葛學(xué)仁（大秦鐵路股份有限公司大同電務(wù)段，山西 大同 037005）

車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)設(shè)計

葛學(xué)仁
（大秦鐵路股份有限公司大同電務(wù)段，山西 大同 037005）

摘要：為了使車載設(shè)備維修、檢測人員能夠熟練掌握車載系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和操作程序，滿足大量培訓(xùn)任務(wù)需求，組織研發(fā)了具有集成化、情景化、實戰(zhàn)化特點的車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）裝置，解決了電務(wù)與機(jī)務(wù)結(jié)合部薄弱環(huán)節(jié)問題，提高了職工分析判斷、處理故障的能力。

關(guān)鍵詞：車載設(shè)備；動態(tài)檢測；仿真

1　項目背景

車載設(shè)備是利用列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）顯示器和機(jī)車信號機(jī)，將列車運行前方的線路情況、機(jī)車運行和司機(jī)操控過程等信息，以語音文字、燈光顯示、圖形曲線等方式顯示出來，充分發(fā)揮了車載設(shè)備對列車運行安全的保證作用。作為確保鐵路行車安全的重要裝備，維修檢測人員只有通過強化日常的培訓(xùn)學(xué)習(xí)、模擬演練，才能熟練了解掌握車載設(shè)備的基本原理結(jié)構(gòu)、掌握正確的操作步驟和程序。一旦車載設(shè)備發(fā)生故障，能夠快速準(zhǔn)確的解決處理，確保車載設(shè)備始終處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

在信號工（車載設(shè)備）專業(yè)教學(xué)計劃及培訓(xùn)學(xué)習(xí)過程中，車載設(shè)備原理結(jié)構(gòu)和操作程序等內(nèi)容是培訓(xùn)學(xué)習(xí)的重點和難點，要保證該項培訓(xùn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的順利完成，單靠維修檢測人員正在運用中的機(jī)車進(jìn)行現(xiàn)場操作是不現(xiàn)實的，首先嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運轉(zhuǎn)和運輸秩序，其次對職工的人身安全構(gòu)成巨大的風(fēng)險隱患。另外，受各種條件的限制，機(jī)車運行速度、各種壓力、司機(jī)操控過程等相關(guān)內(nèi)容無法達(dá)到以實物做實訓(xùn)的效果，只能依靠“監(jiān)控裝置綜合診斷儀”模擬完成?；谝陨显?，為使學(xué)習(xí)培訓(xùn)達(dá)到與運用機(jī)車現(xiàn)場相近的效果，而又不僅僅依賴于現(xiàn)場運用機(jī)車，同時能滿足大量培訓(xùn)任務(wù)需求，我們集思廣益、自主研發(fā)生產(chǎn)了具有集成化、情景化、實戰(zhàn)化特點的車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）裝置系統(tǒng)，為鐵路電務(wù)職工培訓(xùn)學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

2　系統(tǒng)組成

機(jī)車車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)由電源單元、信號接收單元、速度單元、壓力單元、操作單元、執(zhí)行單元和電纜單元等共計七部分組成。

2.1電源單元。電源單元是驅(qū)動各個單元協(xié)調(diào)統(tǒng)一工作，實現(xiàn)整個裝置系統(tǒng)各項功能發(fā)揮作用的“心臟”。而正常使用的220V常用電壓，對裝置系統(tǒng)來講是不能直接使用的。必須外設(shè)電源模塊，然后依次逆變?yōu)?10V的穩(wěn)壓電源，供列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)箱、顯示器、信號主機(jī)、I、II端信號機(jī)使用。同時將110V再次逆變?yōu)?4V電源模塊，供制動柜（流體閥、電控閥、放風(fēng)閥、截流閥）的繼電器使用，其效果與模擬列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)的電源插件基本相同。該電源使用的穩(wěn)壓逆變電源為脈寬調(diào)制開關(guān)類型，脈寬調(diào)制器件使用SG2525A型號的集成電路芯片，選擇大功率肖特基及快速整流二極管作為整流輸出部分（如圖1所示）。

2.2信號接收單元。信號接收單元俗稱機(jī)車信號，是機(jī)車車載設(shè)備的“千里眼”，我們利用舊鋼軌加裝接收線圈，用發(fā)碼器發(fā)碼，模擬軌道電路在移頻、交流計數(shù)、UM71、ZWP-2000A等制式下，通過LKJ主機(jī)的地面信息處理插件提供各點燈條件。當(dāng)機(jī)車接收到與地面信號相對應(yīng)的電碼、頻率（簡稱為信息）時，機(jī)車信號對應(yīng)顯示與地面一致的信號燈光，地面信息不發(fā)生變化，機(jī)車信號顯示同樣保持不變；當(dāng)機(jī)車或地面上的信號設(shè)備發(fā)生故障時，機(jī)車信號絕對不允許出現(xiàn)顯示升級（如圖1所示）。

2.3速度單元。速度系統(tǒng)在列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）設(shè)備中占有“舉足輕重”的地位。速度曲線經(jīng)列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)內(nèi)部計算后，直觀的體現(xiàn)在顯示器上，機(jī)車乘務(wù)員可以實時判斷當(dāng)前列車的運行速度。在本裝置中外加了電機(jī)，以此來模擬機(jī)車牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過速度調(diào)控器和外接速度傳感器，提供模擬速度信號。同時安裝雙針?biāo)俣缺?，保證模擬速度值的精準(zhǔn)度，模擬機(jī)車從1KM/H逐漸攀升到規(guī)定速度運行。另外還可以模擬超出限速，即時達(dá)到卸載、常用制動、緊急制動等功能。該系統(tǒng)可接入3路速度輸入信號端口，在機(jī)車正常運行狀態(tài)下，利用速度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸入電機(jī)電流，進(jìn)而對速度傳感器轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，速度傳感器將2、3路速度信號傳入至列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)中的模擬量輸入/輸出插件中，各速度傳感器均采用列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)中電源插件進(jìn)行統(tǒng)一供電，電壓為15V（如圖1所示）。

2.4壓力單元。該單元的壓力傳感器，主要是通過列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)的模擬插件使機(jī)車乘務(wù)員在顯示器上直觀的看到列車管、均衡風(fēng)缸、制動風(fēng)缸的壓力數(shù)字值。我們利用舊有的壓力傳感器試驗臺，選擇能夠使用的部分進(jìn)行改裝，如：利用小型空氣壓縮機(jī)、截留閥等提供壓力信號，并在壓力表上直接顯示壓力值。該系統(tǒng)可接入4路壓力輸入信號端口，在機(jī)車正常運行狀態(tài)下，可控制列車管壓力、制動缸壓力和均衡風(fēng)缸壓力信號各1路，各壓力傳感器均采用列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)電源插件進(jìn)行統(tǒng)一供電，電壓為15V。各壓力傳感器將檢測到的壓力信號分別傳入到列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）主機(jī)的兩套模擬量輸入/輸出插件的壓力輸入端口中（如圖1所示）。

2.5操作單元。仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)研發(fā)成員充分發(fā)揮各自特長，集思廣益，自制了模擬機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)的仿真“操縱臺”。通過多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，將機(jī)車工況狀態(tài)真實再現(xiàn)。其中可以實現(xiàn)向前、向后、牽引、制動、零位、非零位和各壓力通道值（列車管、閘缸、均1、均2、緩解、制動）的互相切換；同時通過各種指示燈直觀的顯示“減壓、保壓、卸載、常用、緊急”等情況。在此基礎(chǔ)上外接了“警惕按鈕”，實現(xiàn)列車在接近超限制速度的緊急情況下，報警后的解除（如圖1所示）。

2.6執(zhí)行單元。執(zhí)行單元是利用舊有的壓力測試臺，并加裝了流體閥、截留閥、電控閥、緊急放風(fēng)閥和延時風(fēng)缸。它的主要作用是：模擬列車在卸載情況下，準(zhǔn)確切除牽引電流；常用制動情況下，準(zhǔn)確切除牽引電流和100~120kPa壓力的減壓量；緊急制動情況下，準(zhǔn)確切除牽引電流和列車管600kPa的壓力，達(dá)到防止機(jī)車“冒進(jìn)”的目的（如圖1所示）。具體表現(xiàn)在列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）常用制動、緊急制動試驗項我們增加了4個指示燈，分別是：緊急指示燈、卸載指示燈、減壓指示燈和保壓指示燈。在試驗過程中，通過指示燈的點亮與否及其點亮的時間可以非常直觀地看到制動控制功能的好壞。常用制動時卸載指示燈和保壓指示燈各點亮10秒，而減壓指示燈只點亮4秒，非常直觀地顯示了數(shù)字量入/出插件在常用制動的時候輸出3項功能及時間的不同。為了實現(xiàn)減壓與緊急排風(fēng)，又將舊有的壓力測試臺進(jìn)行了改造，可以實現(xiàn)常用制動時列車管減壓在110±10kPa范圍；緊急制動試驗時可以將列車管壓力排零。由于條件有限，該系統(tǒng)只能裝設(shè)一個壓力傳感器，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可以切換壓力通道，將列車管、閘缸、兩個均衡風(fēng)缸壓力進(jìn)行檢測，保證管壓按照不同要求進(jìn)行實時調(diào)整，真實地模擬機(jī)車大小閘。工況檢測也是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換來模擬機(jī)車換向手柄及調(diào)速手柄的位置，操作起來簡單明了。機(jī)車速度是通過調(diào)速電機(jī)來驅(qū)動速度傳感器的，調(diào)速操作起來非常平穩(wěn)方便。

2.7電纜單元。仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)所有設(shè)備的連接需要相關(guān)?專用電纜，除了能夠使用的電纜外，在制作和改造過程中，許多連線形成新的電纜。為了能夠模擬機(jī)車實際情況，自制端子排和接線端子、打印連接線號，將相關(guān)連線連在一起。這一點，對于初學(xué)者來說能夠“一目了然”的了解掌握機(jī)車上的維修檢測作業(yè)實物和發(fā)生線路故障后的查找處理方法。

圖1 車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)框圖

3　系統(tǒng)硬件技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

3.1電源。監(jiān)控裝置110V供電、系統(tǒng)手柄條件110V、色燈50V：由220V日常電壓經(jīng)開關(guān)電源穩(wěn)壓后提供。

3.2開關(guān)量輸入輸出。①16路色燈50V數(shù)字量輸出，電源電壓10V~50V程控可調(diào)，總驅(qū)動電流≥60mA，單路驅(qū)動電流≥5mA，光電隔離電壓≥1000V。②8路手柄110V數(shù)字量輸出，電源電壓20V~110V程控可調(diào)，總驅(qū)動電流≥50mA，單路驅(qū)動電流≥5mA，光電隔離電壓≥1000V。③15路繼電器觸點數(shù)字量輸入，DC110V輸入，光電隔離電壓≥1000V，緊急制動電路用A/D采樣。

3.3模擬量輸入輸出。①4路壓力傳感器信號輸出，電壓范圍0~5V分別可調(diào)，分辨率≥10位，驅(qū)動電流≥5mA，不隔離。②1路雙針表速度信號輸出，信號范圍0~20mA，分辨率≥10位，不隔離。③1路雙針表速度信號輸入，信號范圍0~20mA，分辨率≥10位，不隔離。④1路雙針表里程驅(qū)動輸出，信號幅值24V，脈沖寬度200ms，驅(qū)動電流≥20mA，不隔離。⑤1路雙針表里程驅(qū)動輸入，信號幅值24V，脈沖寬度200ms，光電隔離電壓≥1000V。

3.4頻率量輸出。①3路速度傳感器不過零正方波信號輸出。頻率0~6kHz分別程控可調(diào)，分辨率≤2Hz。幅值0~12V分別程控可調(diào)，分辨率≤50mV?？傭?qū)動電流≥15mA，單路驅(qū)動電流≥5mA。3路信號相位差能以900為單位任意程控設(shè)定。②1路軌道信號輸出，信號峰值范圍0~12V程控可調(diào)，分辨率≤50mV，頻率范圍20Hz~3000Hz，驅(qū)動電流≥5mA。軌道信號包括移頻、UM71、交流計數(shù)、極頻（可選）等信號制式，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

4　主要功能特點及可靠性

4.1主要功能特點

4.1.1具有車載系統(tǒng)一體化檢測功能。本系統(tǒng)包含了現(xiàn)有機(jī)車中車載（監(jiān)控裝置、機(jī)車信號）系統(tǒng)的所有設(shè)備，解決了因設(shè)備操作影響機(jī)車正常運轉(zhuǎn)的問題，能夠組織現(xiàn)場職工對機(jī)車檢測、檢修、數(shù)據(jù)換裝等標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程進(jìn)行培訓(xùn)和練習(xí)，提高實際動手能力。

4.1.2具有培訓(xùn)應(yīng)急演練的功能。本系統(tǒng)在培訓(xùn)職工日常作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對現(xiàn)場信號車間的值班人員進(jìn)行培訓(xùn)，了解、熟悉車載系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的同時對一些突發(fā)性高的、發(fā)生頻繁的、能夠快速處理的故障進(jìn)行模擬演練，提高對車載設(shè)備故障的應(yīng)急處置能力。

4.1.3具有還原已發(fā)生設(shè)備故障、查找真實原因的功能。針對實際工作中部分因檢測手段貧乏、檢測設(shè)備單一而造成設(shè)備故障現(xiàn)象無法還原、故障原因分析不清的問題。通過該系統(tǒng)可以根據(jù)機(jī)車運行文件記錄、信號接收情況等數(shù)據(jù)還原機(jī)車乘務(wù)人員當(dāng)時的操作過程，模擬機(jī)車當(dāng)時的運行狀況，重現(xiàn)設(shè)備發(fā)生異常時的故障現(xiàn)象，即時檢測當(dāng)時設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)而準(zhǔn)確的判斷故障原因，制定有效的防范措施。

4.1.4具有模擬試驗LKJ新版數(shù)據(jù)的功能。通過系統(tǒng)模擬機(jī)車在任意區(qū)段下各種運行狀態(tài)的功能，操縱機(jī)車模擬試驗新版的LKJ程序或數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)更改區(qū)段對機(jī)車各種運行狀態(tài)下數(shù)據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行校驗，使數(shù)據(jù)校驗工作更貼近于實際，提高了數(shù)據(jù)的安全性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4.1.5具有試驗設(shè)備電氣特性的功能。通過對車載設(shè)備輸入信息的改變，對相關(guān)車載設(shè)備的狀態(tài)變化以及對車載系統(tǒng)中其他設(shè)備的影響進(jìn)行檢測和記錄，了解設(shè)備的電氣特性及車載系統(tǒng)的聯(lián)動性，保證設(shè)備運行安全。

4.1.6具有設(shè)備環(huán)境控制功能。在設(shè)備使用可允許范圍內(nèi)對溫度進(jìn)行調(diào)控，可自主設(shè)定調(diào)節(jié)設(shè)備箱體溫度，當(dāng)溫度超過限定范圍時，進(jìn)行聲光報警。系統(tǒng)內(nèi)部裝有溫控加熱設(shè)備，可對車載系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行加溫或設(shè)定某一溫度值，模擬機(jī)車實際運行過程中的溫度變化，可查看車載系統(tǒng)的各個設(shè)備在高溫環(huán)境下的運行狀態(tài)，檢驗設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

4.1.7具有實時自動監(jiān)測功能。車載系統(tǒng)中監(jiān)控專職可通過CAN總線對各項設(shè)備進(jìn)行實時自動監(jiān)測，對監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的各類異常信息進(jìn)行記錄，檢測人員可通過顯示器下載并查看機(jī)車運行信息，或手動設(shè)定各類信息信號對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢測，保證設(shè)備滿足現(xiàn)有的各類工作需求。

4.1.8具有車載系統(tǒng)信息管理功能。通過車載系統(tǒng)中機(jī)車運行信息記錄文件，可對檢測過的車載設(shè)備進(jìn)行文件轉(zhuǎn)儲分析，并上傳至鐵路文件局域網(wǎng)絡(luò)平臺中，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行共享，使各部門能夠?qū)崟r動態(tài)的掌握機(jī)車運行狀態(tài)，多級卡控設(shè)備安全。

4.2系統(tǒng)可靠性。從系統(tǒng)的整體設(shè)計角度出發(fā)，嚴(yán)格按照系統(tǒng)設(shè)計要求和規(guī)范，強化系統(tǒng)中各單元模塊及功能作用的集成統(tǒng)一，體現(xiàn)系統(tǒng)工程的理論和概念，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的有效鏈接。該系統(tǒng)元器件均選用工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)器件，經(jīng)過多次的檢測和試用，均未發(fā)生隱患問題，實現(xiàn)了設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠等特性。

5　運用效果分析

（1）該仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)達(dá)到了《機(jī)車車載設(shè)備綜合仿真檢測（培訓(xùn)）裝置》的各項功能的準(zhǔn)確體現(xiàn)。直觀的顯示了列車運行監(jiān)控系統(tǒng)（LKJ）的“防列車運行時的冒進(jìn)、冒出”、“防地面信號滅燈、關(guān)閉的冒出、冒進(jìn)”、防“道岔處超速”的功能。（2）該仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)將分散、抽象安裝在機(jī)車上的LKJ車載設(shè)備，整體位移至地面集中模擬、聯(lián)動，解決了診斷儀、測試臺的“集成化”和“單一化”的問題，將診斷儀、測試臺拆、解，分化，達(dá)到了讓培訓(xùn)人員看的見、摸的著的直觀效果。（3）該仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)是開展車載設(shè)備培訓(xùn)工作的實物教材、操作模型。即使不是專業(yè)人員也可在短時間內(nèi)了解車載設(shè)備的工作原理。改變以往故障處理時，各種設(shè)備插件、設(shè)備電源、機(jī)車運行速度、壓力只能使用數(shù)據(jù)參數(shù)的歷史。（4）該仿真檢測（培訓(xùn)）系統(tǒng)能夠有效解決電務(wù)與機(jī)務(wù)結(jié)合部薄弱環(huán)節(jié)問題，了解掌握機(jī)車司機(jī)操控的整個過程，提高分析判斷、指揮處理車載設(shè)備故障的能力和水平。

參考文獻(xiàn)

[1]楊志剛.LKJ2000列車運行監(jiān)控記錄裝置[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

中圖分類號：U284

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A