铁路客车尾部风压监控装置研制报告课件

1、客车列车尾部风压监控装置客车列车尾部风压监控装置 研制报告武汉铁路昌茂工业公司武汉铁路昌茂工业公司 二二一四年七月一四年七月目目 录录一、概述一、概述.- - 1 1 - -二、系统研制的技术背景及基础二、系统研制的技术背景及基础.- - 4 4 - -三、总体设计和工作思路三、总体设计和工作思路.- - 5 5 - -四、系统工作原理设计四、系统工作原理设计.- - 7 7 - -五、系统加工与制造五、系统加工与制造.- - 9 9 - -六、系统功能和技术特点六、系统功能和技术特点.- - 1010 - -七、系统研制的创新要点七、系统研制的创新要点.- - 1111 - -八、存在问题及

2、改进措施八、存在问题及改进措施.- - 1111 - -九、推广应用前景九、推广应用前景.- - 1111 - - 1 -研研 制制 报报 告告一、概述一、概述1研发背景依据微机控制客车列车制动机试验标准 （运装客车2010233号）对列车感度、安定以及紧急制动试验减压速度的规定，针对现有客车列车制动试验系统采用在列车首部进行排风减压方式，尾部车辆减压速度不足，难以及时发现列车尾部制动性能不良车辆的问题。因此需研制一套新型尾部风压监控装置，利用一个占空比型电磁阀动态开闭实现列车尾部排风减压，精确控制列车感度、安定以及紧急制动试验的减压速度，同时实时监测尾部风压并传输至制动试验监测主机，主机根据

3、制动减压曲线对列车制动性能进行自动判别、评价。2. 任务来源和选题依据2014 年 7 月，西安铁路局提出了研发客车尾部风压监控装置的需求。我公司根据客户需求，依据原铁道部微机控制客车列车制动机试验标准 （运装客车2010233 号） 、招标方提供的“客车列车尾部风压监控装置”技术要求等文件仔细研究课题，并成立了研发小组，深入现场调研，熟悉作业规范及流程，并参考我公司已开发成型的 WD-3微控列车试风系统，确定了客车尾部风压监控装置总体技术方案。3主要研究内容及技术关键主要研究内容:（1）对各种减压方式下、进行不同制动试验项目时，列车前中后部车辆的实际减压速度进行统计分析。 （2）依据铁路管理

4、部- 2 -门相关有效文件和招标方技术文件，确定配合列首微控试风装置实现充风，尾部风压监控装置通断占空比型电磁阀，直通式减降客车尾部风管压力，对列车制动性能进行准确的判别的整体方案。 （3）开发设计由占空比型电磁阀、压力传感器、智能微处理控制板、数据双向传输电路板、无线传输装置等构成新型客车尾部风压监控装置完成尾部排风控制，实现各部车辆具有均衡的减压速度，对列车制动性能进行准确的判别。技术关键：（1）确定设备占空比型电磁阀频率或开关方式，达到设备的排风速度与不同数量编组列车的列车管标准排风速度吻合的控制方式。 （2）设备整合加入客技站整备场已有的微控列车试风系统中，利用微控列车试风系统资源完成

5、列车管缓解定压充风、对讲机发码操作、尾压无线传输、现场实时监控、图形报表生成等功能。 （3）开发设计设备内部智能微处理控制板，完成风压采集后，电磁阀占空比式通断，实时计算设备排风速度与设定标准速度比较，根据比较结果，动态调整电磁阀通断，改变占空比，使用 PID 模式控制设备的排风速度与不同数量编组列车的列车管标准排风速度吻合。 （4）在无法兼容客技站整备场现有的微控列车试风系统情况下，独立开发一套，利用手动操作列首充风，对讲机操作设备进行尾部试验的尾部风压监控装置微机系统。4. 主要解决的问题（1）确定尾部排风方式为直排式。具体采用 2 个直排式占空比型电磁阀 35A-BOO-DDAA 型，安

6、装 2 个不同口径的排风堵，根据感度、安定和紧急试验项目要求，动作 1 个阀或 2 个阀同时动作。 （2）确定尾部排风速度控制方式为通过微处理模块每 0.25S 检测 1 次排风速度，与标- 3 -准速度比较后，输出改变电磁阀开闭占空比，实现尾部排风速度达标。(3)内置无线传输模块，实现与主控计算机的尾部压力上传、控制命令下传。 （4）无线传输模块 SRWF-1028-21 型与微处理模块采用 RS232 连接，实现下位微处理单元与上位主控计算机双向通讯。5研制计划整个研制过程分为三个阶段：第一阶段计划 30 天1. 成立研制小组。由公司经理为组长，从公司抽调技术骨干组成研制小组。2. 根据客

7、户需求、查阅相关的技术资料，借鉴国内列尾装置气动原理，参考我公司已开发成型的 WD-3 微控列车试风系统，确定了客车尾部风压监控装置总体技术初步方案。第二阶段计划 90 天1根据客车尾部风压监控装置总体技术初步方案与客户讨论，与相关专家合作，紧密结合现场试验完善技术方案。2根据客车尾部风压监控装置总体技术初步方案，设计制造一套样机，并投入试验使用。第三阶段计划 40 天1依据样机在现场试验的情况，收集意见，制定整改，修改完善设计。2.依据修改完成成型机。- 4 -二、系统研制的技术背景及基础。二、系统研制的技术背景及基础。客车尾部风压监控装置控制核心为单片机微处理装置。单片机是典型的嵌入式微控

8、制器，单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统） 。单片机可外接 AD 转化电路采集模拟量，接口继电器控制电路，驱动外围电气元件。通过内部固化的程序，在 CPU 进行计算处理，驱动输出完成现场流程控制。单片机还可以 RS232 通讯接口实现与数传电台连接，完成无线数据信号与上位机双向传输。客车尾部风压监控装置与上位计算机之间通过无线数传电台实现无线双向数据传输。无线数传电台借助 DSP 技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输装置。它由发射机、接收机、锁相环、基带处理及调制解调器、CPU、RS232 接口等组成，可实现射频发射、信号解调、数据处理、数据

9、交换等功能。占空比型电磁阀是客车尾部风压监控装置最重要的气动执行元件。占空比型电磁阀虽然属于开关型电磁阀，但是动作频率要比普通开关型型高得多。占空比型一般都是直动式的，可以用于流量调节。占空比型电磁阀可通过单片机产生 PWM 信号，信号可转换为电流，通过电流大小控制阀的开度，实现流量调节。三、总体设计和工作思路三、总体设计和工作思路1. 设计原则客车尾部风压监控装置安装于列车尾部，可精确控制列车感度、安- 5 -定以及紧急制动试验的减压速度，进行列车尾端的制动试验。试验过程遥控操作、自动进行、曲线显示、自动判定、结果备存。2.技术措施（1）设计双阀门工作实现不同要求的减压控制。（2）单片机输出

10、占空比信号控制阀门开度，实现排风速度精度控制。（3）无线数传电台实现尾部风压数据无线传输。（4）应用 DTMF 功能实现对讲机遥控操作。（5）软件编程实现试验过程实时显示、试验结果自动判定、试验数据长期保存，报表随时调看打印。3.系统方案客车尾部风压监控系统由客车尾部风压监控装置和主控计算机组成。客车尾部风压监控装置硬件由风路执行装置、单片机微处理装置、无线数传模块、DC48V 锂电池组、装置外壳构成。风路执行装置由 2 个美国 MAC 公司 35A-BOO-DDAA 占空比型电磁阀、1 套气路板和车辆风管连接装置组成。单片机微处理装置由单片机智能控制板、电源控制板、液晶显示单元、压力传感器组

11、成。单片机智能控制板是以美国 ATMEL89S5853 微处理器为核心的单片机电路，扩展连接 AD 采集转换电路、直流 PWM 驱动输出电路、R232 通讯电路组成。电源控制板由 DC5V DC13.5VDC24V电源电路、电池充电控制电路组成。液晶显示单元用于尾部风压数码显- 6 -示，由小型液晶屏和驱动电路构成。压力传感器采用微型压力传感器。输入 0-1000Kpa，输出 4-20mA。无线数传模块拟议采用上海桑锐 SRWF-1028-21 型模块。DC48V 锂电池组持续能力3 天。装置外壳拟定尺寸：长*宽*高 300*200*150- 7 -四、系统工作原理设计四、系统工作原理设计1.

12、系统结构设计整个系统按安装结构由微控主机及外设、对讲机语音接收及发码装置、无线数传电台双向通讯装置、前端试风执行器和客车尾部风压监控装置等组成。2. 系统原理设计客车尾部风压监控装置系统原理图（如下）系统工作原理介绍：对讲机 DTMF 发码操作命令主控计算机接收对讲机发码解码获得命令通过光纤或 485 网络控制下位试风执行器缓解充风同时客车尾部风压监控装置通过数传电台系统向主控计算机发送尾部风压信号主控计算机采集到尾部风压到达规定 600KPa 风压时通过数传电台系统向客车尾部风压监控装置发送排风命令客车尾部风压监控装置通过数传电台系统接收主控计算机发送排风命令后按命令要求开阀排风客车尾部风压

13、监控装置内部微处理器计算排风速度适度调整开阀占空比率使得排风速度稳定在标准内达到规定减压量后停止排风微机控制配合人工检查对讲机发码确定试验结果是否合格完成试验后对讲机发码退出试验主控计算机接收对讲机发码控制下位试风执行器或尾部风压监控装置排尽风管风压结束试验。- 1 -开始开始解析 DTMF 获得命令获得接收命令开始控制执行器进行试风试验采集发送尾部风压接收尾部风压数值判断风压值未到 600KPa已到 600KPa发送排风命令接收命令控制尾部风阀排风执行器风阀排风接收尾部风压数值判断试验结果是否合格结束接收命令控制排风阀排尽空气发送命令排尽风管内空气控制排风阀排尽空气结束图表 1 主控计算机程

14、序流程图表 2 尾部风压监控装置程序流程发送实验开始命令接收并解析人工反馈结果数传电台数传电台数传电台数传电台数传电台到达减压量停止排风- 1 -排风速度控制原理介绍：采用 2 个直排式占空比型电磁阀 35A-BOO-DDAA 型，安装 2 个不同口径的排风堵，A 阀为常用制动阀，缩堵大小控制在 1.0-1.5 之间，排风速度2540kPa/s，A 阀为紧急阀，缩堵大小控制在 1.0-1.5 之间。当进行感度试验时，开启 A 阀，同时实时检测排风速度，当排风速度高时，减小开闭占空比，降低排风速度；当排风速度低时，增大开闭占空比。当进行感度试验时，开启 A 阀，同时实时检测排风速度，当排风速度高

15、时，减小开闭占空比，降低排风速度；当排风速度低时，增大开闭占空比。当进行安定试验时，开启 A 阀，同时实时检测排风速度，当排风速度高时，减小开闭占空比，降低排风速度；当排风速度低时，增大开闭占空比，如遇全打开时仍满足不了时，开启 B 阀,并检测排风速度，不断改变 B 阀开闭占空比，达到排风速度。当进行紧急试验时，同时开启 A、B 两阀，获得高速排风。排风阀控制的实现原理介绍：采用 PID 闭环控制模式，微处理器板按给定值输出 PWM 脉冲信号，驱动可高频开关的达林顿管，控制直通阀的开闭度的有效值，同时实时采集尾部风压值变化，进行计算获得速度参数反馈，与给定值比较，根据比较结果，按传递函数计算出

16、调整量，叠加到输出中，获得稳定的排风速度。- 2 -五、设备加工与制造五、设备加工与制造5.1 设备加工与制造流程介绍电气制作系统总装系统调试产品打标气动制作工控机通讯装置原材料入库检验出厂检验打包入库5.2 生产作业程序步骤介绍5.21 原材料入库检验 5.21.1 外壳和附属件备料。查看外壳的材质，喷塑情况，开孔是否达到要求，盖板、提手等是否数量齐全。 5.212 电气备料。电料按所用清单清点数量，逐一进行检查，元件、成型板、线径是否达标。5.213 工业计算机通讯装置备料。按所用清单清点数量，逐一进行检查，配件外观不得有脱焊等现象。 5.214 气动装置备料。按所用清单清点数量，逐一进行

17、检查，- 4 -外观不合格应当拒绝接收。 5.22制作5.22. 1 电气制作。电路板安装制作，按电气图纸接线安装，对其工艺要求为：安全可靠、满足电气性能和机械性能要求，符合GB7251.1-1977 低压成套开关设备和控制设备相关标准及产品技术条件。5.22. 2 气动装置制作。分为集装分气块组制作、内部风路系统制作。标准符合GB/T 7932-2003 气动系统通用技术条件的相关规定。5.22. 3 工业计算机通讯装置装配。与计算机连接的数传电台安装标准符合GB/T16611-1996 数传电台规范中有关安装内容，配件齐全，安全可靠。5.23总装5.23. 1 总装流程。先将气动元件做好，

18、接着安装分气块和阀等其他气动装置，再进行气路管系联结。标准符合GB/T 7932-2003 气动系统通用技术条件的相关规定。气动联结好后进行电气总装。先制作好安装；安装电池组、微处理器板、电源板、传感器、数传电台、液晶屏及显示电路板等；认真检查后，最后进行电气联线。5.24调试5.24.1 传感器标定。 5.2 4. 2 装置整体保压测试验 5.24.2.1 装置外联联结风源，充风到 600KPa,稳定后，关闭进风源头，进行保压试验，漏泄量不得多于 1 KPa 。如有超标进行气路检查。- 5 -5.24.3 自检试验 装置外联 15.5 风缸，联结风源，使用自检程序进行测试。3 项单项试验连续

19、 3 次自检全部合格才判定合格。感度试验 1020kPa/s、安定试验 2540kPa/s、紧急制动试验 86100kPa/s。如有不合格进行检查。 5.24.4 电空带载测试。5.24.5 数据保存及验收测试。5.24.6 数据导出及打印测试。5.24.7 老化测试。 5.25检验出厂质检员按检验标准进行检验，做好记录。检验合格后签字，出具检验合格证 。六、系统功能和技术特点六、系统功能和技术特点1主要技术参数（1）环境温度：-20 45 。（2）湿度：最湿月月平均最大相对湿度不大于 90%(该月月平均最低温度为 25)。（3）传感器压力测量范围：01000kPa。压力分辨率：1kPa。压力

20、精度：5%。（4）制动减压速度：感度 1020kPa/s、安定 2540kPa/s。（5）工作电压：蓄电池一次充电，使用 3 天。（6）重量：小于 5kg。2. 主要功能- 6 -（1）及时准确接收并执行值班室下发的试验减压命令，试验数据上传值班室。（2）不同编组、不同试验时，尾部减压速度符合运装客车2010233 号规定的试验标准。（3）一体化，便于携带。（4）检测数据的存储和打印。七、七、系统研制的创新要点系统研制的创新要点1. 设备整合加入客技站整备场已有的微控列车试风系统中，利用微控列车试风系统资源完成列车管缓解定压充风、对讲机发码操作、尾压无线传输、现场实时监控、图形报表生成等功能。最终实现可以进行列首、列尾两端制动性能试验。2. 确定尾