周鈺琳，王詩航，高鋒周，羅邱冰

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 421000)

1 磁浮列車調(diào)試中的問題

磁浮列車具有快速、低耗、環(huán)保、安全等優(yōu)點，為保證其安全可靠性，在車輛下線前需要經(jīng)過充分的調(diào)試工作。目前在磁浮列車調(diào)試工作開展過程中主要存在以下問題。

1)磁浮列車底架設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測難度大。磁浮列車底架設(shè)備包括懸浮控制器、導(dǎo)向控制器、渦流控制器、輔助電源設(shè)備等，均為列車運(yùn)行過程中的重要關(guān)鍵部件設(shè)備。底架設(shè)備狀態(tài)正常與否直接影響磁浮列車的正常運(yùn)行，在列車運(yùn)行和調(diào)試檢修過程中，磁浮列車的底架設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控十分重要。

常規(guī)的城軌列車部件監(jiān)測方式是在被監(jiān)測設(shè)備附近安裝監(jiān)測探頭，對被監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時采集和監(jiān)控，如軌旁監(jiān)測[1]、走行部監(jiān)測[2]等。然而，由于磁浮列車底架空間有限、設(shè)備數(shù)量繁多、設(shè)備布置緊湊、結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，導(dǎo)致常規(guī)的城軌列車部件監(jiān)測方式無法適用于磁浮列車。

2)磁浮列車調(diào)試智能化程度低。磁浮列車在車輛下線前，需要經(jīng)過充分的調(diào)試工作，保障列車的正常運(yùn)行。目前在調(diào)試工作開展過程中，列車設(shè)備狀態(tài)診斷和調(diào)試基本依靠目視檢查與人工操作，智能化程度低，效率低下。其中，列車的硬線IO節(jié)點狀態(tài)檢查是調(diào)試階段的一個重要環(huán)節(jié)，該項確認(rèn)正常后，才能進(jìn)入下一道工序。目前的調(diào)試方法是技術(shù)人員操作軟件設(shè)置IO信號的閉合和斷開，調(diào)試人員在車輛上配合進(jìn)行IO狀態(tài)確認(rèn)，通過對比預(yù)期狀態(tài)和實際狀態(tài)來判斷線路是否正常。一臺4編組的列車，500個IO信號在狀態(tài)正常的情況下，全部檢查完成平均需要15個工時；如果由于接觸不良、虛接等情況，或由于員工交叉作業(yè)出現(xiàn)誤操作等造成線路發(fā)生故障的現(xiàn)象，調(diào)試則需要更長的時間。

2 解決方案

針對上述問題，本文設(shè)計了一種磁浮列車診斷與調(diào)試平臺，接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實現(xiàn)對底架設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和調(diào)試輔助功能，對于磁浮列車生產(chǎn)和售后維護(hù)具有重大意義。

1)利用現(xiàn)有設(shè)備對底架設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控。針對磁浮列車底架空間不足以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致底架設(shè)備監(jiān)測困難的問題，考慮在不增加設(shè)備的前提下，利用底架設(shè)備已有的網(wǎng)絡(luò)配置，將底架設(shè)備狀態(tài)通過CAN網(wǎng)通信，傳輸至診斷顯示平臺進(jìn)行實時顯示。

2)智慧調(diào)試替代機(jī)械性檢查，提高調(diào)試效率。針對磁浮列車調(diào)試以機(jī)械性檢查為主，導(dǎo)致效率低下、錯誤率高的問題，考慮采用調(diào)試輔助軟件輔助調(diào)試的方式，通過調(diào)試輔助軟件強(qiáng)制車載繼電器動作和接觸器加電斷電，替代人工操作，提高調(diào)試效率和準(zhǔn)確性。

本文所設(shè)計的列車診斷與調(diào)試平臺，包括CAN網(wǎng)診斷顯示模塊和調(diào)試輔助單元。CAN網(wǎng)診斷顯示模塊用于實時監(jiān)測列車底架設(shè)備狀態(tài)信息，調(diào)試輔助單元用于模擬信號斷開閉合強(qiáng)制操作，控制車載繼電器動作和接觸器加電斷電，由車載RIOM設(shè)備采集硬線信號，實時傳輸至診斷顯示模塊進(jìn)行對比診斷，智能化輔助調(diào)試工作開展。

3 平臺整體設(shè)計

磁浮列車網(wǎng)絡(luò)控制及診斷系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的新一代網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)TCSN[3]，TCSN的控制診斷網(wǎng)、維護(hù)網(wǎng)統(tǒng)一采用以太網(wǎng)總線相連，底架設(shè)備通過CAN總線進(jìn)行連接，CAN網(wǎng)與以太網(wǎng)之間通過IOM機(jī)箱進(jìn)行中轉(zhuǎn)通信。

基于以上網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將本文設(shè)計的診斷與調(diào)試平臺接入以太網(wǎng)中，通過IOM機(jī)箱進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與CAN網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實時監(jiān)測底架設(shè)備狀態(tài)，并提供調(diào)試功能。本平臺包括診斷顯示模塊與調(diào)試輔助單元，整體設(shè)計如圖1所示。

圖1 磁浮列車CAN網(wǎng)診斷與調(diào)試平臺整體設(shè)計

如圖1所示，底架設(shè)備通過CAN網(wǎng)實時發(fā)送設(shè)備狀態(tài)信息至IOM機(jī)箱，由IOM機(jī)箱進(jìn)行“CAN-以太網(wǎng)”數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，發(fā)送至診斷顯示模塊進(jìn)行顯示；調(diào)試人員操作調(diào)試輔助單元發(fā)送控制指令至IOM機(jī)箱，由IOM機(jī)箱轉(zhuǎn)發(fā)至CAN網(wǎng)總線中，實現(xiàn)對LCU的控制功能，進(jìn)而實現(xiàn)對硬線的控制。

4 調(diào)試輔助單元設(shè)計

調(diào)試輔助單元主要針對列車硬線信號的狀態(tài)進(jìn)行模擬調(diào)試，通過讀取IO信號配置表，生成調(diào)試模擬界面。調(diào)試輔助界面通過軟按鈕的方式，強(qiáng)制網(wǎng)絡(luò)輸出節(jié)點閉合或者斷開，對比列車該節(jié)點預(yù)期狀態(tài)和實際狀態(tài)，判斷硬線狀態(tài)是否正常；另一方面，車輛的IO節(jié)點中，許多信號之間存在邏輯關(guān)系，其中一個信號故障會影響多個故障，或者一個信號故障是由于多個故障引起的?；谝陨鲜聦?，考慮在調(diào)試輔助平臺增加邏輯關(guān)系顯示界面，輔助調(diào)試人員進(jìn)行故障分析，快速定位，提高調(diào)試效率。

4.1 邏輯關(guān)系顯示

邏輯關(guān)系界面顯示IO信號的邏輯關(guān)系，在設(shè)備故障時，為調(diào)試檢修人員提供關(guān)鍵的排查故障思路，減少因先驗信息缺失而導(dǎo)致的盲排操作。通過讀取信號配置表，生成邏輯關(guān)系界面如圖2所示：IO邏輯關(guān)系界面通過對輸入信號和輸出信號采用與或非的關(guān)系進(jìn)行顯示，輔助檢修調(diào)試人員快速了解列車信號狀態(tài)和邏輯關(guān)系，在故障發(fā)生時快讀定位故障，及時解決問題。

圖2 調(diào)試輔助單元IO邏輯關(guān)系界面圖

4.2 模擬調(diào)試

調(diào)試輔助單元通過讀取信號配置表的方式，生成調(diào)試操作界面(見圖3)，界面可模擬LCU輸出控制指令，實現(xiàn)車載繼電器動作和接觸器加電斷電，通過車載RIOM設(shè)備采集相應(yīng)的硬線信號，并將采集信號實時傳輸至診斷顯示模塊進(jìn)行實時監(jiān)測。

如圖3所示，每個信號右側(cè)配備一個軟按鍵，調(diào)試過程中，操作人員通過點擊軟按鍵，設(shè)置該信號閉合或斷開(0代表斷開，1代表閉合)，點擊“測試”按鈕，即可發(fā)送本界面設(shè)置好的指令。調(diào)試人員對比診斷顯示模塊顯示的硬線信號狀態(tài)和預(yù)期狀態(tài)，即可判斷該條信號狀態(tài)是否正常。

圖3 自動生成模擬調(diào)試界面圖

5 CAN網(wǎng)診斷顯示模塊設(shè)計

CAN即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是一種全數(shù)字化、多主和雙向的現(xiàn)場總線。CAN總線在數(shù)據(jù)通信的可靠性、數(shù)據(jù)通信實時性以及數(shù)據(jù)通信的靈活性方面具備強(qiáng)大的優(yōu)勢，其與以太網(wǎng)的組合構(gòu)成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具備高實時性和高可靠性[4]。

基于以上網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，CAN網(wǎng)底架設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過CAN網(wǎng)傳輸至IOM機(jī)箱，IOM機(jī)箱進(jìn)行CAN網(wǎng)數(shù)據(jù)至以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，發(fā)送至診斷顯示模塊進(jìn)行實時顯示，診斷顯示模塊界面布局如圖4所示。

圖4 診斷顯示模塊基本布局

圖4中，標(biāo)題區(qū)顯示本車車號、當(dāng)前界面名稱和時間信息。基本信息區(qū)顯示各子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，可通過點擊設(shè)備選擇區(qū)按鈕進(jìn)行切換，顯示不同設(shè)備的狀態(tài)信息。故障信息顯示區(qū)顯示實時故障信息，司機(jī)點擊確認(rèn)按鈕后進(jìn)入下一條故障。底部按鈕區(qū)可以選擇不同界面顯示，包括事件信息、懸浮導(dǎo)向、電網(wǎng)和IO邏輯關(guān)系等。

6 應(yīng)用效果

本平臺應(yīng)用在200 km/h中速磁浮項目中，實現(xiàn)了由平臺輔助調(diào)試代替人工操作的方式，進(jìn)行LCU網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢測的智能化調(diào)試。

應(yīng)用本平臺之前，一列4編組的列車，在有500個IO節(jié)點的情況下，平均需要2個工人，花費18個工時完成整列車IO節(jié)點檢測。應(yīng)用本平臺后，同樣在一列4編組的列車，有500個IO節(jié)點的情況下，只需要1個工人，平均花費4個工時完成整列車IO節(jié)點檢測，大大提高了調(diào)試檢修效率。

除此之外，該平臺的底架設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能對于底架設(shè)備的調(diào)試檢修效率也不同程度的提升。

7 結(jié)語

本文設(shè)計了CAN網(wǎng)診斷與調(diào)試平臺，包括CAN網(wǎng)診斷顯示模塊和調(diào)試輔助單元2個部分。

調(diào)試輔助單元通過讀取信號配置表的方式，生成可視化界面，可對IO信號進(jìn)行邏輯關(guān)系顯示，并模擬LCU輸出指令強(qiáng)制節(jié)點閉合或者斷開，輔助開展調(diào)試工作，解決了磁浮列車調(diào)試人工操作為主導(dǎo)致的效率低下、錯誤率高的問題。

CAN網(wǎng)診斷顯示模塊主要對磁浮列車的底架關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)視，如懸浮控制器狀態(tài)、導(dǎo)向控制器狀態(tài)、渦流控制器狀態(tài)、電網(wǎng)電壓電流以及LCU的IO狀態(tài)等，輔助司乘人員進(jìn)行列車狀態(tài)觀測診斷，解決了由于磁浮列車底架空間有限、設(shè)備繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的底架設(shè)備監(jiān)測困難的問題。

綜上所述，該平臺以可視化的界面，在不增加底架設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成了對底架設(shè)備的實時監(jiān)控，以信息化手段替代人工操作開展調(diào)試工作，具備可移植、便于擴(kuò)展的優(yōu)勢，可應(yīng)用在出廠調(diào)試檢修和售后維護(hù)中，應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，簡化了調(diào)試流程，提高了調(diào)試效率，使得調(diào)試過程從人工走向了數(shù)字化、智能化。