錢　海，吳海濤

(上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段，上?！?00439)

DWL-48型連續(xù)式搗穩(wěn)車是引進(jìn)PLASSER& THEURER公司最新技術(shù)生產(chǎn)的新一代大型養(yǎng)路機(jī)械，集機(jī)、電、氣、液于一體，能在搗固作業(yè)的同時完成線路穩(wěn)定作業(yè)，大大提高了線路維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)的效率和精度[1]，是目前我國鐵路既有線路維修養(yǎng)護(hù)的主力設(shè)備。隨著鐵路線路運(yùn)力越來越大，養(yǎng)護(hù)施工的天窗時間越來越緊促，對搗穩(wěn)車作業(yè)效率和可靠性的要求也越來越高。搗穩(wěn)車在作業(yè)過程中如果出現(xiàn)突發(fā)故障或者人員操作失誤等情況，可能會造成異常起道、異常撥道破壞線路，甚至直接砸傷鋼軌威脅行車安全。

采用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的新型網(wǎng)絡(luò)版搗穩(wěn)車，利用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和模塊化方面的優(yōu)勢，改進(jìn)電氣控制，實現(xiàn)新的監(jiān)控功能。采用模擬控制系統(tǒng)的模擬版搗穩(wěn)車，則需要研制能實時采集作業(yè)參數(shù)、診斷數(shù)據(jù)異常，并及時發(fā)出指令封鎖作業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)故障診斷和作業(yè)防護(hù)[2]。為此，上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段于2016年組織技術(shù)攻關(guān)，聯(lián)合株洲時代電子技術(shù)有限公司共同研制成功DWL-48型搗穩(wěn)車作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。本文介紹該系統(tǒng)設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)組成及試用效果。

1　電氣控制原理

搗穩(wěn)車通過起撥道執(zhí)行機(jī)構(gòu)起道、撥道作業(yè)，消除軌道方向和水平偏差，使線路曲線圓順，直線平直。

搗穩(wěn)車撥道控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。理論正矢、撥道正矢傳感器數(shù)值、前端偏移量、撥道補(bǔ)償、曲線修正、撥道調(diào)零等以模擬信號合成總撥道量。伺服閥根據(jù)總撥道量控制撥道裝置橫移撥道[3]。

圖1　撥道控制系統(tǒng)工作原理

起道控制系統(tǒng)工作原理與撥道控制系統(tǒng)類似，抄平傳感器數(shù)值、前端輸入量、沉降補(bǔ)償、電子擺偏差、起道調(diào)零等以模擬信號合成總起道量。伺服閥根據(jù)總起道量控制起道裝置抄平起道。

搗穩(wěn)車起撥道裝置和搗固裝置由衛(wèi)星小車承載，衛(wèi)星小車通過橫移控制系統(tǒng)，檢測橫移傳感器模擬信號，控制自動橫移，確保曲線作業(yè)時搗固裝置始終位于對中位置，不致偏離中心砸傷鋼軌。

一旦因系統(tǒng)故障或突發(fā)因素造成起道、撥道、橫移等模擬信號異常，就會造成異常起道、異常撥道破壞線路，甚至直接砸傷鋼軌威脅行車安全。如果能及時發(fā)現(xiàn)這些模擬信號異常，立即切斷程控邏輯信號，就可避免起撥道裝置、橫移裝置失去控制，同時停止搗固裝置下插動作。

2　系統(tǒng)設(shè)計

搗穩(wěn)車作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)通過實時檢測起道控制、撥道控制、衛(wèi)星小車橫移控制等系統(tǒng)的模擬信號，計算總起道量、總撥道量，并進(jìn)一步判斷是否出現(xiàn)異常情況。異常主要包括前后2次總起道、撥道量的差值超過限定值、同一時刻左右軌起道量的差值超過限定值、總撥道量和總起道量數(shù)值發(fā)生突變、正矢傳感器數(shù)值超限、抄平傳感器數(shù)值突變、衛(wèi)星小車橫移傳感器數(shù)值超限或突變等[4-5]。

搗穩(wěn)車作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的FPGA主機(jī)板、下位主機(jī)板、操作控制箱等各模塊之間通過CAN總線實現(xiàn)通訊連接。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)設(shè)計框圖

2.1　下位機(jī)模擬信號處理

搗穩(wěn)車主要模擬信號都通過接線方式引入40路模擬量采集板，為實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)采集和異常判斷，必須重新設(shè)計下位主機(jī)板，替換原有40路模擬量采集板。下位主機(jī)板電路以AVR單片機(jī)為主處理器，結(jié)合AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換、CAN總線，實現(xiàn)對模擬量的運(yùn)算處理和通訊，一旦判斷起道、撥道或者衛(wèi)星小車橫移控制系統(tǒng)輸入端異常，立即發(fā)出作業(yè)封鎖信號。

2.2　下位機(jī)程控邏輯信號處理

搗穩(wěn)車作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)必須在發(fā)現(xiàn)異常時立即終止起道、撥道、搗固、衛(wèi)星小車橫移等動作。由于這些動作都由電磁閥電信號給定，因此必須在作業(yè)動作開始之前，由程控主機(jī)板切斷相應(yīng)的程控邏輯信號。本監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的新型主機(jī)板，取X080為作業(yè)封鎖信號，修改相應(yīng)邏輯程序，以FPGA為主處理器，通過CAN總線實現(xiàn)通訊連接，接收下位機(jī)的作業(yè)封鎖信號，實現(xiàn)上述功能。修改前后的詳細(xì)信息見表1和表2。

2.3　人機(jī)交互平臺

為便于操作，將顯示器、操作面板集成到控制箱，形成人機(jī)交互平臺。其組成如圖3所示。

由圖3可見，顯示界面可以實時顯示起道量、撥道量、衛(wèi)星小車橫移量等具體數(shù)值；當(dāng)系統(tǒng)檢測到作業(yè)異常時，能及時報警，便于操作人員查找故障。

表1　修改前的作業(yè)封鎖邏輯信號

表2　修改后的作業(yè)封鎖邏輯信號

圖3　人機(jī)交互平臺組成

操作面板上設(shè)置功能選擇開關(guān)、復(fù)位按鈕、檔位選擇開關(guān)。功能選擇開關(guān)可以選擇是否啟用監(jiān)控系統(tǒng)；復(fù)位按鈕主要用于誤報警或故障處理后恢復(fù)重新作業(yè)；檔位選擇開關(guān)可以選擇不同起撥道量限定值，使系統(tǒng)適用于客運(yùn)專線、工程線等不同線路條件。

顯示器選用觸摸屏形式，可以通過觸摸屏手動修改起撥道量、衛(wèi)星小車橫移量等限定值，能循環(huán)存儲定量作業(yè)數(shù)據(jù)，調(diào)取搗穩(wěn)車系統(tǒng)控制圖紙，便于用戶操作和故障診斷。

3　故障分析

基于人工智能及計算機(jī)技術(shù)的故障診斷方法，主要分為專家系統(tǒng)故障診斷方法、模糊故障診斷方法、故障樹故障診斷方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法、數(shù)據(jù)融合故障診斷方法等。故障樹模型是一個基于被診斷對象結(jié)構(gòu)、功能特征的行為模型，是一種定性的因果模型，以最不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹狀結(jié)構(gòu)。它反映了特征向量與故障向量(故障原因)之間的全部邏輯關(guān)系。本系統(tǒng)采用故障樹故障診斷模型分析故障來源，對故障源的搜索簡單直觀。系統(tǒng)故障為頂事件，由部件A或B引發(fā)，部件A故障由模塊1和模塊2的一個失效引起，部件B故障在模塊3和模塊4同時失效時發(fā)生。簡單故障樹故障診斷模型如圖4所示。

圖4　簡單故障樹故障診斷模型

4　現(xiàn)場應(yīng)用

將該系統(tǒng)安裝于上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段10614#搗穩(wěn)車上。試驗表明對作業(yè)異常情況均能實時檢測報警并發(fā)出作業(yè)封鎖信號，立即終止起道、撥道、搗固、衛(wèi)星小車橫移等動作。

經(jīng)過一年多的現(xiàn)場運(yùn)用，先后在杭深、滬蓉、寧安等客運(yùn)專線，京九、滬昆、京滬、隴海、青阜、符夾、新長等既有線完成線路維修作業(yè)746 km。該系統(tǒng)運(yùn)行正常，操作方便、靈敏度高，能夠有效避免搗穩(wěn)車發(fā)生異常起道、異常撥道破壞線路。

5　結(jié)語

搗穩(wěn)車作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在不改變原有電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的前提下，通過研制新型主機(jī)板和人機(jī)交互平臺，實時檢測作業(yè)異常，避免了搗穩(wěn)車起道、撥道、搗固、衛(wèi)星小車等作業(yè)機(jī)構(gòu)非正常動作，同時可以根據(jù)不同線路條件選擇或修改限定值，為搗穩(wěn)車安全作業(yè)提供了可靠保障。

[1]邱彥杰，陳亞東，許濤濤.DWL-48型連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車泵驅(qū)動齒輪箱的研制[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2016(4)；10-11.

[2]應(yīng)立軍，周書武，亓琳，等.08-32搗固車電氣系統(tǒng)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2004,4(4):34-36.

[3]韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[4]張坤.搗固車電氣系統(tǒng)常見故障排查實用手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[5]劉學(xué)敏.神華鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備零故障管理研究[J].鐵道建筑，2014，54(6):153-155.