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        基于城際動(dòng)車組軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2021-03-06 09:46:56劉志堅(jiān)賴威任范遠(yuǎn)政
        廣東科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:故障檢測(cè)系統(tǒng)

        文/劉志堅(jiān) 賴威任 范遠(yuǎn)政

        0 引言

        本研究針對(duì)線上運(yùn)行城際車輛增加軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理,及在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中存在的問(wèn)題,進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。為避免造成意外發(fā)生,要進(jìn)一步完善運(yùn)行車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng),保證系統(tǒng)有效地對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并在軸溫檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常情況后能快速進(jìn)行反應(yīng),一方面通過(guò)動(dòng)車組車輛信息控制裝置(MON)告知司機(jī)異常軸溫的發(fā)生位置,同時(shí)在列車的安全環(huán)路中起到保護(hù)作用,讓運(yùn)行中的列車停下來(lái)。對(duì)車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),不僅提高作業(yè)人員對(duì)故障進(jìn)行分析診斷的能力,同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量,更好地保證車輛能更安全、可靠、順利地在線上進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。

        1 軸溫保護(hù)系統(tǒng)概述

        現(xiàn)運(yùn)行的城際列車具有兩套軸溫保護(hù)系統(tǒng)。其中一套為進(jìn)口2型車的軸溫監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)車輛整個(gè)轉(zhuǎn)向架軸溫進(jìn)行監(jiān)控:根據(jù)內(nèi)置的熔斷式電阻對(duì)設(shè)定溫度進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的溫度傳遞到該溫感電阻,使其熔斷觸發(fā)車輛報(bào)警系統(tǒng)并對(duì)車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)。但是由于它不進(jìn)行相對(duì)應(yīng)異常軸溫溫度顯示,軸溫異常也是對(duì)轉(zhuǎn)向架整個(gè)結(jié)構(gòu)的報(bào)警,不利于線上機(jī)械師對(duì)其異常位置的查找,延緩故障排除時(shí)間,影響鐵路運(yùn)營(yíng)。

        另一套是軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng),是在原有的軸溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在轉(zhuǎn)向架上各個(gè)位置增加溫度傳感器,增加軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的位置分別是在拖車每軸兩端,動(dòng)車每軸兩端、小齒輪箱電機(jī)側(cè)、小齒輪箱車輪側(cè)、大齒輪箱電機(jī)側(cè)、大齒輪箱車輪側(cè)、電機(jī)定子、傳動(dòng)端軸承、非傳動(dòng)端軸承處,對(duì)軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控到各位置軸溫傳感器溫度超過(guò)預(yù)警溫度后,車輛報(bào)出軸溫預(yù)警;當(dāng)各位置軸溫傳感器溫度超過(guò)報(bào)警溫度后,車輛報(bào)出軸溫報(bào)警,并在緊急控制回路 154線中串入軸溫監(jiān)控系統(tǒng)及軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)常開觸點(diǎn)。當(dāng)軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)報(bào)警且軸溫監(jiān)控報(bào)出“軸溫 1”或“軸溫 2”故障時(shí),觸發(fā)列車緊急制動(dòng)。

        2 車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備介紹

        2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

        動(dòng)車組軸溫報(bào)警系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)溫度傳感器采集列車軸箱、齒輪箱以及牽引電機(jī)的溫度信息,由車上溫度檢測(cè)單元(TDU)將采集到的溫度信息進(jìn)行處理,并將溫度信息及報(bào)警信息發(fā)送給車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(MON),系統(tǒng)的運(yùn)行原理見圖1。

        圖1 軸溫觸發(fā)緊急制動(dòng)原理

        2.2 系統(tǒng)原理說(shuō)明

        動(dòng)車 組軸溫報(bào)警系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度檢測(cè)單元(TDU)組成,見圖2。

        溫度檢測(cè)單元(TDU)通過(guò)檢測(cè)傳感器傳送來(lái)的電阻阻值,經(jīng)內(nèi)部程序運(yùn)算后得到被測(cè)設(shè)備的溫度,通過(guò)電流環(huán)通信端口把溫度值發(fā)送到車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(MON),用于MON監(jiān)控屏顯示。

        圖2 動(dòng)車組軸溫報(bào)警系統(tǒng)原理架構(gòu)

        溫度檢測(cè)單元(TDU)將內(nèi)部程序運(yùn)算后得到的被測(cè)設(shè)備溫度與被測(cè)設(shè)備預(yù)設(shè)的溫度報(bào)警值進(jìn)行比對(duì),超過(guò)報(bào)警值時(shí),將溫度報(bào)警狀態(tài)通過(guò)電流環(huán)通信端口輸出給車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(MON),用于溫度報(bào)警顯示。

        3 車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

        某動(dòng)車組的軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)從2015年8月開始裝車運(yùn)用,在運(yùn)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,立即組織系統(tǒng)供應(yīng)商和公司相關(guān)部門對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析,并制定解決措施;針對(duì)解決措施組織地面試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審后,選取1~2列車進(jìn)行現(xiàn)車驗(yàn)證,通過(guò)工序評(píng)定后進(jìn)行現(xiàn)車改進(jìn)??偨Y(jié)發(fā)生的問(wèn)題,整改及驗(yàn)證項(xiàng)點(diǎn)主要為以下3項(xiàng):

        (1)軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良。

        軸溫屏蔽報(bào)警車輛由于軟件看門狗異常動(dòng)作,導(dǎo)致發(fā)生多起軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良(651)故障。軸溫控車車輛軸溫軟件已優(yōu)化,暫未發(fā)生此類故障。

        (2)電源板故障。

        CRH2/380A型系列動(dòng)車組由于電源板內(nèi)電源模塊輸入濾波缺陷,導(dǎo)致發(fā)生多起電源板故障。軸溫控車車輛電源板新造出廠已優(yōu)化,暫未發(fā)生此類故障。

        (3)軸溫主機(jī)故障導(dǎo)致緊急制動(dòng)。

        4 0 1 0/4 0 11安監(jiān)故障,對(duì)故障原因進(jìn)行排查及分析,采取優(yōu)化控車邏輯等措施解決該問(wèn)題。

        3.2 軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程

        (1)故障現(xiàn)象

        動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)中軸溫未放開報(bào)警車輛發(fā)生多起軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良(651)故障,原因?yàn)檐浖撮T狗異常動(dòng)作導(dǎo)致。2015年1標(biāo)車軸溫控車車輛軸溫軟件已優(yōu)化,目前未發(fā)生此類故障。

        (2)原因分析

        軸溫軟件中看門狗異常動(dòng)作時(shí),看門狗變量未初始化清零,偶發(fā)情況下導(dǎo)致軸溫主機(jī)軟件運(yùn)行異常,軸溫主機(jī)與MON通信中斷,最終導(dǎo)致軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良故障,見圖3、圖4。

        圖3 車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)偶發(fā)看門狗復(fù)位故障(通信指示燈異常)

        圖4 車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)修改軸溫軟件試驗(yàn)結(jié)果

        地面對(duì)通信回路進(jìn)行信號(hào)脈沖群模擬試驗(yàn),非控車軸溫軟件看門狗動(dòng)作異常導(dǎo)致通信收發(fā)數(shù)據(jù)功能卡滯,偶發(fā)軸溫傳輸不良故障。

        (3)整改措施

        在軸溫軟件中增加對(duì)看門狗變量“apt_int”初始化清零功能,即在軸溫軟件中增加“apt_int=0”語(yǔ)句(見圖5)。影響:軸溫通信軟件模塊中斷約12s(MON傳輸不良故障判斷時(shí)間30s)后恢復(fù)正常工作,不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)報(bào)出軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良(651)故障警告,軸溫主機(jī)預(yù)警、報(bào)警等軟件模塊正常工作。

        圖5 動(dòng)車組軸溫傳輸時(shí)序

        3.3 電源板故障的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        (1)故障現(xiàn)象

        軸溫主機(jī)在列車運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生多起電源板硬件故障,均為電源板上物色負(fù)載點(diǎn)(POL)模塊中芯片損壞。

        (2)原因分析

        POL模塊2中芯片正常工作電壓為12V,通過(guò)地面試驗(yàn),軸溫主機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電源板中POL2模塊中心輸入電壓偏高(18.3V),超出芯片承受最大工作電壓16.5V,原POL模塊輸入電路濾波效果不佳,見圖6。

        圖6 動(dòng)車組軸溫主機(jī)POL模塊電路原理

        (3)整改措施

        原12V輸入濾波電路中濾波電容距離芯片輸入端較遠(yuǎn),濾波效果較差。通過(guò)在芯片D1(TPS56221)Vin和GND之間增加濾波電容,改善啟動(dòng)輸入電壓應(yīng)力,提高濾波效果,見圖7。

        圖7 動(dòng)車組軸溫主機(jī)濾波電容整改前后對(duì)比

        在POL模塊芯片輸入端增加濾波電容,改善POL模塊輸入濾波效果,改造實(shí)物對(duì)比,如圖8、9所示。

        圖8 動(dòng)車組軸溫主機(jī)原電容放置PCB背面,距芯片輸入端較遠(yuǎn)

        圖9 動(dòng)車組軸溫主機(jī)靠近芯片輸入端增加濾波電容

        3.4 軸溫控車的邏輯優(yōu)化設(shè)計(jì)

        (1)問(wèn)題描述

        實(shí)時(shí)軸溫與熔斷式軸溫串聯(lián)后串入列車緊急制動(dòng)回路,當(dāng)發(fā)生溫度報(bào)警時(shí),斷開緊急制動(dòng)回路,觸發(fā)列車緊急制動(dòng)停車,見圖10。

        圖10 動(dòng)車組軸溫控車串聯(lián)模式

        (2)工作原理

        軸溫主機(jī)檢測(cè)各部位溫度值,當(dāng)達(dá)到溫度報(bào)警條件時(shí),斷開報(bào)警觸點(diǎn),緊急制動(dòng)回路154線失電,觸發(fā)列車緊急制動(dòng);或是當(dāng)軸溫主機(jī)電源板故障導(dǎo)致報(bào)警繼電器觸點(diǎn)斷開,當(dāng)CPU板、通信板(報(bào)警繼電器在通信板上)出現(xiàn)故障時(shí),報(bào)警繼電器觸點(diǎn)可能斷開。一旦報(bào)警繼電器觸點(diǎn)斷開,會(huì)觸發(fā)列車緊急制動(dòng)停車。

        4 整改措施

        為避免軸溫主機(jī)故障導(dǎo)致緊急制動(dòng)停車,保證列車正常運(yùn)營(yíng),制定以下措施。

        4.1 臨時(shí)措施

        a .軸溫主機(jī)通信板上故障繼電器常閉觸點(diǎn)與報(bào)警繼電器常開觸點(diǎn)并聯(lián)輸出。

        b .優(yōu)化軸溫軟件,增加軸溫主機(jī)報(bào)警繼電器狀態(tài)記錄。

        c .邏輯分析

        軸溫主機(jī)正常,故障繼電器得電(常閉觸點(diǎn)斷開),報(bào)警繼電器得電(常開觸點(diǎn)閉合),見圖11。

        圖11 動(dòng)車組軸溫主機(jī)正常工作邏輯

        當(dāng)檢測(cè)到溫度報(bào)警時(shí),報(bào)警繼電器失電(常開觸點(diǎn)斷開),緊急制動(dòng)回路失電觸發(fā)列車制動(dòng)停車,見圖12。

        圖12 動(dòng)車組軸溫主機(jī)報(bào)警邏輯

        4.2 最終措施

        a .車輛增加繼電器

        通過(guò)軸溫主機(jī)報(bào)警觸點(diǎn)、故障觸點(diǎn)控制外部繼電器,將故障繼電器(TDUFR)的常閉觸點(diǎn)和報(bào)警繼電器(TDR)的常開觸點(diǎn)并聯(lián)后,串入緊急制動(dòng)回路,同時(shí)通過(guò)車輛繼電器,將軸溫主機(jī)硬件板卡與列車緊急制動(dòng)電路隔離,見圖13。

        b .網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)變更

        網(wǎng)絡(luò)的終端裝置采集軸溫主機(jī)故障繼電器(TDUFR)的常開觸點(diǎn),用于現(xiàn)車判斷軸溫檢測(cè)裝置故障(795)的觸發(fā)條件,同時(shí)在出庫(kù)信息畫面中記錄,如圖14所示。

        圖13 動(dòng)車組軸溫主機(jī)報(bào)警工作原理

        圖14 動(dòng)車組軸溫主機(jī)故障信息(一)

        列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯示屏增加軸溫檢測(cè)傳感器故障(800),同時(shí)在出庫(kù)信息畫面中記錄,如圖15所示。

        圖15 動(dòng)車組軸溫主機(jī)故障信息(二)

        c.軸溫檢測(cè)溫度報(bào)警故障

        發(fā)生軸溫檢測(cè)溫度報(bào)警(265)故障時(shí),在運(yùn)行狀態(tài)畫面彈出,同時(shí)在診斷模式下進(jìn)行故障記錄。本次僅變更彈出故障詳情,故障檢測(cè)條件及其他顯示不變,見圖16。

        圖16 動(dòng)車組軸溫主機(jī)故障信息(三)

        d.軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良故障

        發(fā)生軸溫檢測(cè)裝置傳輸不良(651) 故障時(shí),在運(yùn)行狀態(tài)畫面彈出,并在出庫(kù)信息畫面顯示, 同時(shí)在診斷模式下進(jìn)行故障記錄。本次僅變更彈出故障詳情,故障檢測(cè)條件及其他顯示不變更,見圖17。

        圖17 動(dòng)車組軸溫主機(jī)故障信息(四)

        5 結(jié)語(yǔ)

        綜上,通過(guò)車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)后,提高了列車運(yùn)行的穩(wěn)定性,節(jié)約了維修成本,減少了軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)故障的機(jī)率,大大提高了行車安全的準(zhǔn)確性。

        要使軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)可以適應(yīng)在更多車型上,并且可以安全可靠地發(fā)揮作用,僅僅靠改進(jìn)優(yōu)化仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,需要在其他各個(gè)方面繼續(xù)努力改進(jìn)。本研究基于車輛軸溫實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,只是適用目前線上運(yùn)行速度在200km~300km的城際動(dòng)車組上,對(duì)于其他車型的車輛仍未進(jìn)行相應(yīng)功能驗(yàn)證,這是今后進(jìn)一步研究的方向。

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