城轨车辆控制指令试验装置研制

摘 要：城轨车辆调试是车辆出厂前的重要工序，目前传统的试验方式如加压、短接、接地能操作方式由于存在安全隐患、操作繁琐等问题，已经不能满足调试的需求。城轨车辆控制指令试验装置主要用于整列调试中列车控制指令的实时采集、信号处理、编码输出、在线控制、模拟指令发送及远程监测，具备多种信号制式的采集和处理能力。该装置可替代传统的试验方法，有效的保障了车辆调试过程的安全性与可控性，并具備一定的应用意义。

关键词：城轨车辆;控制指令;试验装置

1 研究背景

城轨车辆作业时保证动车组牵引、制动、旅服等功能的重要工序。调试工序中任何微小的异常与故障都可能对列车运行安全造成巨大的影响。

城轨车辆调试过程中需多次对线路进行加压、短接、接地等操作，从而达到试验目的。但操作过程中存在安全隐患、操作繁琐等问题，为解决这些问题，本文对城轨车辆控制指令试验装置进行研制，从而到达解决这些问题的效果。

2 系统设计介绍

基于任务的控制指令试验器，是数字化调试线配套使用的重要测试装备，主要用于整列调试中列车控制指令的实时采集、信号处理、编码输出、在线控制、模拟指令发送及远程监测，须具备多种信号制式的采集和处理能力。是采用轻量化、智能化设计的列车控制指令采集、监控和处理装置。

城轨车辆控制指令试验装置作为控制指令信号采集、处理、输出和通信的中枢单元，下位机由控制箱和试验箱组成。控制箱采用标准机箱结构，各功能模块采用插接件形式从机箱前部装载在机箱内部，主要部件包括控制模块、采样模块、通讯模块及电源模块;试验箱由绕线盒和端子盒组成。上位机由配套移动操作终端构成。

试验器主要由下位机（含电源模块、信号采集模块、控制模块、通讯模块、背部链接通讯单元）和上位机组成，设计满足7×24h连续工作要求。如图1所示

城轨车辆控制指令试验装置具备以下功能：数据采集：城轨车辆控制指令试验装置下位机可实时采集城轨车辆主要控制指令信息，并自动将采集到的指令信息状态编码组帧。数据发送：城轨车辆控制指令试验装置下位机可将采集到的控制指令数据通过有线通讯或WIFI无线通讯实时发送至上位机，上位机可通过有线通讯或WIFI无线通讯与自动化调试系统服务器进行任务交互或数据交互。远程控制：自动化调试系统服务器可直接控制城轨车辆控制指令试验装置向城轨车辆发出模拟控制指令以完成远程试验控制功能。故障提示：当城轨车辆控制指令试验装置发生故障时，可通过上位机人机界面及下位机相关故障指示灯提示故障信息。

3 主要部件功能介绍

3.1门控制箱

控制箱采用高度为3U铝机箱结构，结构设计在紧凑的前提下充分考虑散热措施。各功能模块采用插接件形式从机箱前部装载在机箱内。

控制箱设备外箱选用铝合金定制加工的高强度专用箱，箱体侧面提手可方便平时搬运设备。设备存放箱采用铝合金高强度设备箱。控制箱机箱后侧面设置QE连接器插座作为信号接口。

控制模块、采样模块、通讯模块及电源模块等设置为刀片式插接电路板，机箱后部设置连接各模块电路板的母板，铝合金箱体内壁设置便于电路板插入的整体式滑轨。各插接电路板均设置螺丝固定口，插入机箱后可牢靠固定。控制箱机箱后侧面设置可拆卸接地线，接地线长度3.5m，端部设置鳄鱼夹用于与车体接地点连接;

电源指示灯、以太网接口、RS232/485通讯端口、故障指示灯、WIFI天线设置在机箱前面板处，开关、保险丝等设置在机箱后面板处。前述各部件均匀布置，美观，安装牢靠，便于使用，前面板处的各电路接口设置防尘堵。

通讯模块设置满足使用需求的无线路由器，用于连接上位机。通讯模块将CAN总线传输的控制模块数据通过有线通讯或WIFI网络以TCP/IP协议方式传输到上位机，同时将接收到的上位机指令转化后由CAN总线输送至控制模块。

通讯模块包括RJ45以太网接口和WIFI无线接口。RJ45以太网接口须预留在刀片式插接电路板前面板处;WIFI无线接口需支持串口透明传输，符合FCC认证，支持IEEE 802.11b/g/n协议，支持WEP64/128、WPA/WPA2 PSK数据安全标准。通过WIFI无线接口与网络交互，线路上的数据延迟小于100mS。

通讯模块支持无线路由功能，支持下位机与上位机组成局域网进行数据通信。

3.2 试验箱

绕线盒：（1）绕线盒采用铝制外壳，结构牢固，外形美观。（2）绕线盒内的输出电缆分为4组，每组电缆通过自动收线器盘在绕线盒内，使用时操作人员按需拉出一定长度的电缆，线束能自动锁止定位，收线时操作人员只需拉下线缆端部，线束能够自动收缩归位。（3）绕线盒上内置25个测试通道。其中10个通道配置成强制加压功能，占用5条信号线。5个通道设置为强制接地功能，占用5条信号线。10个通道设置为强制导通功能，占用10条线。同时测试通道具备可调功能。（4）每条信号线缆长度不少于5m，信号线缆加压、接地或导通端需用标准端子，然后通过标准端子与其他端子进行组合，方便拆下和替换。

3.3上位机

上位机显示及功能须满足下列要求：

1）上位机可以监测下位机所有通道的状态，在本地控制模式下可以控制下位机所有通道的输出状态;

2）上位机可从自动化调试系统服务器下载专项试验任务模板，并能够根据模板要求独立（不依靠自动化调试系统服务器）完成试验，并能够通过有线通讯或WIFI无线通讯将试验结果及中间过程数据上传至自动化调试系统服务器;

3）应用程序能够在一个屏幕上清晰显示所有通道的状态并可以通过触摸屏控制;

4）应用程序有良好的人机交互功能，方便现场操作人员掌握所有下位机状态。

4系统应用与总结

本系统已成功应用于城轨车辆调试作业中，实现了调试过程中的列车控制指令实时采集、处理、在线控制及模拟指令发送，极大的提高了施工人员的试验效率，并有效的保障了车辆调试过程的安全性与可控性。

参考文献：

[1]凌征忠. 数字化变电站系统和仪器调试方法研究[D]. 广东工业大学， 2018

[2]沈华波. 车载贯通指令试验技术研究[D].青岛大学，2018

作者简介：

王朝（1990-），性别男，民族汉，籍贯：甘肃省定西市，工程师，学历：硕士，单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，研究方向：城轨车辆调试技术设计