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).