馮其林

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 南寧車(chē)輛段，高級(jí)工程師，廣西 南寧 530001）

為進(jìn)一步提升客運(yùn)服務(wù)品質(zhì)，改善旅客出行體驗(yàn)，按照中國(guó)鐵路總公司貫徹落實(shí)“廁所革命”的統(tǒng)一部署和“客運(yùn)提質(zhì)”工作要求，至2025年所有旅客列車(chē)全部實(shí)現(xiàn)集便化，目前全路配屬的鐵路客車(chē)絕大部分均安裝有集便裝置，但在集便裝置運(yùn)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其由于使用頻次較高，集便裝置運(yùn)行過(guò)程中故障高發(fā)，但部分問(wèn)題在客車(chē)回庫(kù)后不能再次體現(xiàn)，從而無(wú)法判定故障準(zhǔn)確位置，導(dǎo)致檢修時(shí)對(duì)故障處理不全面從而造成集便裝置同個(gè)運(yùn)行故障反復(fù)出現(xiàn)，研究集便裝置的車(chē)載監(jiān)測(cè)可準(zhǔn)確提供運(yùn)行過(guò)程中各類(lèi)故障及參數(shù)，確保集便裝置精準(zhǔn)維修，杜絕質(zhì)量隱患帶病出庫(kù)。

1 研究現(xiàn)狀

目前全國(guó)各個(gè)客車(chē)運(yùn)用及檢修單位對(duì)集便器在運(yùn)用過(guò)程中的狀態(tài)沒(méi)有一套方便高效的檢測(cè)方法和設(shè)備，對(duì)集便裝置的運(yùn)用性能狀態(tài)均是現(xiàn)車(chē)反饋的故障現(xiàn)象進(jìn)行確認(rèn)和處理，但往往客車(chē)集便裝置較多故障現(xiàn)象間斷性發(fā)生，如果不進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就會(huì)導(dǎo)致故障遺漏致使處理不徹底，引發(fā)集便裝置運(yùn)用故障高發(fā)，影響旅客乘車(chē)體驗(yàn)。同時(shí)全路范圍內(nèi)也沒(méi)有集便裝置運(yùn)用過(guò)程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)監(jiān)測(cè)的設(shè)備，對(duì)一些影響集便器使用性能的參數(shù)不能及時(shí)得到修正，從而導(dǎo)致后期使用過(guò)程中出現(xiàn)故障，影響使用。

2 主要研究技術(shù)

2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示

當(dāng)集便裝置運(yùn)行時(shí)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)就會(huì)立即采集到工控機(jī)進(jìn)行顯示，集便裝置任何工況、功能均能準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確的將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)對(duì)集便裝置的系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，包括其進(jìn)行沖水動(dòng)作及抽真空試驗(yàn)時(shí)等都可進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算、分析、比較、判斷，實(shí)現(xiàn)電子定壓，對(duì)設(shè)定壓力進(jìn)行預(yù)判，壓力采集分辨率不大于誤差值為0.5%。

2.2 模擬故障測(cè)試功能

通過(guò)下達(dá)指令模擬低真空、超時(shí)、液滿、80%等故障信號(hào)，將信號(hào)傳輸?shù)郊阊b置控制器，對(duì)集便裝置系統(tǒng)故障后是否能夠啟動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)作用進(jìn)行測(cè)試，避免了一些保護(hù)功能由于不能模擬故障導(dǎo)致不能測(cè)試的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)集便裝置控制器的故障信號(hào)采集動(dòng)作情況也可進(jìn)行深度測(cè)試。

2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)記錄

集便裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與廠家設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而判斷出使用中集便器和修復(fù)后集便器的技術(shù)指標(biāo)及修復(fù)質(zhì)量，同時(shí)監(jiān)測(cè)儀具備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)修改功能，按照不同廠家規(guī)格型號(hào)的集便器參數(shù)要求進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，達(dá)到鐵路客車(chē)集便裝置所有型號(hào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)后的差異判斷集便器的性能良好情況，避免部分性能不良的集便器在運(yùn)行過(guò)程中故障影響旅客使用。

3 主要設(shè)計(jì)模塊

3.1 集便系統(tǒng)電路數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

通過(guò)工控機(jī)接收集便裝置系統(tǒng)電路信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電路信號(hào)進(jìn)行采集分析，準(zhǔn)確判斷集便器各電氣配件的工作狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間記錄，監(jiān)測(cè)儀工控機(jī)安裝在客車(chē)乘務(wù)室內(nèi)或集便器控制箱上對(duì)使用中的集便器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工控機(jī)接線在集便控制器上端，集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)電路圖如圖1所示，其中BQ144為沖洗按鈕輸入信號(hào)、BQ142為沖水動(dòng)作輸入信號(hào)、BQ143為真空電磁閥動(dòng)作輸入信號(hào)、BQ141為排污閥關(guān)閉輸入信號(hào)、BQ140為排污閥打開(kāi)輸入信號(hào)、BQ145為低真空時(shí)輸入號(hào)、BQ146為80%時(shí)輸入信號(hào)、BQ147為100%時(shí)輸入信號(hào)、BQ133為空箱時(shí)輸入信號(hào)。

圖1 集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)電路圖

3.2 集便系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

集便裝置工作狀態(tài)的主要壓力指標(biāo)有兩個(gè)，通過(guò)兩個(gè)監(jiān)測(cè)儀傳感器采集顯示，具體接線如圖2、圖3所示，其中壓力傳感器負(fù)責(zé)采集集便裝置工作主要驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的氣源壓力指標(biāo)，把壓力傳感器安裝在汽水分離器OUT口外面并固定好，壓力傳感器正線接在線排2號(hào)24V+，負(fù)線接在6號(hào)24V-，信號(hào)線為0～10V輸出信號(hào)接在工控機(jī)AD01線座。壓力傳感器監(jiān)測(cè)集便裝置氣路控制系統(tǒng)的壓力值，輸出4～20mA的電流信號(hào)到工控機(jī)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為監(jiān)測(cè)儀過(guò)程控制及監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷提供氣路系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。另真空傳感器負(fù)責(zé)采集集便系統(tǒng)工作狀態(tài)反饋的真空度指標(biāo)，為了實(shí)時(shí)采集分析集便系統(tǒng)的壓力，把真空傳感器安裝在原真空表位置，真空傳感器正線接在線排3號(hào)24V+，負(fù)線接在6號(hào)24V-，信號(hào)線為0～10V輸出信號(hào)接在工控機(jī)AD03線座。真空傳感器監(jiān)測(cè)集便裝置真空發(fā)生器抽取污物箱的真空值，輸出4～20mA的電流信號(hào)到工控機(jī)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為監(jiān)測(cè)儀過(guò)程控制及監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷提供真空值數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖2 壓力傳感器接線圖

圖3 真空傳感器接線圖

3.3 采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)

集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀通過(guò)對(duì)集便裝置電氣線路電壓電流判斷電氣元件動(dòng)作情況，通過(guò)加裝的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)工作情況，通過(guò)軟件編程處理，以數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、估計(jì)與識(shí)別等加工處理，從而達(dá)到提取集便裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)判斷系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，達(dá)到集便裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析的目的。

4 監(jiān)測(cè)儀功能實(shí)現(xiàn)

4.1 集便裝置系統(tǒng)監(jiān)控

集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀需要對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控顯示，可直觀顯示集便裝置主要的系統(tǒng)動(dòng)作狀態(tài)，包括沖洗、沖水、抽真空、排污閥打開(kāi)、排污閥關(guān)閉、保壓、低真空故障都可進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，便于檢修作業(yè)者實(shí)時(shí)了解集便裝系統(tǒng)運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)不良狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)處理。壓力值和真空壓力值可直觀的在顯示屏上顯示，采用0～10V模擬量輸入，通過(guò)轉(zhuǎn)換公式提升顯示精確度，誤差值為0.005。集便裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面主要項(xiàng)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

4.2 集便裝置功能監(jiān)控及報(bào)警值設(shè)定

對(duì)集便裝置的主要功能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并設(shè)定報(bào)警值：沖洗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)集便器沖洗動(dòng)作進(jìn)行計(jì)時(shí)，沖洗過(guò)程6s；抽真空時(shí)長(zhǎng)，對(duì)集便器抽真空進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)超時(shí)進(jìn)行低真空?qǐng)?bào)警，對(duì)抽真空過(guò)短的也進(jìn)行報(bào)警，可手動(dòng)設(shè)置報(bào)警值，設(shè)定值為120s以內(nèi)；保壓時(shí)長(zhǎng)，對(duì)真空發(fā)生器停止抽真空進(jìn)行保壓時(shí)計(jì)時(shí)；真空漏泄量，對(duì)保壓后的真空度進(jìn)行監(jiān)控，12min內(nèi)漏泄量大于≤3kPa時(shí)進(jìn)行報(bào)警；檢漏值設(shè)定，保壓狀態(tài)下漏泄量≤設(shè)置好的數(shù)值，此時(shí)進(jìn)行報(bào)警；漏泄報(bào)警設(shè)定，由于真空開(kāi)關(guān)采用機(jī)械感應(yīng)動(dòng)作式，每個(gè)集便器真空開(kāi)關(guān)動(dòng)作值都有少許誤差，可通過(guò)此設(shè)置設(shè)定從某個(gè)壓力值開(kāi)始監(jiān)測(cè)泄露；高壓報(bào)警設(shè)定，真空開(kāi)關(guān)行程為-26kPa至-30kPa，超過(guò)-30kPa后進(jìn)行報(bào)警。

4.3 集便裝置故障顯示

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)集便裝置系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)比對(duì)判斷集便裝置功能狀態(tài)，顯示當(dāng)前故障，可顯示風(fēng)源壓力低于350kPa的風(fēng)源故障、12min內(nèi)真空上升3kPa的真空不保壓故障、低真空?qǐng)?bào)警、抽真空時(shí)間過(guò)短、真空壓力過(guò)高等集便裝置系統(tǒng)發(fā)生過(guò)故障。

4.4 集便裝置故障模擬

通過(guò)操作顯示屏系統(tǒng)故障檢測(cè)界面，如圖5所示，通過(guò)觸摸系統(tǒng)故障模擬檢測(cè)的80%試驗(yàn)、箱滿試驗(yàn)，超時(shí)試驗(yàn)、低真空試驗(yàn)?zāi)M故障檢測(cè)集便裝置功能情況，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)功能試驗(yàn)可將集便裝置沖洗、沖水、抽真空、排污閥開(kāi)閉進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到對(duì)集便裝置主要功能進(jìn)行全面測(cè)試的目的。

圖5 集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀故障模擬及功能試驗(yàn)界面

4.5 監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)管理

監(jiān)測(cè)儀可對(duì)集便器每一次抽真空動(dòng)作進(jìn)行記錄，通過(guò)最近歷史數(shù)據(jù)可快速發(fā)現(xiàn)集便器抽真空保壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題。對(duì)每一次故障報(bào)警進(jìn)行記錄，同時(shí)在PLC內(nèi)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)U盤(pán)下載的數(shù)據(jù)信息，可在電腦上通過(guò)HMI數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽器查看該車(chē)的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)通過(guò)EXCEL工作表可查閱集便裝置監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)，輔助分析故障具體原因。

5 結(jié)論

集便裝置車(chē)載監(jiān)測(cè)儀的研究能夠進(jìn)一步完善集便裝置途中偶發(fā)性故障記錄并在庫(kù)內(nèi)進(jìn)行及時(shí)解決避免帶病出庫(kù)，同時(shí)對(duì)集便裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集也可以讓維修保養(yǎng)部門(mén)掌握集便裝置的性能狀況，便于實(shí)時(shí)進(jìn)行維護(hù)調(diào)整，減少在運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)故障的機(jī)率，提高旅客列車(chē)集便器的故障修復(fù)率以及設(shè)施的完好率，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路客車(chē)集便裝置進(jìn)行車(chē)載監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。