電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置的探索與實(shí)現(xiàn)

鄭澤雄 王漢東 陳祖宇 梁杰 常金 涂年金

摘 要：為實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車儀表的智能監(jiān)控，代替乘務(wù)人員人工觀察和判斷確認(rèn)。本文介紹的電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)采集電力機(jī)車工作時(shí)控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風(fēng)壓力、制動(dòng)缸壓力等有關(guān)數(shù)據(jù)，建立機(jī)車狀態(tài)診斷模型，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車儀表智能監(jiān)控。該裝置基于機(jī)車既有的控制邏輯，加裝方便，可以減少副司機(jī)95%以上的儀表確認(rèn)工作，方便其更好地瞭望前方線路情況，降低行車安全風(fēng)險(xiǎn)，提高安全生產(chǎn)物防、技防水平。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;監(jiān)控;儀表;裝置

中圖分類號(hào)：TE938 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電力機(jī)車上的儀表裝置目前都是數(shù)字或指針顯示的“指示性儀表”，需要乘務(wù)員人工觀察、判斷和確認(rèn)。在機(jī)車乘務(wù)員值乘作業(yè)過(guò)程中，前方瞭望的任務(wù)非常繁重，檢查確認(rèn)儀表的顯示是否正常對(duì)乘務(wù)員來(lái)講是個(gè)“負(fù)擔(dān)”。從安全管理角度，對(duì)機(jī)車儀表的檢查確認(rèn)目前完全依靠“人防”，急需增加“物防、技防”等技術(shù)手段[1]。

本文通過(guò)實(shí)時(shí)采集電力機(jī)車工作時(shí)控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風(fēng)壓力、制動(dòng)缸壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)，并建立機(jī)車狀態(tài)診斷模型，完成機(jī)車操縱指令與功能反饋的采集、機(jī)車邏輯監(jiān)視和判斷、機(jī)車設(shè)備狀態(tài)判斷，實(shí)現(xiàn)機(jī)車儀表的智能監(jiān)控。從技術(shù)、裝備上改善機(jī)車乘務(wù)員的值乘工作條件和提高安全生產(chǎn)物防、技防水平，最大限度保障機(jī)車擔(dān)當(dāng)任務(wù)的安全，研發(fā)“電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置”很有必要[2]。

1 電力機(jī)車儀表監(jiān)控的重要性

機(jī)車在運(yùn)用中，乘務(wù)員對(duì)機(jī)車儀表的觀察、確認(rèn)主要有蓄電池電壓、接觸網(wǎng)網(wǎng)壓、總風(fēng)缸壓力、制動(dòng)缸壓力。當(dāng)乘務(wù)員因值乘精力影響，未觀察到儀表異常波動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)乘務(wù)員操縱行車干擾，誤判故障現(xiàn)象，造成機(jī)車非正常停車等，干擾正常運(yùn)輸組織[3]。

（1）蓄電池電壓。由于機(jī)車控制回路由蓄電池提供電源，在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)車充電裝置向蓄電池浮充電，保障機(jī)車控制回路電源持續(xù)穩(wěn)定工作，實(shí)際運(yùn)用中由于電網(wǎng)波動(dòng)、蓄電池交流充電開(kāi)關(guān)性能下降、充電回路電子裝置失效等原因均可能造成運(yùn)行中機(jī)車110 V控制電源不充電現(xiàn)象[4]。

（2）接觸網(wǎng)網(wǎng)壓。機(jī)車過(guò)分相后閉合主斷需確認(rèn)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓，如果網(wǎng)壓過(guò)高或過(guò)低均不允許閉合主斷，網(wǎng)壓監(jiān)控輔助功能可提示乘務(wù)員防止錯(cuò)誤操縱[5]。

（3）總風(fēng)缸壓力。機(jī)車總風(fēng)由主空氣壓縮機(jī)控制，由于機(jī)車主壓縮機(jī)控制開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)種類因機(jī)車車型、批次不同，在機(jī)車轉(zhuǎn)線、換端、過(guò)分相、機(jī)車待避關(guān)閉頭燈等復(fù)雜高強(qiáng)度作業(yè)環(huán)境下，乘務(wù)員容易造成遺忘（部分機(jī)車不需要操縱）、錯(cuò)誤斷開(kāi)主壓縮機(jī)控制開(kāi)關(guān)，造成機(jī)車總風(fēng)風(fēng)壓持續(xù)下降，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，最終引發(fā)機(jī)車故障如：牽引封鎖、自動(dòng)降弓等。

（4）制動(dòng)缸壓力。機(jī)車制動(dòng)缸有壓力情況下機(jī)車持續(xù)牽引可引起輪對(duì)擦傷、遲緩，等嚴(yán)重故障或事故隱患。

2 電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置的探索

為實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控，通過(guò)采集和諧型電力機(jī)車工作時(shí)控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風(fēng)壓力、制動(dòng)缸壓力等有關(guān)參數(shù)，研發(fā)機(jī)車狀態(tài)診斷模型，確認(rèn)機(jī)車處于安全狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)超限情況時(shí)及時(shí)預(yù)警，具有以下功能：1）與操縱機(jī)車相應(yīng)程序相關(guān)的邏輯監(jiān)視功能。2）當(dāng)發(fā)生儀表指示與操作不相一致時(shí)，啟動(dòng)智能提示。電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置主要采用的設(shè)備包括：攝像頭、司機(jī)盹睡識(shí)別裝置、主機(jī)、顯示燈、語(yǔ)音揚(yáng)聲器、蓄電池電壓采集裝置。裝置結(jié)構(gòu)組成如圖1：

3 電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置主要功能

電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置可以實(shí)時(shí)采集電力機(jī)車工作時(shí)控制電壓、接觸網(wǎng)電壓、總風(fēng)壓力、制動(dòng)缸壓力等有關(guān)參數(shù)，具有數(shù)據(jù)采集、邏輯監(jiān)視及智能語(yǔ)音提示等功能。

（1）連接蓄電池電壓采集和分析。通過(guò)以太網(wǎng)接口，實(shí)時(shí)采集蓄電池網(wǎng)壓數(shù)據(jù)，進(jìn)行蓄電池電壓分析判斷。如果監(jiān)測(cè)到蓄電池電壓在95.5 V以下，則監(jiān)控裝置進(jìn)行蓄電池饋電報(bào)警提示;在機(jī)車有交流電壓情況下時(shí)，延時(shí)40 s判斷充電電壓是否達(dá)到105 V，如果沒(méi)達(dá)到指定閾值，則進(jìn)行蓄電池充電電壓異常報(bào)警提示。

（2）接觸網(wǎng)網(wǎng)壓采集和分析。采集機(jī)車原邊電壓數(shù)值，根據(jù)數(shù)值是否在合理的范圍區(qū)間內(nèi)，判斷接觸網(wǎng)網(wǎng)壓或主變壓器原邊電壓是否存在異常。機(jī)車在受電弓升起且處于非過(guò)分相狀態(tài)時(shí)，如果監(jiān)測(cè)到網(wǎng)壓低于17.5 kV且持續(xù)時(shí)間大于2 s則監(jiān)控裝置進(jìn)行網(wǎng)壓偏低報(bào)警提示。

（3）總風(fēng)缸壓力采集和分析。采集機(jī)車總風(fēng)缸壓力反饋數(shù)值，根據(jù)數(shù)值是否在合理的范圍區(qū)間內(nèi)，判斷機(jī)車總風(fēng)壓力是否存在異常。如果監(jiān)測(cè)到總風(fēng)缸壓力在700 kPa以下時(shí)則監(jiān)控裝置進(jìn)行總風(fēng)缸壓力低報(bào)警提示。

（4）制動(dòng)缸壓力采集和分析。采集監(jiān)測(cè)機(jī)車控制風(fēng)缸壓力判斷結(jié)果，判斷機(jī)車控制風(fēng)缸壓力是否不足。小閘在運(yùn)轉(zhuǎn)位且機(jī)車處于空電聯(lián)合投入情況下，機(jī)車速度大于3 km/h、制動(dòng)缸壓力大于40 kPa時(shí)監(jiān)控裝置進(jìn)行制動(dòng)缸壓力異常報(bào)警提示。

（5）結(jié)果提示。設(shè)置判斷結(jié)果等級(jí)，分3級(jí)，正常、中等風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)語(yǔ)音揚(yáng)聲器和顯示燈進(jìn)行提示。語(yǔ)音播報(bào)默認(rèn)2次，播報(bào)次數(shù)可以調(diào)整和設(shè)置。如果判斷結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，則顯示燈狀態(tài)顯示為對(duì)應(yīng)燈色;如果判斷結(jié)果為中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，則顯示燈狀態(tài)顯示為對(duì)應(yīng)燈色;如果判斷結(jié)果為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，則顯示燈狀態(tài)顯示為對(duì)應(yīng)燈色;顯示燈常亮，直到報(bào)警消失。

（6）數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)。邏輯判斷結(jié)果采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存，記錄保存的信息包括車型、車號(hào)、時(shí)間（精確到秒）、判斷結(jié)果代碼、判斷結(jié)果等級(jí)、與判斷結(jié)果相關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)保存可以按天進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，剩余存儲(chǔ)容量不足時(shí)，先進(jìn)先出，刪除最舊的數(shù)據(jù)文件[7]。存儲(chǔ)的記錄數(shù)據(jù)，可以人工采用筆記本電腦進(jìn)行下載、分析。

（7）可靠性及安全性。電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置遵守機(jī)車既有網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，具備高可靠性和高安全性。另外，該裝置只采集機(jī)車網(wǎng)絡(luò)指定端口數(shù)據(jù)，不改變機(jī)車原有通信狀態(tài)，只進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控提示不參與控車，安全性高。電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置采集的數(shù)據(jù)都進(jìn)行了通信狀態(tài)判斷和數(shù)據(jù)包校驗(yàn)，數(shù)據(jù)有效可靠。

4 電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置研發(fā)的思考

根據(jù)裝車運(yùn)行情況，對(duì)機(jī)車乘務(wù)員、專業(yè)技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)溝通，增加了機(jī)車安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別功能，包括機(jī)車邏輯判斷、機(jī)車安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、司機(jī)狀態(tài)識(shí)別等功能，通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)CCU系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析，主要包括CCU通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)、TCU通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)、BCU通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)車邏輯判斷項(xiàng)點(diǎn)分析、機(jī)車安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別項(xiàng)點(diǎn)分析[6]。主要項(xiàng)點(diǎn)如表1、表2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

電力機(jī)車智能儀表監(jiān)控裝置2021年4月在襄陽(yáng)機(jī)務(wù)段HXD1-1441機(jī)車上裝車運(yùn)用考核，將機(jī)車儀表的觀察、確認(rèn)工作由“人防”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔锓馈⒓挤馈奔夹g(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，可降低機(jī)車乘務(wù)員不斷觀察、確認(rèn)儀表數(shù)據(jù)而形成的疲勞程度，改善機(jī)車乘務(wù)員值乘工作條件，方便其更好地瞭望前方線路情況，降低行車安全風(fēng)險(xiǎn)，提高安全生產(chǎn)物防、技防水平。

參考文獻(xiàn)：

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