集便装置车载监测仪研究

冯其林

（中国铁路南宁局集团有限公司 南宁车辆段，高级工程师，广西 南宁 530001）

为进一步提升客运服务品质，改善旅客出行体验，按照中国铁路总公司贯彻落实“厕所革命”的统一部署和“客运提质”工作要求，至2025年所有旅客列车全部实现集便化，目前全路配属的铁路客车绝大部分均安装有集便装置，但在集便装置运用过程中，发现其由于使用频次较高，集便装置运行过程中故障高发，但部分问题在客车回库后不能再次体现，从而无法判定故障准确位置，导致检修时对故障处理不全面从而造成集便装置同个运行故障反复出现，研究集便装置的车载监测可准确提供运行过程中各类故障及参数，确保集便装置精准维修，杜绝质量隐患带病出库。

1 研究现状

目前全国各个客车运用及检修单位对集便器在运用过程中的状态没有一套方便高效的检测方法和设备，对集便装置的运用性能状态均是现车反馈的故障现象进行确认和处理，但往往客车集便装置较多故障现象间断性发生，如果不进行实时监测就会导致故障遗漏致使处理不彻底，引发集便装置运用故障高发，影响旅客乘车体验。同时全路范围内也没有集便装置运用过程中关键数据实时比对监测的设备，对一些影响集便器使用性能的参数不能及时得到修正，从而导致后期使用过程中出现故障，影响使用。

2 主要研究技术

2.1 实时数据采集显示

当集便装置运行时整个运行过程中的数据就会立即采集到工控机进行显示，集便装置任何工况、功能均能准时、准确的将监测数据进行采集，同时对集便装置的系统工作状态进行实时反馈，包括其进行冲水动作及抽真空试验时等都可进行监控，并实时显示出来。并对采集的数据进行实时的计算、分析、比较、判断，实现电子定压，对设定压力进行预判，压力采集分辨率不大于误差值为0.5%。

2.2 模拟故障测试功能

通过下达指令模拟低真空、超时、液满、80%等故障信号，将信号传输到集便装置控制器，对集便装置系统故障后是否能够启动相应的保护作用进行测试，避免了一些保护功能由于不能模拟故障导致不能测试的问题，同时对集便装置控制器的故障信号采集动作情况也可进行深度测试。

2.3 监测数据比对记录

集便装置监测数据与厂家设计数据进行比对，从而判断出使用中集便器和修复后集便器的技术指标及修复质量，同时监测仪具备监测数据修改功能，按照不同厂家规格型号的集便器参数要求进行相应的参数设置，达到铁路客车集便装置所有型号的监测数据比对，通过数据比对后的差异判断集便器的性能良好情况，避免部分性能不良的集便器在运行过程中故障影响旅客使用。

3 主要设计模块

3.1 集便系统电路数据采集设计

通过工控机接收集便装置系统电路信号，利用计算机编程实现对电路信号进行采集分析，准确判断集便器各电气配件的工作状态，并进行相应时间记录，监测仪工控机安装在客车乘务室内或集便器控制箱上对使用中的集便器进行监测，工控机接线在集便控制器上端，集便装置车载监测仪系统电路图如图1所示，其中BQ144为冲洗按钮输入信号、BQ142为冲水动作输入信号、BQ143为真空电磁阀动作输入信号、BQ141为排污阀关闭输入信号、BQ140为排污阀打开输入信号、BQ145为低真空时输入号、BQ146为80%时输入信号、BQ147为100%时输入信号、BQ133为空箱时输入信号。

图1 集便装置车载监测仪系统电路图

3.2 集便系统压力数据采集设计

集便装置工作状态的主要压力指标有两个，通过两个监测仪传感器采集显示，具体接线如图2、图3所示，其中压力传感器负责采集集便装置工作主要驱动动力的气源压力指标，把压力传感器安装在汽水分离器OUT口外面并固定好，压力传感器正线接在线排2号24V+，负线接在6号24V-，信号线为0～10V输出信号接在工控机AD01线座。压力传感器监测集便装置气路控制系统的压力值，输出4～20mA的电流信号到工控机，经过A/D转换器转换成数字信号，为监测仪过程控制及监测结果判断提供气路系统压力数据基础。另真空传感器负责采集集便系统工作状态反馈的真空度指标，为了实时采集分析集便系统的压力，把真空传感器安装在原真空表位置，真空传感器正线接在线排3号24V+，负线接在6号24V-，信号线为0～10V输出信号接在工控机AD03线座。真空传感器监测集便装置真空发生器抽取污物箱的真空值，输出4～20mA的电流信号到工控机，经过A/D转换器转换成数字信号，为监测仪过程控制及监测结果判断提供真空值数据基础。

图2 压力传感器接线图

图3 真空传感器接线图

3.3 采集监测数据分析设计

集便装置车载监测仪通过对集便装置电气线路电压电流判断电气元件动作情况，通过加装的传感器监测数据判断系统工作情况，通过软件编程处理，以数值计算的方式对信号进行采集、变换、估计与识别等加工处理，从而达到提取集便装置监测数据信息，通过预先设定的参数判断系统处于何种状态，达到集便装置监测数据实时分析的目的。

4 监测仪功能实现

4.1 集便装置系统监控

集便装置车载监测仪需要对系统状态进行监控显示，可直观显示集便装置主要的系统动作状态，包括冲洗、冲水、抽真空、排污阀打开、排污阀关闭、保压、低真空故障都可进行监控并实时显示出来，便于检修作业者实时了解集便装系统运行情况，及时对不良状态进行修复处理。压力值和真空压力值可直观的在显示屏上显示，采用0～10V模拟量输入，通过转换公式提升显示精确度，误差值为0.005。集便装置监测系统界面主要项点如图4所示。

图4 集便装置车载监测仪实时监测界面

4.2 集便装置功能监控及报警值设定

对集便装置的主要功能参数进行监控并设定报警值：冲洗时长，对集便器冲洗动作进行计时，冲洗过程6s；抽真空时长，对集便器抽真空进行监控，对超时进行低真空报警，对抽真空过短的也进行报警，可手动设置报警值，设定值为120s以内；保压时长，对真空发生器停止抽真空进行保压时计时；真空漏泄量，对保压后的真空度进行监控，12min内漏泄量大于≤3kPa时进行报警；检漏值设定，保压状态下漏泄量≤设置好的数值，此时进行报警；漏泄报警设定，由于真空开关采用机械感应动作式，每个集便器真空开关动作值都有少许误差，可通过此设置设定从某个压力值开始监测泄露；高压报警设定，真空开关行程为-26kPa至-30kPa，超过-30kPa后进行报警。

4.3 集便装置故障显示

实时监测集便装置系统参数，通过设定数据比对判断集便装置功能状态，显示当前故障，可显示风源压力低于350kPa的风源故障、12min内真空上升3kPa的真空不保压故障、低真空报警、抽真空时间过短、真空压力过高等集便装置系统发生过故障。

4.4 集便装置故障模拟

通过操作显示屏系统故障检测界面，如图5所示，通过触摸系统故障模拟检测的80%试验、箱满试验，超时试验、低真空试验模拟故障检测集便装置功能情况，同时通过系统功能试验可将集便装置冲洗、冲水、抽真空、排污阀开闭进行试验，达到对集便装置主要功能进行全面测试的目的。

图5 集便装置车载监测仪故障模拟及功能试验界面

4.5 监测仪数据管理

监测仪可对集便器每一次抽真空动作进行记录，通过最近历史数据可快速发现集便器抽真空保压系统存在的问题。对每一次故障报警进行记录，同时在PLC内创建数据库，通过U盘下载的数据信息，可在电脑上通过HMI数据库浏览器查看该车的报警数据进行分析，同时通过EXCEL工作表可查阅集便装置监测历史数据，辅助分析故障具体原因。

5 结论

集便装置车载监测仪的研究能够进一步完善集便装置途中偶发性故障记录并在库内进行及时解决避免带病出库，同时对集便装置的运行参数进行实时采集也可以让维修保养部门掌握集便装置的性能状况，便于实时进行维护调整，减少在运用过程中出现故障的机率，提高旅客列车集便器的故障修复率以及设施的完好率，实现对铁路客车集便装置进行车载监测的目标。