魏海波 中國鐵路上海局集團有限公司合肥車輛段

1 概述

CR-200J 動力集中動車組長編組構(gòu)成為：1Mc+18T+1Mc。編組方案為：1 輛動力車+4 輛普通臥車+5 輛包間臥車+1 輛餐座合造車+2 輛普通座車+6 輛普通臥車+1 輛動力車，總定員：1102 人（見圖 1）。

圖1 CR-200J 動力集中動車組長編組圖

車輛控制單元主要作用是采集拖車車輛級供電系統(tǒng)、車下電源、軸溫系統(tǒng)、煙火系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、防滑器等各子系統(tǒng)設備狀態(tài)，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送至本車車廂監(jiān)控屏，并將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送至列車網(wǎng)進行數(shù)據(jù)共享，同時接收列車網(wǎng)上的命令數(shù)據(jù)，打包后傳送至車輛級各子系統(tǒng)設備。車輛控制單元還需管理本車網(wǎng)絡，通過PLC 監(jiān)測車輛級各子系統(tǒng)設備的通訊狀態(tài)。拖車網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)主要部件為車輛控制單元、PLC、車廂監(jiān)控屏、列車監(jiān)控屏、主控站。

DC600 V 供電采用動力車集中整流、拖車分散變流方式。動力車雙路DC600 V 獨立供電，重聯(lián)兩短編組間DC600 V 供電不貫通。供電模式：長編組每個動力車采用DC600 V 單路供電；拖車采用DC600 V 兩路獨立干線傳輸方式。供電功率：長編組2×400 kW。短編組2×200 kW。全列母線功率超過機車額定功率，電氣主控屏根據(jù)實時功率發(fā)送減載信號，拖車PLC 根據(jù)減載信號進行減載。

車輛電氣監(jiān)控系統(tǒng)由車輛控制單元、供電系統(tǒng)、電源裝置、軸溫、煙火、塞拉門、防滑器、車廂監(jiān)控屏、列車級電氣監(jiān)控系統(tǒng)主機及顯示屏和兩級Lonworks 網(wǎng)絡（列車級、車輛級）等組成?？刂栖囁緳C室控制、監(jiān)測與診方案與動力車方案保持一致（見圖2）。

圖2 車輛電氣監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架圖

列車監(jiān)控屏的主要作用是：接收主控站傳輸?shù)牧熊嚫髯酉到y(tǒng)設備的運行狀態(tài)進行實時顯示，并提示設備的故障信息，對車輛的運行參數(shù)及設備狀態(tài)進行數(shù)據(jù)存儲，并提供數(shù)據(jù)本地下載，可通過列車監(jiān)控屏對車輛的供電、空調(diào)進行控制。

列車監(jiān)控屏為觸摸式顯示屏，通過觸摸屏幕相應位置即可完成對系統(tǒng)的各種操作。人機交互界面包括以下五個主要頁面：“主頁面”、“車廂監(jiān)測”、“系統(tǒng)監(jiān)測”，“修改車號”，“查看記錄”。界面下方的五個觸摸按鈕分別對應上述頁面。觸摸相應按鈕，可切換至各頁面（見圖3）。

圖3 車輛列車監(jiān)控屏人機交互界面

車廂報警顯示終端主要由可觸控顯示屏、蜂鳴器、開關(guān)、通信接口等組成 ，用于顯示本車廂的主要行車安全監(jiān)測信息，具備設定本車的車制造號、車廂號及車類別的功能。在制動系統(tǒng)發(fā)生嚴重制動故障時，蜂鳴器發(fā)出聲音報警，同時顯示屏彈進行聲光報警，顯示報警車號和報警內(nèi)容。

KAX-1 客車行車安全監(jiān)測診斷系統(tǒng)由車廂級主機、列車網(wǎng)絡、列車級主機、TCDS 無線傳輸裝置等組成（見圖4）。

圖4 KAX-1 客車行車安全監(jiān)測診斷系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)鏈路圖

2 車廂級主機功能要求

2.1 制動監(jiān)測單元

制動監(jiān)測單元由壓力信號采集和故障診斷兩部分組成，可在列車運行過程中對每輛車制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障進行監(jiān)測診斷，具備向列車級主機發(fā)送制動工況、過程數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果的功能（見圖5）。

圖5 車廂級主機功能制動監(jiān)測單元

2.2 列車級主機功能要求

（1）全列數(shù)據(jù)監(jiān)測。列車級主機具備通過 LONWORKS網(wǎng)絡實時獲取全列各車廂功能節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可實時查看全列車輛的防滑器、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架的監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障信息，并提供診斷結(jié)果，預報報警信息。

（2）無線通信下載數(shù)據(jù)列車運行過程中應實時向地面數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)發(fā)送下列信息：實時的報警信息，定時發(fā)送被監(jiān)測的特征參數(shù)。實時通信的方式可采用 GSM 通信方式。無線通信下載過程數(shù)據(jù)在列車到站后應通過無線方式向地面數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)發(fā)送車載子系統(tǒng)主機記錄的全部監(jiān)測數(shù)據(jù)。實時通信的方式可采用 WLAN 無線局域網(wǎng)通信方式。

（3）車電監(jiān)測信息傳輸。列車級主機通過車電安全網(wǎng)關(guān)接收軸溫、空調(diào)、車下電源、供電、塞拉門等車電監(jiān)測信息，并經(jīng)過 TCDS 裝置進行無線傳輸，車電監(jiān)測信息如下：軸溫監(jiān)測信息含超溫報警、1～8 位軸溫度傳感器故障、外溫傳感器故障信息?？照{(diào)監(jiān)測信息含制冷故障、制暖故障、冷凝風機故障、通風機故障信息。車下電源監(jiān)測信息含車下電源及充電機輸入過壓、輸出過壓、輸出欠壓、輸出過流、輸出過載、IGBT故障、散熱器超溫、限流充電失效、溫度補償傳感器故障、預充電故障、內(nèi)部故障、輸入輸出接觸器故障信息。

3 全列調(diào)試過程

3.1 調(diào)試內(nèi)容

車輛編組調(diào)試工作包括設置全列設備參數(shù)，確認全列設備加電工作狀態(tài)，軟件更新確認，車輛通信線狀態(tài)確認包括KAX1 全列車廂級設備通信，KAX1 全列車廂級設備組網(wǎng)，機客通信測試，KAX1 系統(tǒng)全列編組對制動安全環(huán)路驗證。

3.2 全列設備參數(shù)設置

普通車在配電柜中安裝車廂級主機。車廂級主機包括PIC1，PIC2 ,WG2，F(xiàn)HG，ZD1/2，ZX1，ZX2，CPP 板卡（見圖 6）。

圖6 KAX-1 車廂級主機實物圖

按實際編組車輛情況，在報警顯示終端設置KAX1 系統(tǒng)車廂級主機車廂號及制造號。經(jīng)設置后在CPP 板卡數(shù)碼管及報警顯示終端確認設置有效。列車機主機參數(shù)配置：工程師車中的列車級主機須檢查其CPU 配置參數(shù)，此配置參數(shù)將用于 GPRS 及 WLAN 功 能 驗 證 。 主 機 網(wǎng) 卡 1 IP：192.168.100.100，主機網(wǎng)卡2 IP：210.77.18.1，通過筆記本ping 命令測試安全平臺IP 及安全平臺端口5004。

3.3 機客通信驗證

已連掛動力車/控制車時確認收到機車公共信息報文查看列車級主機GW 板卡，D4 燈應為閃爍狀態(tài)；查看LTM 板卡D7 燈應為閃爍狀態(tài)；確認機車/控制車收到拖車狀態(tài)報文查看DDU 顯示屏是否正常顯示拖車狀態(tài)，查看LTM 板卡D3（機客通信第1 路lonworks）,D5 應為閃爍狀態(tài)（機客通信第2路 lonworks）。

未連掛動力車/控制車時確認從車端機客通信連接器能收到拖車信息報文使用Lonworks 通信工裝，連接全列首車/尾車機客通信連接器，應能收到拖車報文。

工裝連接方法如圖7 所示：工裝板卡前面板JL1 接口通過工裝線纜連接車端Lonworks 通信線。電腦通過USB 轉(zhuǎn)RS232 數(shù)據(jù)線連接工裝板卡RS232 接口，工裝板卡供電運行。

圖7 機客通信工裝連接示意圖

驗證方法：工裝板卡D4 燈應秒閃；打開“動力集中動車組機客通信模擬調(diào)試軟件V1.3”，在“LTM 板卡串口接收”窗口查看顯示收到拖車報文內(nèi)容（見圖8）。

圖8 模擬軟件顯示拖車報文狀態(tài)

3.4 安全環(huán)路功能驗證

安全環(huán)路驗證全列在連掛動力車/控制車時進行的驗證項目。在發(fā)生嚴重制動報警時，KAX1 列車級主機CPU 通過機客通信將嚴重制動報警狀態(tài)發(fā)送至機車，由DDU 顯示屏拖車信息頁面顯示，觸發(fā)制動安全環(huán)路硬線信號至機車（見圖 9）。

圖9 模擬發(fā)生車廂嚴重制動報警

（1）制動安全環(huán)路報警：當司機室顯示屏彈屏報警，提示制動安全環(huán)路報警。普通座車(餐吧車）機械師室配電箱行車安全顯示屏自動彈出嚴重故障報警對話框。列車自動實施一次常用制動（列車管減壓80 kPa），并保持5 s，可進行制動緩解。此時控制車與動力車制動安全環(huán)路狀態(tài)繼電器失電。

（2）火災安全環(huán)路報警：當司機室顯示屏彈屏報警，提示火災安全環(huán)路報警。同時司機臺火災報警指示燈閃爍，蜂鳴器鳴響。所有拖車的火災報警器均發(fā)出火災報警，并提示發(fā)生火災的車輛信息?？刂栖嚺c動力車火災安全環(huán)路狀態(tài)繼電器失電，拖車火災報警?；馂膱缶收咸幚矸桨福核緳C室顯示屏界面，通過“牽引主界面”-“信息總覽”-“拖車信息”，在屏幕中查詢發(fā)生火災報警的車廂。機械師通過任一火災報警器提示找到報警車輛，并解決存在的火災實際問題。火災問題解決后，按下對應車火災報警主機的復位按鈕，火災安全環(huán)路報警解除，報警指示燈停止閃爍，蜂鳴器停止鳴響，火災安全環(huán)路狀態(tài)繼電器得電。若機械師確認無火災問題，確認相應車火災情況是安全的，可進行隔離安全回路動作。可通過“牽引主界面”-“設備控制”-“火災設置”中隔離火災環(huán)路。

（3）軸報安全環(huán)路報警：司機室顯示屏彈屏報警，提示軸報安全環(huán)路報警。拖車的軸溫報警器發(fā)出輪對軸承溫度大于90℃報警，提示軸溫報警車輛，軸位和軸溫信息。此時列車自動實施最大常用制動至停車?？刂栖嚺c動力車軸報安全環(huán)路狀態(tài)繼電器失電。拖車軸溫報警處理方案：司機室顯示屏界面，通過“牽引主界面”-“信息總覽”-“拖車信息”，在屏幕中查詢發(fā)生軸溫報警的車廂。機械師通過任一軸溫報警器提示找到報警車軸，檢查軸溫可解決存在的熱軸問題。當軸溫問題解決后，軸溫報警器停止報警，軸報安全環(huán)路報警解除，軸報安全環(huán)路狀態(tài)繼電器失電（見圖10、圖11）。

圖10 列車網(wǎng)關(guān)火災報警報警器結(jié)構(gòu)圖

圖11 列車軸溫報警報警器結(jié)構(gòu)圖

4 動力集中動車組地面專家系統(tǒng)車輛數(shù)據(jù)分析

動力集中動車組地面數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)是客車運行安全監(jiān)控系統(tǒng)（TCDS）的重要組成部分。TCDS 車載實時監(jiān)測系統(tǒng)到站時將記錄的報警事件和大量過程數(shù)據(jù)通過WLAN 下載到地面系統(tǒng)，地面系統(tǒng)對下載的數(shù)據(jù)進行解析存儲，智能決策，故障確認，事件分析和打印報表。通過TCDS 地面專家系統(tǒng)，對客車運行過程中所發(fā)生的各種報警事件有詳細數(shù)據(jù)的記錄（見圖 12、圖 13）。

圖12 TCDS 車載實時監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

圖13 TCDS 地面專家系統(tǒng)報警數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

4.1 制動數(shù)據(jù)分析（見圖14）

圖14 地面專家系統(tǒng)車輛制動風壓曲線圖

圖14 分析出車輛制動保壓過程中，若發(fā)生制動缸及管系風壓泄漏，因副風缸向制動缸補風，在一定時間內(nèi)制動缸壓力無變化，監(jiān)測出制動缸壓力正常，隨著副風缸持續(xù)補風，副風缸壓力會逐漸下降，通過監(jiān)測副風缸壓力下降，可監(jiān)測制動缸及管系存在泄漏（見圖15）。

圖15 地面專家系統(tǒng)車輛制動風壓曲線圖

制動缸壓力傳感器測點在緩解閥后，防滑排風閥前，當緩解閥拉起后，可監(jiān)測。從自然緩解演變?yōu)闊o制動作用。自然緩解和無制動作用 交替發(fā)生（見圖16）。

圖16 地面專家系統(tǒng)車輛制動風壓曲線圖

圖16 工作風缸泄漏，壓力較低，當列車管壓力高壓工作缸壓力時發(fā)生無制動作用，當列車管壓力低于工作缸壓力時發(fā)生自然緩解。車管壓力發(fā)生明顯的減壓制動，車廂制動機不產(chǎn)生制動作用，即判斷該車發(fā)生了“無制動作用”，與鄰車的壓力曲線對比可以發(fā)現(xiàn)，在列車管減壓制動過程中，車輛制動缸壓力基本無變化，沒有形成制動作用。

4.2 轉(zhuǎn)向架數(shù)據(jù)分析

對交路中的振動特征數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)篩選后各車分別取平均值，再將各車的平均值進行對比，主要表現(xiàn)車輛振動強度是否存在異常。圖17 橫坐標是 1-8 車，縱坐標是車體、構(gòu)架的振動強度統(tǒng)計值。若超出相應閾值，地面系統(tǒng)報“關(guān)注”或“異?！?，閾值為單交路全列數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值，不同交路有差異。此對比法將本交路中的振動特征數(shù)據(jù)分速度區(qū)間統(tǒng)計，相同速度區(qū)間內(nèi)特征數(shù)據(jù)取平均值，不同速度區(qū)間的平均值連接起來形成曲線，再把各車的曲線進行匯總對比。判斷車輛振動強度隨速度變化的規(guī)律是否存在異常。

圖17 車輛報警數(shù)據(jù)分速度統(tǒng)計折線圖

圖中橫坐標是速度（0 km/h-160 km/h），縱坐標是車體、構(gòu)架的振動強度統(tǒng)計值。車輛異常振動數(shù)據(jù)，列車全列當交路數(shù)據(jù)柱狀圖來看，各車構(gòu)架及車體的橫向、垂向振動特征值基本保持同一水平，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。從折線圖來看，6 車在120 km/h 以上速度時構(gòu)架橫向/垂向振動強度較其他車輛平均偏大40%，8 車在120 km/h 以上速度時構(gòu)架橫向振動強度較其他車輛平均偏大20%（見圖18、圖19、圖20）。

圖18 全列車體橫向特征值

圖19 全列車體垂向特征值

圖20 全列構(gòu)架垂向特征值

通過圖17-20 數(shù)據(jù)分析表明：

（1）編組內(nèi)6 車在120 km/h 以上速度時構(gòu)架橫向/垂向振動強度較其他車輛平均偏大40%，8 車在120 km/h 以上速度時構(gòu)架橫向振動強度較其他車輛平均偏大 20%，除此之外構(gòu)架及車體的振動特征值與其他車輛基本保持一致。

（2）列車在異常振動發(fā)生當交路與前交路相比，數(shù)據(jù)特征未發(fā)生明顯變化。表明客戶反饋的該列車振動體感偏大并非是本交路車輛特性發(fā)生突變。

（3）通過對比該配屬的其他列車，發(fā)現(xiàn)8 車在120 km/h以上速度時構(gòu)架橫向振動強度較其他車輛略微偏大（15%-20%）的現(xiàn)象在多個車上普遍存在，推測編組內(nèi)8 車體感振動偏大的描述與車輛本身動力學特性相關(guān)，而并非數(shù)據(jù)異常。

（4）編組內(nèi)6 車構(gòu)架橫向/垂向振動強度在120 km/h 以上速度時偏大40%的現(xiàn)象在其他車輛上未發(fā)現(xiàn)類似情況，在運用及檢修過程中對該車進行重點跟蹤。

5 結(jié)論

CR-200J 動力集中動車組型行車安全監(jiān)測診斷系統(tǒng)包括車廂級子系統(tǒng)及列車級子系統(tǒng)兩部分,由車廂級主機、列車網(wǎng)絡、列車級主機、TCDS 無線傳輸裝置等組成。在車輛編組調(diào)試時通過全列設備參數(shù)設置、機客通信驗證、安全環(huán)路功能驗證客實現(xiàn)對行車安全監(jiān)測設備進行綜合診斷分析和報警故障處理。利用TCDS 地面專家系統(tǒng)可針對車載監(jiān)測故障報警信息進行故障分析確認，對車輛異常數(shù)據(jù)及時分析處理，確保在運用及檢修過程中實現(xiàn)重點故障跟蹤和排查。