刘 新，安世龙，王俊龙，任玉玺
(中车齐齐哈尔车辆有限公司 技术开发中心，黑龙江 齐齐哈尔 161000)
利用列车制动静置试验台可以对铁路车辆的列车制动性能进行试验研究，国内外的列车制动静置试验台对这方面的研究都发挥了重要作用。传统的列车制动静置试验台均采用1∶1列车实际制动管路和制动阀、风缸、气室系统制造，可以进行任意编组辆数的试验，但不能进行多点操控模式试验。
本文提出了一种列车制动性能试验台测控系统设计方案，该测控系统在实现传统制动静置试验台功能基础上，增加了双操控台联动控制功能，配备功能强大的数据采集系统，具有多点操控、适应多种制式控制阀、手动/自动2种控制模式、分布式模块化采集系统等显著优势。
测控系统需能够进行各型控制阀不同工况下列车制动性能试验，全面、准确地反映出列车在各种工况下的制动性能，测试或评估各种条件下各类型制动机性能指标，为列车在安全性能、制动性能等方面的改进提供依据。测控系统具体试验功能设计如下：
(1)漏泄试验；
(2)各级减压量常用制动试验；
(3)常用制动安定试验；
(4)常用制动感度试验；
(5)常用制动保压试验；
(6)阶段制动试验；
(7)常用转紧急制动试验；
(8)缓解试验。
测控系统整体布局设计如图1所示，主要包括主操控台、移动操控台和数据采集系统3部分。
图1 测控系统整体布局
(1) 主操控台固定布置于机械台体前方，由地沟和机械台体桥架引入数据线和供电进线；
(2) 移动操控台放置于两机械台架中间通道上，试验时可根据具体编组需要移动停放，管路接入机械台架；
(3) 主操控台和移动操控台通过地沟风源接口接入风源；
(4) 分布式采集柜根据传感器位置分布在机械台架上，通过机械台架预留地沟引入数据线和供电进线；
(5) 数采系统采用分布式结构布置，采集柜内设置数据采集系统，采集的数据通过网络上传到主操控台。
列车制动性能试验台测控系统工作原理如图2所示，操控台通过司机控制器和指令转换器或工控机和CAN模块发出信号控制机车制动机，制动机将接收的电信号转化为空气信号，控制试验台机械系统实现充气、制动、缓解等动作。
图2 测控系统工作原理图
分布式采集柜中的采集系统将传感器采集的数据通过网络实时传输到操控台的工控机中，供主操控台与移动操控台调用与处理；
操控台可通过PLC模块控制分布式采集柜中的电磁继电器，继而控制机械系统中的模拟排风模块，实现模拟泄漏试验。
测控系统硬件主要包括控制系统及采集系统两部分，控制系统完成试验过程控制，采集系统采集试验过程中各检测点的试验数据。
4.1 控制系统
控制系统主要由主操控台和移动操控台两部分组成，两操控台通过有线网络连接，负责控制信号的输出和采集信号的存储与处理，可单独控制或协同工作。
4.1.1主操控台
主操控台内系统组成包括：上位机、CAN通信模块、PLC模块、制动机及司控器等，负责采集柜采集信号的处理、PLC控制信号的输出以及通过CAN总线控制机车制动机，实现对列车管压力的控制。
图3为主操控台示意图，面板配置测控系统显示屏、试验系统显示屏、司控器、制动显示屏、上电断电相应指示灯、急停按钮和USB接口等。测控系统显示屏与试验系统显示屏尺寸均为63.5 cm，测控系统显示屏用来显示监控压力、制动缸位移量及DI/DO监控等试验实时数据，试验系统显示屏用于对试验系统的手动操作与界面控制。
图3 主操控台示意图
4.1.2移动操控台
移动操控台用于模拟从控机车，与主操控台配合模拟双机车控制模式。操控台包括上位机、CAN通信模块及简化版机车制动机等，采用上位机模拟司控器及CAN模块直接对机车制动机进行控制。
图4为移动操控台示意图，面板配置63.5 cm显示屏，用于试验控制与数据显示，还配有制动显示屏、上电断电指示灯、急停按钮和USB接口等。
图4 移动操控台示意图
移动操控台可以根据试验需要连接在制动单元组中任意2个单元之间，将电源线及网线就近接入两侧采集柜后即可与主操控台进行通信，读取采集信号和发出控制PLC输出信号。
4.2 采集系统
由于列车制动性能试验台需要使用大量传感器且传输距离较远，考虑布线及检修方便，测控系统采用分布式采集方案，分布式采集整体布局美观、硬件布置灵活、检修维护容易，更改或新增传感器布置更容易实现。
4.2.1采集系统布置
采集系统为分布式结构(图5)。根据传感器的位置分设8个采集柜，采集柜之间采用串行总线连接，采集柜内设置数据采集系统，负责采集各风缸的压力信号和制动缸位移信号，并将采集到的数据通过网络上传到主操控台和移动操控台。
图5 分布式结构
采集柜内还设有电磁继电器，可以接收PLC发送的指令，控制机械台架上的排风电磁阀，完成模拟泄漏测试。
1）协同处理方案是最彻底的厂内消耗途径，既实现了渗沥液零排放，又避免了炉膛温度的骤降、波动以及对蒸汽量、产电量的影响。同时浓缩液回喷入炉对抑制NOx的生成具有正面作用。
4.2.2采集终端配置
为了满足试验测试需求，检测操控台制动机工作状态，采集各车辆相关风缸测试数据，采集终端设置空气压力传感器及位移传感器，采集两操控台内制动机的风源、列车管、均衡风缸以及各车辆列车管、副风缸、制动缸等位置空气压力及位移数据。传感器布置情况如表1所示。
表1 传感器布置情况
5.1 软件功能设计
针对相关标准的试验方法要求，基于LabVIEW平台编写上位机软件，以实现试验过程控制，试验数据采集、存储，试验记录查询，试验报表打印等功能。试验台软件采用模块化设计，界面美观，易于理解。主操控台与移动操控台采用相同软件架构，数据采集系统以及PLC模块的数据通过通信总线在2套软件中进行交互。
软件具有的主要功能有：(1)权限管理；
(2)曲线绘制、压力值显示；
(3)数据分析；
(4)自动试验过程控制；
(5)试验报表生成、打印；
(6)试验结果存储；
(7)历史数据查询。图6为系统功能框图。
图6 系统功能框图
5.2 软件界面设计
为满足试验过程的控制及显示需求，以实用与美观为原则，设计了多个软件人机交互界面，其中主要的界面及功能如下。
5.2.1登录界面
登录界面是软件启动界面，由此界面输入用户名、密码后登录控制系统。
5.2.2试验过程控制界面
登录成功后，进入试验过程控制界面。此界面为程序的主控界面，根据显示内容不同分为多个区域，功能包括试验台名称及公司logo显示；
登录用户显示；
数据采集界面显示切换；
打开权限管理和标定功能界面；
试验基本信息设置；
试验项目选择，试验开始停止，软件退出；
根据选择试验项目子面板显示；
制动机控制模式切换；
空气制动及电空制动基本控制；
制动机压力信息显示；
排风电磁阀控制区域。
5.2.3数据采集界面
由此界面曲线设置部分可以进入传感器选择界面，根据选择的传感器配置曲线名称，选择要显示的曲线。同时，可以对曲线图进行图像锁定、颜色转换、截图等操作。可以设定采集的频率，设置保存数据文件的名称，开始和停止数据的采集。
5.2.4传感器配置界面
传感器配置界面可以根据试验需要手动配置使用的传感器，并将配置方案保存为独立文件，也可以载入历史配置文件。
5.2.5传感器标定界面
传感器标定界面可以根据传感器校验结果对传感器的零点和系数进行设置。
5.2.6用户权限管理界面
软件具有权限管理功能，设计有不同等级的用户权限，以不同的权限登录，可使用的功能不同。通过此界面可以添加和删除用户。
本文设计了一套列车制动性能试验台测控系统，配置稳定的数据采集系统和功能齐全的软件平台，与机械系统相结合形成功能完备的列车制动性能试验台。
测控系统设计充分借鉴了国内外同行业经验，技术成熟、性能可靠，操控方式灵活，适应重载货车、快捷货车复杂编组试验需要；
预留测试验证接口，满足未来制动技术发展需要；
测试系统功能完善、传感器布置合理，满足常规列车制动试验、新型控制阀验证试验等试验需要；
传感器接口丰富，测点灵活转换，适应各种复杂编组工况列车制动性能测试。
列车制动性能试验台测控系统研制完成，可以为新型控制阀性能评估和列车制动性能试验研究提供可靠的试验装备，提升制动系统产品研发和试验研究能力，推动制动技术进步。
猜你喜欢试验台测控分布式血管吻合试验台的研制及试用现代仪器与医疗(2022年3期)2022-08-12基于RTDS的分布式光伏并网建模研究湖南电力(2022年3期)2022-07-07一种潜水泵试验台的测控系统设计与实现防爆电机(2021年3期)2021-07-21GATRI18CF型侧翻试验台的静态载荷分析装备制造技术(2020年11期)2021-01-26昆山祺迈测控设备有限公司中国船检(2020年11期)2020-11-27基于预处理MUSIC算法的分布式阵列DOA估计制导与引信(2017年3期)2017-11-02基于现代测控技术及其应用分析山东工业技术(2016年15期)2016-12-01虚拟仪器技术在农业装备测控中的应用山东工业技术(2016年15期)2016-12-01向着新航程进发——远望7号测控船首航记录太空探索(2016年12期)2016-07-18基于DDS的分布式三维协同仿真研究雷达与对抗(2015年3期)2015-12-09