一種鐵路工程車輛控制臺

鄭莉莉

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明 650215）

0 引言

本設計為一種大型養路機械電氣系統操控臺，將若干操作主體進行系統集成為一體的電氣柜。操控臺包括安裝有顯示器、制動設備、操控按鈕等器件；可以對養路機械作業進行實時監控的視頻柜；可以控制養路機械制動的控制柜；可以控制養路機械走行的走行柜和可以打印養路機械日常作業實時數據的打印支柜。

1 設計詳述

1.1 設備特點

操控臺由柜體與底座組合而成，柜體由操作區和機柜組成，操作區面板上開有用于安裝觸摸屏的方孔和若干用于安裝按鈕和指示燈的圓孔以及制動操作面板，柜體上裝有打印機、通話裝置，柜體里面裝有電氣器件。

1.2 外觀設計

操控臺的定位為工程操作使用，因此在選材上考慮選擇耐用及磨損綜合性質好的金屬材料，配色上選擇黑白灰系列來搭配，如圖1所示。

上臺面為鋁板，表面噴塑（織紋），色號RAL7012；基座柜體與底座均采用碳鋼，表面噴塑（織紋），色號RAL7035；操作區面板和操作按鈕面板為鋁板，表面噴塑（織紋），色號RAL9005，如圖2所示。

圖2 鐵路工程車輛控制臺配色圖

整體造型在滿足功能的情況下，將左上區域往內環抱設計，上臺面突出顯示器約20 mm，起到一定的遮光作用，避免工控機在強光照射下使用時反光。屏幕區域排布形成高低落差，柜體轉角處設計多個弧度，突破鈑金件的冷硬感，操作按鈕規律排布，再以線條劃分區域，具有一定的構成感。操控臺外觀設計配色合理，布局合理，外形美觀，如圖1所示。

圖1 鐵路工程車輛控制臺效果圖

1.3 整機設計

1.3.1 操控臺構成

操控臺單元包括如圖3所示：1制動控制區，2走行控制區，3作業控制區，4輔助控制區；左側為行車位，右側為作業位。

圖3 鐵路工程車輛控制臺結構圖

（1）制動控制區是鐵路工程車輛的制動系統集成，包括1-1儀表含兩塊風表和一塊速度里程表、1-2數顯表、1-3制動操作面板含大小制動閘及主輔轉換、緊急制動等若干制動操作按鈕，上述器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（2）走行控制區上安裝有走行監控顯示器和若干操作按鈕，可以對整個走行作業流程進行監控和操作；包括2-1走行上位監控顯示器、2-2走行操作面板含鑰匙開關、故障復位等若干操作按鈕、2-3車載電臺、2-4走行監控顯示器，其中2-3車載電臺通過螺栓固定在上臺面上，其余器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（3）作業控制區上安裝有作業顯示器及若干操作按鈕和鍵盤，可以對作業操作流程進行監控和操作；包括3-1發電機監控模塊、3-2作業上位顯示器、3-3視頻監控、3-4視頻監控、3-5作業操作面板含電源控制、作業控制等若干操作按鈕、3-6視頻切換按鈕、3-7作業參數設置鍵盤，其中3-3視頻監控通過螺栓固定在上臺面上，3-7作業參數設置鍵盤通過導軌安裝在上臺面上，其余器件均安裝在可拆卸的鋁面板上。

（4）輔助控制區包括4-1軸溫顯示、4-2打印機、4-3通話裝置，上述器件均通過螺栓固定在柜體上。

（1）制動控制區1 1-1、儀表1-2、數顯表1-3、制動操作面板；（2）走行控制區2 2-1、走行上位監控顯示器2-2、走行操作面板2-3、車載電臺2-4、走行監控顯示器；（3）作業控制區3 3-1、發電機監控模塊3-2、作業上位顯示器3-3、視頻監控3-4、視頻監控3-5、作業操作面板3-6、視頻切換按鈕3-7、作業參數設置鍵盤；（4）輔助控制區4 4-1、軸溫顯示4-2、打印機4-3、通話裝置。

1.3.2 操控臺機械結構

上臺面外輪廓采用10 mm厚的鋁板折彎成型，然后用3 mm厚的鋁板與其拼焊成型，中間增焊支撐筋條，浸涂底漆、外經粉末涂層，如圖4所示。

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圖4 鐵路工程車輛控制臺上臺面

柜體為2 mm厚的鋼板，采用鈑金件的折彎、焊接、磷化、噴塑等工藝成型，柜體上的門板與柜體螺栓連接或者鎖扣連接；整個上臺面與柜體通過螺栓連接，如圖5所示。

圖5 鐵路工程車輛控制臺柜體

面板為3 mm厚的鋁板，面板開孔根據安裝的器件大小來繪制，面板上用激光雕刻標識符號，所有面板均通過螺栓固定在上臺面上。

柜體內部安裝板為3 mm厚的鍍鋅鋼板，通過螺栓固定在機柜里的折彎零件上，可以安裝線槽、斷路器、繼電器、接線端子等器件。

底座為20 mm厚的碳鋼拼焊成型，通過螺栓與柜體連接。

整個設備重約300 kg，結構設計合理、功能分布合理，符合鐵路工程車輛的操控需求。

1.3.3 操控臺面板概述

操控臺垂直面區域的面板共有五小塊，根據安裝的器件尺寸來開孔，分別為一塊制動面板、三塊顯示器安裝面板、一塊發電機監控模塊安裝面板。

圖6 鐵路工程車輛控制臺底座

圖7 鐵路工程車輛控制臺三視圖

圖8 鐵路工程車輛控制臺行車位面板

圖9 鐵路工程車輛控制臺作業位面板

1.4 人機工程學分析

操控臺的布置考慮了乘務人員的身材及其所執行的操作任務，方便司機就座，并且能使雙腿和膝關節行動自如，也可以使司機站著操作，如圖10所示。操控臺腳踏板前沿至操縱臺下緣的垂直距離為668 mm，從操控臺邊緣到腳踏板前緣的水平距離約170 mm，顯示器觀察面與操作水平面成24.4°，最左邊制動閘距離左邊座椅中心約500 mm，最右邊視頻切換按鈕距離右邊座椅中心約490 mm，左右操作半徑均在手可達適宜范圍內，綜上所述，控制臺高度合適，操作距離適中，操作視野好，符合GB6769—2016《機車司機室布置規則》、GBT 5914.1—2015《機車司機室第1部分：瞭望條件》。

圖10 鐵路工程車輛控制臺人機工程學圖

1.5 操控臺安裝及維護

將操控臺放置進司機室，對位完成后將操控臺20 mm厚的安裝底座焊接在司機室框架上，由于工程車輛震動較大，柜體與安裝底座中間安裝一塊10 mm厚的減震橡膠墊，起到一定的減震作用。

柜體里面安裝可拆卸鍍鋅板，便于安裝電氣元器件，柜體設計了多個可拆卸柜門，便于器件的安裝及檢修。

由于設備較大較重，在設計過程中考慮將上臺面與柜體及底座分離式設計，全部螺釘連接，可先拆分放置進司機室再進行組合安裝，方便前期車輛組裝及后期車輛大修。

1.6 操控臺HMI簡介

作業控制由PLC系統獨立完成，PLC系統通過Profibus總線與各從站實現控制與數據交換，操控臺設有一臺工業計算機通過TCP/IP連接到CPU，用于可視化及過程數據預設定，并記錄數據。走行控制通過Profinet網絡實現通信控制，共設置分布3個PLC控制器如圖11所示，通過UDP協議完成數據交換。

圖11 鐵路工程車輛控制臺走行主界面

在操作過中，控制臺除了機械操作按鈕外，還有一個比較重要的人機交換平臺（HMI），視頻顯示器在作業過程中可以對鐵路工程車輛的啟停、走行、作業流程全方位進行監控，并將監控視頻實時顯示出來，HMI包含走行主界面、作業狀態界面、急停/供電狀態界面、動力包狀態界面、報警信息界面、鎖定切除界面、輸出/輸入診斷界面。如圖12所示，所有界面主色調一致，排版整齊，界面通過圖標、表格、文字搭配，易于操作。

圖12 鐵路工程車輛控制臺作業主界面

操作人員進行的日常作業都能通過顯示器進行實施監控，通過監控不斷調整作業平臺的作業，作業平臺又通過電氣連接帶動執行機構作業。整個循環往復的操作過程都在集成的操作平臺上進行。操控臺設置控制權切換按鈕，只有取得操作權的面板才能完成發動機啟動、方向選擇、走行手柄等操作。

2 結語

此款鐵路工程車輛控制臺具有如下優點：

（1）集成了車輛的走行、作業、制動控制、實時監控、通話、打印等系統功能。

（2）上臺面采用鋁板成型，基座柜體碳鋼成型，模塊化設計，便于安裝和拆卸，外形美觀，成本合理，功能布局合理。

（3）采用全自動閉環控制系統，自動化生產程度高，操作人員通過上位機的人機界面和操作平臺就可以進行設備的走行、制動和作業的操作。

此款設備已申請專利