HXN3B型机车实现编组站内调机自动化应用的研究

2019-10-10王恩会

铁路通信信号工程技术 2019年9期

王恩会，刘晶

(1.中国铁路济南局集团有限公司运输部，济南 250007；2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 问题的提出

1.1 问题产生的背景

调机自动化系统是一套应用于编组站的调车机车自动控制系统，实现站内调机信号和信息服务、走行安全监控和自动控制。该系统采用无线通信方式，将调车作业相关的信号、道岔、轨道电路区段状态等作业信息传送到机车上，并在车载人机界面单元上实现调车机车信号和站场联锁信息的实时显示，反映调车车列（含单机）的运行条件。同时，通过对调机运行前方信号和车站相关基本信息的处理，实现车站集中联锁区域内的调车车列（含单机）速度监控，并在驼峰推峰作业中实现机车遥控。

1.2 HXN3B机车

HXN3B 型内燃机车，是中国铁路的交流电传动内燃机车车型之一，由中国中车集团大连机车车辆有限公司研制生产，是在拥有完全自主知识产权的HXN3 型内燃机车基础上，为满足重载货物列车调车需要而研制的大功率重型调车用内燃机车，也可用于小运转等作业。该机车功率大，设计理念先进，其自动化和智能化程度在专用调车机车领域均处于领先地位。2015 年，根据铁总的机车调配规划，济西站配属12 台HXN3B 型机车，用于站内解体、编组等日常作业。

1.3 济西站调车机车自动化需求

济西站作为济南地区最大的编组站，下辖二级六场，是京沪铁路和胶济铁路的交通枢纽，日均作业量达到17 000 辆，最高作业量可达21 000 辆。为了安全、高效的完成车站解编作业量，车站装备了编组站综合自动化(CIPS)、驼峰自动化、计算机联锁等多种行车设备，调机自动化系统就是其中的一种。

驼峰是编组站作业效率的核心。如何高效、安全的完成驼峰解体作业，是保障整个济西站运转效率的关键。而调机自动化系统的驼峰推峰遥控功能，就是通过自动执行驼峰推峰作业，以指定的速度完成自动变速推峰，使整个推峰过程达到响应快速、控制精确的目的。

1.4 存在的困难和问题

由于驼峰推峰过程中，机车的制动调速需要使用机车小闸实现单机制动。传统的东风系列机车采用JZ-7 型空气制动系统。这种系统使用多年，成熟稳定，制动完全靠互相锁闭的空气压力管路构成。

HXN3B 机车使用的是一种较为先进的新型制动系统——CCB-II 型制动系统。有别于以JZ-7 型为代表的单纯依靠手柄调节空气压力进行制动的传统制动系统，CCB-II 型制动系统使用电子电路对空气制动部件进行控制，从而使整个空气制动系统的智能化和自动化均得到较大提升。

但是，由于CCB-II 型制动机电路与风路的复杂特性，使得其扩展能力受到限制。传统的适用于JZ-7 型空气制动系统的控制方法不能适用于CCBII 型制动机，这就限制调机自动化等自动控制系统、辅助驾驶系统在HXN3B 等机车上的运用。

2 解决方案

针对这一现状，必须找到一种能够控制CCB-II型制动机的方法，才能解决调机自动控制系统遇到的问题。

CCB-II 型空气制动机由集成处理模块（IPM）、电子制动阀（EBV）、电动-气动控制单元（EPCU）、液晶显示单元（LCDM）等几个主要部分组成。其基本结构和构成原理如图1 所示。

图1 CCB-II型制动机单独制动缸控制原理简图Fig.1 Control principle diagram of single brake cylinder of CCB-II brake

在该系统构成中，EBV 用于将司机对制动手柄的操作转化为电信号，并将其发送给IPM。由IPM 经过逻辑运算后发送给EPCU，由后者执行制动输出。因此，要想实现自动控制，可以从EBV 着手改造，让调机自动控制系统模拟EBV 转化后的电信号输送给IPM，即可实现自动控制。改造原理如图2 所示。

图2 电子制动阀EBV改造设备结构图Fig.2 Structure diagram of electronic brake valve EBV reconstruction equipment

如图2 所示，仅需对两个EBV 进行改造，在EBV 内部加装1 个转接板，在原有的电路中串接1个控制转换电路，输出端口不变，即可实现对EBV的控制。转接板连接到EBV 控制盒（主副两系各自连接），EBV 控制盒通过通信端口与调机自动控制系统主机连接，接收主机发送的制动指令，同时反馈执行结果。

改造后，来源于司机手动操作的手柄信号和来源于调机自动控制系统的控制信号均可通过转接板输出给IPM。IPM 不进行改造，其工作原理与加装转接板之前一样。可在转接板内部设计控制优先权，将司机手柄制动的优先权设置为最高，保证特殊情况下的人工干预权限。

3 问题的解决

上述解决方案提出后，由中国铁路济南局集团有限公司联合北京全路通信信号研究设计院集团有限公司、北京思维鑫科信息技术有限公司共同进行研究，成功研制了符合上述构想和预期的调机自动控制系统。该系统将调机自动化车载主机与EBV 控制盒结合在一起，构成1 套完整的控制系统。由调机自动化车载主机计算并发送制动指令，EBV 控制盒将指令转化为电信号，实现对CCB-II 型制动机单独制动缸制动压力的控制。经过近一年的联合开发、调试、测试，终于成功研制出试用样机，并在济西站HXN3B-0054#、HXN3B-0055#机车上成功试用。

加装了该设备，调机自动化系统能够精确的控制HXN3B 机车的单独制动缸压力，实现从0 ～300 kPa 任意压力值的控制（控制精度±10 kPa）。完成改造后的机车，能够良好的完成驼峰推峰机车遥控功能。投入遥控后，系统能够自动控制机车启动、加速、减速、制动、停车，并可根据驼峰信号的实时变化自动调速，良好的完成驼峰推峰作业。经测算，在投入遥控自动推峰的作业过程中，系统速度控制误差的均方差不大于0.6 km/h，符合驼峰推峰速度要求，满足现场使用需求。