无线射频技术在机车电子履历中的应用

胡婉莹 吕崇伟 刘康宁 崔洪涛

（1.国能铁路装备有限责任公司沧州机车车辆维修分公司，沧州 061113；2.北京心华石科技有限公司，北京 102488）

机车履历簿是记录机车及主要部件从生产、组装、运用、检修到报废全寿命过程重要技术数据的管理资料。机车大修时，机车履历簿和补充技术状态资料等须在机车入厂时一并交给工厂[1]。机车履历簿诞生于主机厂新造机车，之后在主机厂、路局和检修单位之间通过人工记录更新和文件包的形式交接传递。在当前信息化技术、物联网技术快速发展的今天，机车检修和运用信息化得到了长足发展，而纸质履历的管理方式与生产发展不平衡、不匹配的现象已日益严重。

利用无线射频（Radio Frequency Identification，RFID）识别技术可为机车重要部件建立唯一电子芯片“身份证”，搭建物联网发展基础，使得重要履历信息随身携带，实现与生产系统的融合，在保留履历簿原有信息的同时，扩展和深化机车履历信息，丰富机车履历内涵，实现机车履历的无纸化，对机车履历发展具有重要意义。

1 问题分析及架构设计

纸质机车履历管理模式主要存在以下问题。

（1）查阅不便、信息量有限。在机车运用或检修过程中，一些部件不便直接查阅其履历信息，导致部分工作存在较大的盲目性。机车履历簿限于篇幅记载内容有限，如检修记录往往只有一条，包括日期、检修单位、修程及填报人，无详细的检修细节，导致机车履历簿使用率偏低。

（2）更换部件后，信息追踪难。当机车更换部件后，纸质记录簿将会相应更换，造成机车历史组成部件信息和对应检修信息难以追踪。

（3）文件丢失或漏填，影响完整性。机车履历簿在路局与检修单位之间交接传递过程中，容易发生文件丢失现象。机车履历簿填写缺乏规范，漏填、字迹潦草等情况时有发生。此外，机车履历的完整性和信息安全管理乏力。

通过分析纸质机车履历簿存在的问题，有针对性地进行电子履历系统的架构设计，具体如图1所示。

2 电子标签选择

射频识别系统一般由应答器和阅读器两部分构成。应答器应放置在要识别的物体上。阅读器可以是读或写/读配置，取决于所使用的结构和技术[2]。

应答器是射频识别系统真正的数据载体，俗称“电子标签”，是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获得相关数据。根据是否搭载电池，电子标签分为有源式和无源式两种。考虑到机车电子履历的使用特点，选择无源标签更适合使用场景。

无源标签又称作被动标签，在收到读卡器发出的微波信号后，可以将部分微波能量转化为直流电供自己作业，激活RFID标签中的芯片，并发送RFID芯片中的数据。

按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频（Low Frequency，LF）、高 频（High Frequency，HF）、超高频（Ultra High Frequency，UHF）和微波等不同种类。鉴于超高频标签具有穿透能力强、数据记忆容量大等特点，符合机车电子履历使用场景需求，选择容量2 kB的超高频电子标签。

3 外形定制

结合机车14种主要部件的构造特点，设计外形时要方便进行安装和读取。考虑到机车运行中存在颠簸振动，采用铆钉固定方式安装。定制电子标签样式如图2所示。

图2 电子标签

4 系统网络设计

根据机车电子履历使用场景的网络情况进行分析，有些委外修部件不具备网络条件，因此支持离线应用是必需的。对于自修部件可以在厂内联网使用，确保数据一致性。系统的两种应用场景，分别如图3和图4所示。

5 系统功能设计

基于机车电子履历的应用需求、使用范围及场景分析进行系统功能设计。系统涉及PC和Android两个应用平台，具体如图5所示。

图3 委外修部件应用场景

图4 自修部件应用场景

机车电子履历写入和读取流程包括业务逻辑控制和密码验证，以确保信息的读写安全，流程分别如图6和图7所示。

5.1 受电弓

受电弓是机车受电的重要部件。受电弓检修完成后，通过手持机将本次检修信息填写到系统中，确认无误后，可以将检修信息写入电子履历芯片，主要包括型号、编号、接触压力、同向压力差、同高压力差、升弓时间、降弓时间、气密性能及低压操作性能等信息，并将电子履历芯片固定到受电弓预定位置。

图5 系统功能架构图

图6 机车电子履历写入流程图

图7 机车电子履历写入、读取流程图

5.2 牵引通风机

牵引通风机是机车重要的通风设备。在牵引通风机检修完成后，通过手持机将本次检修信息登记到系统中，确认无误后，将检修信息写入电子履历芯片，主要包括风机型号、风机编号、电机编号、叶轮编号、机械检查、绝缘检查、机械运转试验、空载运行试验及振动速度测量等信息，并将电子履历芯片固定到牵引通风机的预定位置。

5.3 干燥器

作为机车车辆制动机和机车气动器械的工作介质，压缩空气质量的好坏将直接影响机车或列车的安全运行。压缩空气中存在着固态的机械杂质和尘埃、液态的凝结水和润滑油、气态的水蒸气和雾状润滑油。这些有害物质进入机车车辆空气管路后，将造成管道和零件的锈蚀，或加速运行件的磨损，或垫住阀口、堵塞气路、卡死柱塞等，影响了空气管路系统的正常使用[3]。干燥器处理压缩空气，净化和干燥压缩空气，达到净化指标，满足机车车辆运行使用需求。干燥器检修后需要进行检查及试验，数据通过手持机登记到系统中，主要包括产品型号、出厂编号、流量、额定电压、结构与外观检查、性能测试、机械性能、绝缘电阻及加热器等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到干燥器预定位置。

5.4 高压柜

高压柜集中了除平波电抗器和制动电阻以外的主电路直流供电电器的所有电气设备。SS4B机车按功能，分为高压柜Ⅰ和高压柜Ⅱ。高压柜检修完成后，通过手持机将高压柜检修信息登记到系统中，主要包括型号、编号、磁场削弱固定分路电阻、Ⅰ级磁场削弱电阻、Ⅱ级磁场削弱电阻、KE并联电容、KE并联电阻、KE接地电阻、KE限流电阻、主接地保护装置动作电压、主电路检查、控制电路检查、电流传感器准确度检试、直流电压传感器准确度检试、额定及最低电压气压下的操作性能等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到高压柜预定位置。

5.5 低压柜

辅助电路与控制电路除主令电器外的绝大部分电器均装于低压柜。SS4B机车根据功能，分为低压柜Ⅰ和低压柜Ⅱ。低压柜检修后，通过手持机将信息登记到系统中，主要包括型号、编号、辅接地继电器、劈相机起动继电器、辅过压吸收电容、630 V辅接地电容、20 W零压电阻、20 W辅接地电阻、200 W辅过压吸收电阻、电器操作性能、辅助电路、控制回路及自动开关动作值校核等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到低压柜预定位置。

5.6 电源柜

机车上的110 V控制电源由110 V电源柜和蓄电池组构成。电源柜分高低两部分，为机车输出（110±5%）V的稳压电源[4]。电源柜检修后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括型号、编号、电压调整、限流保护整定值、输出电压脉动有效值、输入端对地及输出端对地等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到电源柜预定位置。

5.7 管路柜

电力机车上的许多电器，如受电弓、主断路器、高压柜内转换开关及电空接触器等，均以压缩空气为动力开展工作。为了保证这些控制电器的正常工作，机车上设置了一套专为这些控制电器提供稳定压力的空气管路，即空气管理系统。空气管路柜为承载空气管路的载体，对机车运行具有重要作用。当空气管路柜检修后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括空气管路柜编号、布置检查、电磁阀检查、塞门检查、柜门检查、紧固件检查及性能试验等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到空气管路柜预定位置。

5.8 硅机组

TGZ4B型变流装置是SS4B型电力机车的主要部件之一，主要供给牵引电动机牵引整流和相控电压调节或制动整流和相控电流加锁功能。硅机组检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括变流装置型号、变流装置编号、均流系数、绝缘电阻、耐压试验、晶闸管触发脉冲检查、轻载试验、均流试验及其他检查等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到硅机组预定位置。

5.9 压缩机

机车诸多部件都依赖压缩空气进行动作控制，压缩机主要为机车提供压缩空气。压缩机检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括产品型号、排气压力、排气量、出厂编号、电机型号、额定电压、额定电流、额定转速、结构与外观检查、满负荷运行试验、启停交替运行试验、温度试验、绝缘电阻、接地电阻、控制系统检查、容积流量及噪声等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到压缩机的预定位置。

5.10 主变压器

主变压器是机车上的重要部件，主要作用是将接触网上的25 kV高压电降为具有多种电压的低压电，以满足机车各种电机、电器工作的需要。主变压器检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括型号、编号、原车号、检修单位、检修日期、变比试验、线圈直流电阻测量、油温、空载试验、负载试验、绝缘电阻测量、工频耐压、感应耐压试验、变压器油的电气强度试验、密封试验、潜油泵编号、负载电流、油流继电器编号、压力释放阀编号及冷却器编号等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到主变压器的预定位置。

5.11 牵引电机

牵引电机是将电能转换为机械能传递给机车，是使机车前进的重要部件。电机检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括型号、电机号、位号、机座号、转子号、轴承编号、冷态换向器表面跳动量、主级绕组温升、付补绕组温升、转子绕组温升、换向器表面温升、轴承温升、转子动平衡、换向器直径、超速后换向器表面跳动量、冷热态换向器表面跳动量差、换向试验、速率试验转速及热态绝缘电阻等信息。待确认无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定的电机的预定位置。

5.12 劈相机

劈相机的作用是将由主变压器的辅助绕a6-x6供给的单向电源劈成三相电源，以供给辅助电路的所有三相异步电动机。劈相机检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括电机型号、电机编号、定子编号、转子编号、机械检查、冷态直流电阻测量、冷态绝缘电阻测量、绕组匝间耐电压、绕组对机壳耐电压、短时升高电压试验、单相启动试验、电流不对称度测量、空转试验、空载特性试验及振动速度测量等信息。待确认信息无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到劈相机的预定位置。

5.13 高压电压互感器

高压电压互感器装于机车顶部，用于测量电网电压、机车使用电能等参数。高压电压互感器检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括产品型号、产品编号、机车型号、配属、入厂状态、瓷瓶或硅橡胶及漆面、铁心检修、线圈检修、器身干燥、引线检查、紧固及接地检查、压力释放阀、油位检查、铭牌标识牌检查、吸湿器检查、外观检查及渗漏油检查等信息。待确认信息无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定到高压电压互感器的预定位置。

5.14 真空主断路器

主断路器是电力机车的一个重要电气部件，负担着整车与接触网之间的电气引入、退出和保护作用。主断路器检修完成后，通过手持机将检修信息登记到系统中，主要包括型号、编号、控制单元号、修程、机车、节、一般要求检查、逻辑检测、主回路电阻、保持线圈电阻、压力继电器、储风缸额定压力、电磁阀得电时间、机械性能、机械操作检查、灭弧室气密性测试、气压强度试验、主电路工频耐压、控制回路工频耐压等信息。待确认信息无误后，将信息写入电子履历芯片，并将芯片固定于真空主断路器的预定位置。

5.15 部件识别

通过特定手持机可以读取电子履历芯片中的数据，识别部件类型和部件的检修信息，方便用户随时随地查看部件信息。

5.16 数据同步

对于手持机上离线作业存储的业务数据，在具备网络条件后可以同步到中心服务器，实现数据的归档。

5.17 标签读写设备管理

对标签读写设备进行统一管理，避免非注册设备对机车电子履历芯片进行读写带来信息安全隐患。

5.18 电子标签管理

对电子履历芯片进行统一管理，明确使用量、库存量及每个芯片与部件的关联关系，为部件追踪奠定基础[5]。

6 应用效果

通过对机车主要部件加装电子履历芯片，实现了机车履历的随身携带，实现了部件质量追踪，并通过程序把控，对漏填或错填项目进行质量卡控和提醒，保障机车履历的信息完整性和正确性。通过机车电子履历的数据同步功能，在中心数据库完备机车电子履历，便捷后续的查询与使用，具备替代纸质机车电子履历的条件。

7 结语

通过应用无线射频识别技术，解决了纸质机车履历的多项弊端，构建了机车电子履历，不仅丰富了机车履历内容，而且降低了机车履历使用门槛，提高了使用率，实现了课题目标，可为全路机车电子履历建设奠定基础。

实践中，它主要存在两个问题待优化。一方面，限于射频电子标签的发展水平，存储容量不大，只能记载更重要的信息，还不能满足全量信息的记录，目前是搭配PC系统协同应用。另一方面，电子标签读写速度不够理想，尤其存储内容较多时，略有等待感。