、数据智能分析等功能。电力机车数字调试系统功能是经软件管理和自动报告功能实现。

系统能实现以下功能：(1)能根据工艺步骤制定试验规则，支持添加语音、视频、图片等辅助调试信息。(2)支持多种权限管理功能：为管理、技术、操作人员等提供不同权限管理功能。(3)能分配工作任务，编辑工艺规程，并对不同人员实现从车型、人员、工艺、设备、工装、工具等内容增减调配。(4)全程监控生产进度，包括列车调试进度、操作人员、运行时间等。(5)采用基于多数据库服务器的数据备份和管理机制，确保递增调试时数据安全，构建镜像数据库实时备份存储数据，确保系统数据稳定访问及存取。(6)自动生成试验报告，深入分析获得数据，包括时间、故障、试验数据等，并经条件设置等实现故障预警。

2、数字化试验工装设备定制。为满足电力机车数字化调试系统实现调试自动化要求，调试设备具有数字化和无线传输功能。系统包括MVB监测、激光测高、微距测量、受电弓测试、电压测试、电阻测试、温度风速测试、空气管道压力测试等无线采集仪器。

(1)MVB网络数据采集装置。MVB总线是机车控制与反馈信号传输主要路径，经MVB网络数据采集装置监听MVB总线，能获得IO与继电器状态信息，包括受电弓、变压器、制动柜等关键部件逻辑状态，以及一些部件模拟状态。装置经无线传输连接到服务器。

(2)压力信号采集板卡。直接在制动柜测试端口，经压力传感器采集总风、列车等压力值，并计算其变化，用于气压相关试验项目数据采集和无线传输。

(3)机械尺寸测量装置。经无线激光测距仪测量车钩、车感器等距轨面参数，无线激光微距检测仪横向、垂向止挡间隙等微小空间尺寸测量。

此外，为确保操作人员能按流程调试，增加无线视频记录仪记录流程；增加无线图片记录仪，对一些无法测量状态以图片形式记录。其中，无线MVB总线采集仪、无线制动压力测试仪、无线音频测试仪、无线视频记录仪为现场安装设备，调试开始时，将无线MVB总线采集装置插入总线测试口，将无线制动压力测试仪插入压力测试口，无线音频测试仪磁吸于驾驶室后墙壁，无线视频记录仪在操作台上方。其它仪器是由操作员携带操作的便携式设备。

(4)无线试验设备。直交流电压、接地电阻、受电弓降弓拉力、时间等项目采用无线直交流电压测试仪、无线接地电阻测试仪、无线受电弓调试仪。

四、模拟测试

1、试验过程功能测试。在操作者登录至移动端后，领取任务并试验，逐一执行规程，手动(或自动)执行试验步骤，等待结果反馈，若需手动填写，则手动录入并点击下一规程继续执行。软件能自主校验，各规程执行后，系统将数据及其变量写入电子工艺规程相应位置，与预设值比较，自主验证得出其结论。

2、自动报告功能。任务完成后，系统会自动生成报告并提交给系统，方便用户查看。后台按定义的报告格式生成报告，若需下载可下载至本地查看。报告包括车辆信息、时间、各规程结果、相关数据值。试验完后，向相关人员报告实时推送消息，以及时了解试验结果。

3、数据分析功能。可按时间范围、车辆、作业任务、人员等查询，找到符合条件作业任务，选择数据采集进行曲线绘制，并按时间和数据趋势查看分析；支持对车型、零部件供应商、调试工具、调试操作人员等的历史数据进行多维统计分析，从工艺流程、调试工具、操作员、供应商等多角度分析产品质量改进方向。提供调试故障自动分析与诊断功能，并提供故障解决方案。提供故障案例和解决方案录入功能，将故障现象和处理录入调试系统，为调试人员解决调试问题提供指导，降低调试难度，提高调试效率及质量。另外，经设置故障类别、要素、分析节点等实时故障预警。

总之，我国电力机车出厂例行试验与日常维护检查，常用传统人工方法进行调试，操作人员按试验规程逐项检查验证电力机车功能，操作人员经验、技术水平和责任心等会影响产品质量。这种模式导致电力机车测试效率低，检查数据难以收集，数据可靠性差，限制了电力机车调试效率和故障预警准确性。随着“中国制造2025”的推进和制造业的全面转型，数字化调试是电力机车生产中提高生产效率、改进产品质量必然选择。

参考文献：

[1]史建飞.电力机车数字化调试系统设计[J].轨道交通装备与技术，2021(03).