失知保护系统设计与基于Multiprog中间件的算法实现

刘晨勇

摘要：失知保护是机车控制系统的重要组成部分，使机车能保持安全稳定的运行。国内机车上现有警惕装置功能单一，灵活性小，且易于规避。本文综合现有警惕控制模式的优点，提出一种通用性强，伸缩性好的新型失知保护策略，并实现了基于IEC 61131编程模型的Multiprog中间件封装。

关键词：失知保护；机车控制；IEC 61131

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0155-03

Design of Vigilant System and Realization of Algorithm Based on Multiprog Middleware

Liu Chenyong

（ZHUZHOU CRRC TIMES ELECTRIC CO.，LTD，Hunan Zhuzhou，412001）

Abstract：The vigilance is an important part of the locomotive control system， which keeps the locomotive running safely and stably. The existing vigilance device on domestic locomotive is simple， flexible and easy to evade. This paper combines the advantages of the existing vigilance control model， proposes a new vigilant strategy with good versatility and scalability，and realizes the Multiprog middleware encapsulation based on IEC 61131 programming model.

Key Words：Vigilance； Locomotive control； IEC 61131

1 概述

失知系统旨在保障铁路机车、城轨或高速列车司机在行驶过程中始终保持警觉状态，如果系统检测到在一段连续时间内缺少司机的人为干涉活动，失知系统将触发报警装置（通常伴随声光）直到切断牵引动力，触发紧急制动停车，确保车辆的安全运行。

通常国内机车上的警惕装置功能比较单一[1]，难以满足出口机车对安全运用的要求。因此，在集成目前国内警惕保护控制策略优点基础上，设计出一种通用的模块化、自动化、智能交互的新型失知保护系统，以进一步完善机车的整体安全性能，更好的打开机车的国际市场。

2 控制策略

现有警惕装置设计原理主要分为静态持续触发和动态周期触发两种，各有局限[2][3]。静态模式下的初级安全系统很容易被司机用其他方式规避，造成系统失效。动态模式下的进阶安全系统通常灵活性较小，专用性强。因此，基于两种控制模式的优点，扩展出一种通用性较强，伸缩性较好的失知保护系统。

2.1 设计原理

新型失知系统主要由人机交互装置、活动装置和逻辑控制单元组成。人机交互装置通常由智能显示屏、声光报警装置、踏板、按钮等信号组成，实现活动信号输入、预警提示与系统设置。活动装置是最终执行安全状态的元件，用于切断机车动力，实施紧急制动或达到制动零界的状态。逻辑控制单元是整个系统的核心，负责接收人机交互装置的信号或指令，对机车的失知状态进行综合逻辑判定，实施保护策略，并输出信号至活动装置执行。

相比传统的警惕保护装置，进行了改进，主要有以下特点：①可选货运和客运两种模式；②可选有限隔离和完全隔离模式；③可选单机和重联模式；④活动信号扩展为主生命信号和自动生命信号。保护策略流程如图1。

2.1.1 系统启动与关闭

当机车速度>6.4km/h，同时制动缸压力≤179kPa，系統启动保护；当不满足速度或制动缸压力条件，或机车处于重联补机，或保护已切除时，系统关闭保护。

①有限隔离模式下切除该安全系统，如果机车速度超过戒备速度20km/h，则自动切断机车动力，并在显示屏上报警提示；

②完全隔离模式下切除该安全系统，经授权后可解除戒备速度限制；

③机车连挂或重联时位于补机，系统保护自动关闭，由重联本机联锁控制。

2.1.2 系统失效

系统发生故障，则间歇500ms驱动警惕报警音，持续20s后机车进入安全状态（切断牵引动力，紧急制动）。

2.1.3 零级警惕

触发：持续1s没有检测到主生命信号（警惕踏板信号），则驱动警惕报警音和报警灯。

复位：零级警惕触发后，若2s内重新检测到主生命信号，则驱动警惕报警音静音，驱动警惕报警灯熄灭，否则机车进入安全状态。

2.1.4 一级警惕

触发：持续在许可周期T时间内没有检测到主生命信号处于活动状态或自动生命信号，则驱动警惕报警音500ms后静音，驱动警惕报警灯。

①许可周期T（客运）：

（1）T=30s，6.4km/h≤V≤53.6km/h；

（2）T=1609.34/V，V>53.6km/h；

②许可周期T（货运）：

（1）T=70s，6.4km/h≤V≤41.3km/h；

（2）T=2896.82/V，V>41.3km/h；

③释放并重新踩下踏板视为主生命信号一次活动；自动生命信号包括撒砂、喇叭、警惕按钮、前照灯开动作等。

复位：一级警惕触发后，若2.5s（客运）/10s（货运）内检测到主生命信号一次活动，则驱动警惕报警灯熄灭，否则进入二级警惕。

2.1.5 二级警惕

触发：一级警惕触发后，持续时间>2.5s（客运）/10s（货运），驱动警惕报警音和报警灯。

复位：二级警惕触发后，若2.5s（客运）/10s（货运）内检测到主生命信号一次活动，则驱动警惕报警音静音，驱动警惕报警灯熄灭，否则机车进入安全状态。

2.1.6 系统复位

当机车进入安全状态持续时间>30s，机车完全停止，同时机车方向处于中立位，系统复位，机车允许重新加载。见表1、表2。

2.2 中间件设计

Multiprog基于IEC 61131编程模型[4]，提供大量强大，实用的函数封装库，易于用户快速实现复杂的自动化控制。

将上述控制策略的失知系统封装成Multiprog中间件，向应用层提供输入与输出接口，调用封装好的用户库agt_lib.mwt，可快速实现相应失知保护功能。

图中描述的是已封装用户库中核心的功能块，例如IO采集模块提供失知保护逻辑输入与输出；计算客运或货运模式的许可周期，判定系统是否失效；一级与二级警惕控制算法逻辑封装等。 见图1、图2、图3。

3 结语

上述失知保护策略可移植性与实用性较强，特别适用于海外出口机车应用。基于该策略的保护系统已在中车出口阿根廷内燃机车上实现了批量装车运用，得到了海外客户的一致好评。

参考文献

[1]廖忠文，孟玉发.出口机车警惕装置设计[J].机车电传动，2008，（5）：33-34.

[2]吴军，王鑫.HXD3型机车司机警惕功能的优化改进[J].机车电传动，2012，（2）：89-90.

[3]谢兴中，徐盛火.LKJ司机警惕监控系统设计与实践[J].机车电传动，2011，（5）：65-68.

[4]IEC 61131-3.Programmable controllers-Part3.2003.endprint