電力機車數字化調試系統設計

史建飛

(中車大同電力機車有限公司 山西 大同 037038)

目前，我國電力機車的出廠例行試驗和日常維護檢查工作，普遍采用傳統的人工方式進行電力機車調試，操作者根據試驗規程，對電力機車功能進行逐項檢查驗證，作業人員的經驗、技術水平、責任心等直接影響產品質量。此種模式造成電力機車測試效率低，檢查數據不易收集，數據可靠性差，在很大程度上限制了電力機車的調試效率及故障預警的準確性。

隨著中國制造2025不斷推進，制造業轉型全面開展，調試數字化是電力機車生產提高生產效率，持續改進產品質量的必然選擇。

1 系統方案

1.1 系統組成

系統主要部件包括：數字化試驗臺、調試工裝、視頻/圖像采集設備、移動作業終端、車間調試服務器、企業數據中心、服務器等，各部件負責功能如下：

(1)數字化試驗臺：包括稱重試驗臺、列供試驗裝置、重聯試驗模擬器等試驗裝置，完成試驗內容及數據傳輸。

(2)調試工裝：調試工裝包括數字風壓表、數字游標卡尺、激光測距裝置、網絡數據采集板卡，完成機車調試過程中風壓、電信號、尺寸等數據的采集及傳輸。

(3)視頻/圖像采集設備：完成調試工藝/操作合規性圖像/視頻信息采集及傳輸。

(4)移動作業終端：完成調試系統無線接入，獲取調試任務，執行調試作業并獲取調試結果，得出試驗結論。

(5)車間調試服務器：完成調試數據的接收和管理功能，提供調試數據查詢功能。

(6)企業數據中心服務器：提供調試工藝文件編制、調試人員及調試設備管理、調試任務發布、調試過程管控、調試結果管理和分析等功能。

1.2 系統功能

(1)列車調試工藝規程實現電子化，根據工藝過程設置管控節點，規范調試過程執行，加強工藝過程管控。

(2)通過移動終端獲取調試任務，調試人員按照任務規定調試步驟依次執行調試，終端實時獲取并顯示調試數據，自動判斷調試結果。

(3)通過數字化試驗臺，調試工裝進行調試動作，并實時讀取調試結果，讀取的調試數據包括列車網絡數據、繼電器狀態、電平信號、壓力信號、尺寸檢測數據等。

(4)支持調試結果自動判斷，調試數據通過無線方式傳輸至調試服務器，調試服務器根據調試步驟生成結構化調試數據，并將數據及其變量寫入電子化工藝規程相應位置，與預設值進行比對，得出試驗結論。

(5)通過軟件判斷調試控制指令、動作信號、數據檢測等結果與工藝要求是否一致， 自動形成試驗報告，降低人為填寫錯誤對調試過程的影響，提升數據可靠性。

(6)通過對機車調試過程數據、 調試結果數據、整改數據進行數據挖掘分析，為機車設計、制造質量的改進提供有效數據支撐。

2 主要部分的開發設計

電力機車數字化調試系統的功能主要通過軟件實現，其研究任務的關鍵在于終端軟件的開發設計和數字化試驗工裝設備的定制。

2.1 數字化調試終端軟件設計

數字化調試終端軟件作為系統的核心，主要實現功能包括系統管理、工藝規程編輯、作業任務分配、工藝管理、調試進度管理、數據智能分析、數據管理以及自動報告功能，軟件框架如附表1所示。

表1 數字化調試終端軟件框圖

系統能夠實現以下功能：

(1)具備按工藝步驟制定試驗規則(如不允許跳過：即該試驗未完成/不合格，不允許進行下一步) ，支持添加語音、視頻、動畫或圖片等輔助調試信息。

(2)支持多權限管理功能：具有管理人員、技術人員、操作者等不同權限管理功能。

(3)能夠對工作任務進行分配、工藝規程進行編輯，對調試主管工藝師等不同角色人員，實現對車型、人員、工序、設備、工裝、工具等內容增減的調配。

(4)能夠對生產進度進行全流程監控，監控內容包括列車調試作業進度、作業位置、作業人員、作業時間等。

(5)采用基于多數據庫服務器的數據備份與管理機制，保證在調試數據遞增情況下的數據安全， 構建鏡像數據庫，對數據進行實時的備份存儲，保證系統數據的穩定訪問與存取。

(6)能夠自動生成試驗報告，能夠對獲取的數據進行深度分析，包括時間數據、故障數據、試驗數據等，并通過條件設置等方法實現故障預警。

2.2 數字化試驗工裝設備定制

為滿足電力機車數字化調試系統實現調試自動化要求，調試設備必須具備數字化和無線傳輸功能。本系統包括MVB 監測、激光測高、微距測量、受電弓測試、電壓測試、電阻測試、音頻測試、溫度風速測試、空氣管路壓力測試等無線采集儀器。

(1)MVB網絡數據采集裝置

MVB總線是機車控制信號和反饋信號傳輸的主要路徑，通過MVB網絡數據采集裝置監聽MVB總線可以獲取IO和繼電器狀態信息，包括操作板鍵、受電弓、主斷、變壓器、制動柜、輔機等多種關鍵部件的邏輯狀態和部分部件的模擬狀態。裝置通過無線傳輸與服務器連接。

(2)壓力信號采集板卡

直接在制動柜測試端口，通過壓力傳感器采集總風、列車、閘缸等壓力值，并計算其變化量，用于空氣壓力相關試驗項目的數據采集及無線傳輸。

(3)機械尺寸測量裝置

通過無線激光測距儀測量車鉤、車感器、電子標簽等距軌面參數，無線激光微距檢測儀進行橫向止擋間隙、垂向止擋間隙等微小空間的尺寸測量。

另外，為了確保作業人員能夠按照工藝流程進行調試，增加無線視頻記錄儀，用以記錄作業流程；同時增加無線圖片記錄儀，對部分無法測量的狀態以圖片的方式進行記錄。其中：無線MVB 總線采集儀、無線制動壓力測試儀、無線音頻測試儀和無線視頻記錄儀為現場安裝設備，在調試作業之初，將無線MVB 總線采集儀插裝于總線測試口，將無線制動壓力測試儀插裝于壓力測試口，無線音頻測試儀磁吸于駕駛室后墻壁，無線視頻記錄儀夾裝于操作臺上方(視角覆蓋整個操作臺面)。其他儀器為便攜式設備，由作業人員攜帶操作。

(4)無線試驗設備

針對直流電壓，交流電壓，接地電阻，受電弓升降弓拉力、時間等測試項目采用無線直流電壓測試儀、無線交流電壓測試儀、無線接地電阻測試儀、無線受電弓調試儀，參數如表2所示。

附表2 無線受電弓調試儀

3 模擬測試

(1)試驗過程功能測試

操作者登陸移動端后，領取當前任務，開始進行試驗，逐一執行規程，手動(或自動)執行試驗步驟，等待結果反饋，如果需要手動填寫的就手動錄入，并點擊下一規程，繼續執行。軟件具有自主校驗功能， 每一條規程執行后，系統將數據及其變量寫入電子化工藝規程相應位置，與預設值進行比對，自主校驗并得出試驗結論。

(2)自動報告功能

當任務執行完畢后，系統將自動生成報告，并提交到系統中，方便用戶查看。后臺根據已定義好的報告格式生成報告，如果需要下載可以一鍵下載到本地進行查看。報告內容包括車輛信息、時間、每一個規程的結果和相關數據值。隨試驗完成，報告實時推送消息給相關人，第一時間了解試驗的結果。

(3)數據分析功能

可以根據時間范圍、 車輛、 作業任務、 人員等信息進行查詢， 找出符合條件的作業任務， 選擇采集數據進行曲線繪制， 根據時間與數據的趨勢進行查看分析； 支持從車型、 部件供應商、 調試工具、 調試作業人員等多維度統計分析歷史數據， 從工藝流程、 調試工具、 作業人員、 供應商多角度分析產品質量改進方向。提供調試故障自動分析和診斷功能，提供故障解決建議方案。提供故障案例及解決方案錄入功能， 將故障現象和處理方案錄入調試系統，為調試工程師解決調試問題提供技術指導，降低調試技術難度，提高調試效率和調試質量。通過故障類別、故障要素、分析節點等要素設置，實時進行故障預警。

4 結束語

電力機車數字化調試系統提供人機交互的友好接口，為形成人在環的自動化調試過程提供了重要保障。

該系統提高了勞動效率，降低了勞動強度，大幅度提高了數據可靠性；通過數據的挖掘利用，為機車設計、制造質量改進提供了有力支持?！?/p>