集便裝置車載監測儀研究

馮其林

（中國鐵路南寧局集團有限公司 南寧車輛段，高級工程師，廣西 南寧 530001）

為進一步提升客運服務品質，改善旅客出行體驗，按照中國鐵路總公司貫徹落實“廁所革命”的統一部署和“客運提質”工作要求，至2025年所有旅客列車全部實現集便化，目前全路配屬的鐵路客車絕大部分均安裝有集便裝置，但在集便裝置運用過程中，發現其由于使用頻次較高，集便裝置運行過程中故障高發，但部分問題在客車回庫后不能再次體現，從而無法判定故障準確位置，導致檢修時對故障處理不全面從而造成集便裝置同個運行故障反復出現，研究集便裝置的車載監測可準確提供運行過程中各類故障及參數，確保集便裝置精準維修，杜絕質量隱患帶病出庫。

1 研究現狀

目前全國各個客車運用及檢修單位對集便器在運用過程中的狀態沒有一套方便高效的檢測方法和設備，對集便裝置的運用性能狀態均是現車反饋的故障現象進行確認和處理，但往往客車集便裝置較多故障現象間斷性發生，如果不進行實時監測就會導致故障遺漏致使處理不徹底，引發集便裝置運用故障高發，影響旅客乘車體驗。同時全路范圍內也沒有集便裝置運用過程中關鍵數據實時比對監測的設備，對一些影響集便器使用性能的參數不能及時得到修正，從而導致后期使用過程中出現故障，影響使用。

2 主要研究技術

2.1 實時數據采集顯示

當集便裝置運行時整個運行過程中的數據就會立即采集到工控機進行顯示，集便裝置任何工況、功能均能準時、準確的將監測數據進行采集，同時對集便裝置的系統工作狀態進行實時反饋，包括其進行沖水動作及抽真空試驗時等都可進行監控，并實時顯示出來。并對采集的數據進行實時的計算、分析、比較、判斷，實現電子定壓，對設定壓力進行預判，壓力采集分辨率不大于誤差值為0.5%。

2.2 模擬故障測試功能

通過下達指令模擬低真空、超時、液滿、80%等故障信號，將信號傳輸到集便裝置控制器，對集便裝置系統故障后是否能夠啟動相應的保護作用進行測試，避免了一些保護功能由于不能模擬故障導致不能測試的問題，同時對集便裝置控制器的故障信號采集動作情況也可進行深度測試。

2.3 監測數據比對記錄

集便裝置監測數據與廠家設計數據進行比對，從而判斷出使用中集便器和修復后集便器的技術指標及修復質量，同時監測儀具備監測數據修改功能，按照不同廠家規格型號的集便器參數要求進行相應的參數設置，達到鐵路客車集便裝置所有型號的監測數據比對，通過數據比對后的差異判斷集便器的性能良好情況，避免部分性能不良的集便器在運行過程中故障影響旅客使用。

3 主要設計模塊

3.1 集便系統電路數據采集設計

通過工控機接收集便裝置系統電路信號，利用計算機編程實現對電路信號進行采集分析，準確判斷集便器各電氣配件的工作狀態，并進行相應時間記錄，監測儀工控機安裝在客車乘務室內或集便器控制箱上對使用中的集便器進行監測，工控機接線在集便控制器上端，集便裝置車載監測儀系統電路圖如圖1所示，其中BQ144為沖洗按鈕輸入信號、BQ142為沖水動作輸入信號、BQ143為真空電磁閥動作輸入信號、BQ141為排污閥關閉輸入信號、BQ140為排污閥打開輸入信號、BQ145為低真空時輸入號、BQ146為80%時輸入信號、BQ147為100%時輸入信號、BQ133為空箱時輸入信號。

圖1 集便裝置車載監測儀系統電路圖

3.2 集便系統壓力數據采集設計

集便裝置工作狀態的主要壓力指標有兩個，通過兩個監測儀傳感器采集顯示，具體接線如圖2、圖3所示，其中壓力傳感器負責采集集便裝置工作主要驅動動力的氣源壓力指標，把壓力傳感器安裝在汽水分離器OUT口外面并固定好，壓力傳感器正線接在線排2號24V+，負線接在6號24V-，信號線為0～10V輸出信號接在工控機AD01線座。壓力傳感器監測集便裝置氣路控制系統的壓力值，輸出4～20mA的電流信號到工控機，經過A/D轉換器轉換成數字信號，為監測儀過程控制及監測結果判斷提供氣路系統壓力數據基礎。另真空傳感器負責采集集便系統工作狀態反饋的真空度指標，為了實時采集分析集便系統的壓力，把真空傳感器安裝在原真空表位置，真空傳感器正線接在線排3號24V+，負線接在6號24V-，信號線為0～10V輸出信號接在工控機AD03線座。真空傳感器監測集便裝置真空發生器抽取污物箱的真空值，輸出4～20mA的電流信號到工控機，經過A/D轉換器轉換成數字信號，為監測儀過程控制及監測結果判斷提供真空值數據基礎。

圖2 壓力傳感器接線圖

圖3 真空傳感器接線圖

3.3 采集監測數據分析設計

集便裝置車載監測儀通過對集便裝置電氣線路電壓電流判斷電氣元件動作情況，通過加裝的傳感器監測數據判斷系統工作情況，通過軟件編程處理，以數值計算的方式對信號進行采集、變換、估計與識別等加工處理，從而達到提取集便裝置監測數據信息，通過預先設定的參數判斷系統處于何種狀態，達到集便裝置監測數據實時分析的目的。

4 監測儀功能實現

4.1 集便裝置系統監控

集便裝置車載監測儀需要對系統狀態進行監控顯示，可直觀顯示集便裝置主要的系統動作狀態，包括沖洗、沖水、抽真空、排污閥打開、排污閥關閉、保壓、低真空故障都可進行監控并實時顯示出來，便于檢修作業者實時了解集便裝系統運行情況，及時對不良狀態進行修復處理。壓力值和真空壓力值可直觀的在顯示屏上顯示，采用0～10V模擬量輸入，通過轉換公式提升顯示精確度，誤差值為0.005。集便裝置監測系統界面主要項點如圖4所示。

圖4 集便裝置車載監測儀實時監測界面

4.2 集便裝置功能監控及報警值設定

對集便裝置的主要功能參數進行監控并設定報警值：沖洗時長，對集便器沖洗動作進行計時，沖洗過程6s；抽真空時長，對集便器抽真空進行監控，對超時進行低真空報警，對抽真空過短的也進行報警，可手動設置報警值，設定值為120s以內；保壓時長，對真空發生器停止抽真空進行保壓時計時；真空漏泄量，對保壓后的真空度進行監控，12min內漏泄量大于≤3kPa時進行報警；檢漏值設定，保壓狀態下漏泄量≤設置好的數值，此時進行報警；漏泄報警設定，由于真空開關采用機械感應動作式，每個集便器真空開關動作值都有少許誤差，可通過此設置設定從某個壓力值開始監測泄露；高壓報警設定，真空開關行程為-26kPa至-30kPa，超過-30kPa后進行報警。

4.3 集便裝置故障顯示

實時監測集便裝置系統參數，通過設定數據比對判斷集便裝置功能狀態，顯示當前故障，可顯示風源壓力低于350kPa的風源故障、12min內真空上升3kPa的真空不保壓故障、低真空報警、抽真空時間過短、真空壓力過高等集便裝置系統發生過故障。

4.4 集便裝置故障模擬

通過操作顯示屏系統故障檢測界面，如圖5所示，通過觸摸系統故障模擬檢測的80%試驗、箱滿試驗，超時試驗、低真空試驗模擬故障檢測集便裝置功能情況，同時通過系統功能試驗可將集便裝置沖洗、沖水、抽真空、排污閥開閉進行試驗，達到對集便裝置主要功能進行全面測試的目的。

圖5 集便裝置車載監測儀故障模擬及功能試驗界面

4.5 監測儀數據管理

監測儀可對集便器每一次抽真空動作進行記錄，通過最近歷史數據可快速發現集便器抽真空保壓系統存在的問題。對每一次故障報警進行記錄，同時在PLC內創建數據庫，通過U盤下載的數據信息，可在電腦上通過HMI數據庫瀏覽器查看該車的報警數據進行分析，同時通過EXCEL工作表可查閱集便裝置監測歷史數據，輔助分析故障具體原因。

5 結論

集便裝置車載監測儀的研究能夠進一步完善集便裝置途中偶發性故障記錄并在庫內進行及時解決避免帶病出庫，同時對集便裝置的運行參數進行實時采集也可以讓維修保養部門掌握集便裝置的性能狀況，便于實時進行維護調整，減少在運用過程中出現故障的機率，提高旅客列車集便器的故障修復率以及設施的完好率，實現對鐵路客車集便裝置進行車載監測的目標。