列车智能制动试风系统的设计

刘德玉 龙振华

（湖南工业职业技术学院电气工程系，湖南 长沙 410208）

列车智能制动试风系统的设计

刘德玉 龙振华

（湖南工业职业技术学院电气工程系，湖南 长沙 410208）

列车智能制动试风系统是通过可编程控制器、工控机、压力检测等进行无线组网，完成对火车制动装置安全系数的高低检测，从而完成每一列火车到站后或出站前制动系统的检验，降低列车因制动系统出现故障而引起的列车事故。

制动；试风系统；可编程控制器；事故

引言

随着经济的迅速发展，人口流动日趋频繁，对公共交通的效率和质量要求越来越高，加快了铁路、公路等交通的信息化、数字化的发展；火车等运行工具的速度往上提，其数量也大大增加。而每一列车辆在某一站点进行进站后或出站前，都要求进行车辆制动系统的试风检测，把制动系统中将可能出现的问题及时检验出来，并马上解决，把因制动系统而造成的事故隐患降到最低。而在现用的列车试风系统中，采用原有的老式试风系统，存在以下缺点：一是老系统有实验速度慢，不能多辆车同时实验；二是一辆车的试风试验，还需要多名现场人员参与，实验参数不能及时的保存数据和打印存档等问题。由于以上问题，使铁路、公路运输面临着严重的安全隐患。如车辆多时，实验缓慢，工作效率低，车辆停靠的时间增加，现场人员的工作强度增加，很容易造成人员的疲劳，人为的误操作就多；铁路、公路等交通工具的各类安全问题也相应的出现，如脱轨、段钩事故屡见不鲜，其中不少事故是在列车制动工况下发生的。因此随着国内经济的发展，铁路，公路交通的增加，原有的试风系统已不能满足现有的试验条件。

针对以上出现的问题，本文设计了一套列车智能制动试风系统。此系统通过无线组网，把各模块有机的组合在一起，拓展性好、系统的安全性和实时性好、劳动强度低，很好的解决以上问题。

1.列车智能试风系统总体设计

列车智能试风系统框图如图1所示，由中心控制台、试风子系统、列尾检测器和无线通信模块4部分组成。中心控制台主要作用是通过接收到某辆列车以进站或需出站的信息，向对应的试风子系统下达试验指令，通过无线模块接收列尾、列首、气源等各部分的压力值，向对应的试风子系统发出各类试风试验指令，自动判断减压量，显示试验过程及状态，自动保存试验数据供打印，并自动显示出列车制动系统的好坏。试风子系统是列车智能试风系统执行者，接收到试风指令后，通过控制器自动控制气动阀门，控制列车管充风、排风；检测列车管压力来完成各类试风制动试验。列尾检测器主要作用是检测列车管压力，向中心控制台提供压力数据。无线模块是把中心控制台、试风子系统、列尾检测器有机的组合联网，把整个系统有机的组合，完成不同长度列车的试风试验。

列车智能试风系统所针对的对象是不同类型，不同长度，不同车次的列车。列车不同，完成的试风试验也不相同。此系统通过无线模块和中心控制台，试风子系统有机的结合，很好的解决不同列车试风试验的要求。

2.主要模块设计

2.1 中心控制台

中心控制台是一个管理、操作平台，主要作用是通过接收到某辆列车以已进站或需出站的信息，向对应的试风子系统下达试验指令，通过无线模块接收列尾、列首、气源等各部分的压力值，向对应的试风子系统发出各类试风试验指令，自动判断减压量，显示试验过程及状态，自动保存试验数据供打印，并自动显示出列车制动系统的好坏。中心控制台由一台电脑，一台打印机和无线收发装置三部分组成。电脑中安装自行设计的管理软件，完成各种指令的下达，试验数据的显示，图形显示和数据的保存打印等工作。管理界面如图2所示。

图2 管理界面

2.2 试风子系统

试风子系统是试风系统中的执行者，由无线模块、触摸屏、欧姆龙PLC控制器、电磁阀系统、气动管路系统、压力检测单元和无线收发装置组成。当无线模块接收到由中心控制台下达的试验开始指令后，通过触摸屏把下达的指令传送到欧姆龙PLC控制器，控制器控制电磁阀系统中的六个电磁阀，从而控制气源对车辆管充压，通过压力大小不同，压力曲线的不同，从而完成不同的试验。车辆管中的压力大小通过压力检测器采集到列车车头、气源、均衡缸等部分压力值，反馈给PLC控制器。通过压力值，PLC控制器，自动的完成各类试验，并把相关数据传送给触摸屏，触摸屏在把数据通过无线模块传送给中心控制台进行显示和保存。试风子系统结构如图3所示。

图3 试风子系统结构图

结构图中的PLC控制器是试风子系统中的主要组成部分，采用欧姆龙CPM1A-20CDR型PLC和CPM1A-MAD02-CH模拟量模块组成。通过接受来自中心控制平台的安定、感度、泄露、简略等试验开始指令，PLC自动完成相关的试验。并把相关的数据传送给中心控制平台，中心控制平台根据传送来的数据，自动的判断列车的制动系统的质量优劣，并记录、保存和打印。

结构图中的触摸屏作用是手动操作管理平台。是采用LJD-eWin7000触摸屏，拥有32位ARM920T高速处理器内核。速度快，完全满足试风系统中的数据传送速度。此触摸屏是一款基于Windows CE操作系统下的控制平台。完全支持用户采用的C++、C#等编程工具所开发的用户软件，方便开发手动操作管理程序，完成现场手动操作、数据传送、指令下达等功能。

2.3 列尾检测器

列尾检测器是检测列车尾部的车辆管压力值。以C8051F020为核心，以ADS7818串行A/D转换器采集芯片与无线通信模块为桥梁，配合压力传感器有机结合，把列车尾部的压力值，发送给试风子系统和中心控制台。

2.4 无线通信模块

由于车辆长短不一，在测量车辆尾部的压力、试风子系统、中心控制台之间进行数据交互时，不适合光纤、同轴电缆等有线传输，而采用XBee-PRO?射频模块。此模块的设计符合IEEE 802.15.4标准并且支持低成本、低功耗的无线传感器网络。此模块仅需很低的供电并且在设备间提供可靠的数据传输。户外视距高达1.6 km(1英里)，完全满足车辆列尾压力的无线检测。利用C8051F021单片机高速度、低功耗、性能强的特点，做为XBee-PRO?射频模块的管理芯片，与之组合成一个完整的无线通信模块。

3.软件设计及组网

列车智能试风系统的软件设计，主要涉及到三个主要方面，一是中心控制台的管理平台设计；二是触摸屏上的手动控制管理平台及数据交互的设计；三是试风子系统中的PLC控制器的软件设计。

中心控制台及触摸屏管理平台都采用C#设计。C#（C Sharp)是微软(Microsoft)为.NET Framework量身订做的程序语言，C#拥有C/C++的强大功能以及Visual Basic简易使用的特性，是第一个组件导向(Component-oriented)的程序语言，和C++与Java一样亦为对象导向程序语言。它使得程序员可以快速地编写各种基于MICROSOFT.NET平台的应用程序，MICROSOFT.NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。设计的界面友好,使用方便。中心控制台管理界面如图2，触摸屏管理界面如图4所示。

图4 触摸屏管理界面

PLC控制器是试风系统的关键部分，所有的试验都是靠PLC控制器完成。PLC控制器主要完成的试验有泄漏试验、感度试验、安定试验、简略试验、关门车充风试验、关门车减压试验、关门车缓解试验等多个试验，不同的试验对应不同的车辆车次。下面就以小于60辆的列车来介绍。

图5 500KPA的感度试验压力曲线图

小于60辆的列车试验，又可以分为500KPA感度试验、500KPA泄漏试验、小于500kPA安定试验、小于500KPA简略试验和其他一些自动试验，每种试验对应的压力曲线不同。500KPA的感度试验压力曲线图如图5所示。从启动开始，每种试验有急充风、缓充风、减压、保压、缓解和完成等步骤。整个试风系统的压力曲线多，采用模块化设计，分步设计的原则设计设计整个程序。程序流程图如图6所示。

小结

列车智能试风系统的设计研制与开发是根据用户的需要，利用PLC技术、无线技术研制的，应用方法的提高等，促进了列车试风试验系统的发展。提高了列车作业能力，保障了列车运行安全，是列检作业的重要检验设备。本系统已使用，用户反映列车智能试风系统性能稳定、操作方便、效率高等优点。

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Design of Train Smart Brake Test Wind System

LIUDe-yu LONGZhen-hua

（Depart m entofEl ect ri calEngi neeri ngofH unan Indust ryPol yt echni c,Changsha,410208 H unan）

Thi spaperdevel opst he t rai n sm artbrake t estwi nd syst em whi ch conductwi rel ess net work by program m abl e cont rol l ers,i ndust ri alm achi nes,pressure t est i ng and so on,whi ch det ectt he l eveloft he t rai n brake saf et y f act orand t estt he brake syst em ofeach t rai n af t erarri vi ng orbef ore t he out bound,t oreducet het rai n acci dentt hatt het rai n brakesyst em f ai l urecaused.

brake;t estwi nd syst em;PLC;acci dent

TP21

［文章编号］1671-5004（2012） 01-0014-03

2012-2-18

刘德玉（1982-），男，湖南韶山人，湖南工业职业技术学院助教。