失知保護系統設計與基于Multiprog中間件的算法實現

劉晨勇

摘要：失知保護是機車控制系統的重要組成部分，使機車能保持安全穩定的運行。國內機車上現有警惕裝置功能單一，靈活性小，且易于規避。本文綜合現有警惕控制模式的優點，提出一種通用性強，伸縮性好的新型失知保護策略，并實現了基于IEC 61131編程模型的Multiprog中間件封裝。

關鍵詞：失知保護；機車控制；IEC 61131

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0155-03

Design of Vigilant System and Realization of Algorithm Based on Multiprog Middleware

Liu Chenyong

（ZHUZHOU CRRC TIMES ELECTRIC CO.，LTD，Hunan Zhuzhou，412001）

Abstract：The vigilance is an important part of the locomotive control system， which keeps the locomotive running safely and stably. The existing vigilance device on domestic locomotive is simple， flexible and easy to evade. This paper combines the advantages of the existing vigilance control model， proposes a new vigilant strategy with good versatility and scalability，and realizes the Multiprog middleware encapsulation based on IEC 61131 programming model.

Key Words：Vigilance； Locomotive control； IEC 61131

1 概述

失知系統旨在保障鐵路機車、城軌或高速列車司機在行駛過程中始終保持警覺狀態，如果系統檢測到在一段連續時間內缺少司機的人為干涉活動，失知系統將觸發報警裝置（通常伴隨聲光）直到切斷牽引動力，觸發緊急制動停車，確保車輛的安全運行。

通常國內機車上的警惕裝置功能比較單一[1]，難以滿足出口機車對安全運用的要求。因此，在集成目前國內警惕保護控制策略優點基礎上，設計出一種通用的模塊化、自動化、智能交互的新型失知保護系統，以進一步完善機車的整體安全性能，更好的打開機車的國際市場。

2 控制策略

現有警惕裝置設計原理主要分為靜態持續觸發和動態周期觸發兩種，各有局限[2][3]。靜態模式下的初級安全系統很容易被司機用其他方式規避，造成系統失效。動態模式下的進階安全系統通常靈活性較小，專用性強。因此，基于兩種控制模式的優點，擴展出一種通用性較強，伸縮性較好的失知保護系統。

2.1 設計原理

新型失知系統主要由人機交互裝置、活動裝置和邏輯控制單元組成。人機交互裝置通常由智能顯示屏、聲光報警裝置、踏板、按鈕等信號組成，實現活動信號輸入、預警提示與系統設置。活動裝置是最終執行安全狀態的元件，用于切斷機車動力，實施緊急制動或達到制動零界的狀態。邏輯控制單元是整個系統的核心，負責接收人機交互裝置的信號或指令，對機車的失知狀態進行綜合邏輯判定，實施保護策略，并輸出信號至活動裝置執行。

相比傳統的警惕保護裝置，進行了改進，主要有以下特點：①可選貨運和客運兩種模式；②可選有限隔離和完全隔離模式；③可選單機和重聯模式；④活動信號擴展為主生命信號和自動生命信號。保護策略流程如圖1。

2.1.1 系統啟動與關閉

當機車速度>6.4km/h，同時制動缸壓力≤179kPa，系統啟動保護；當不滿足速度或制動缸壓力條件，或機車處于重聯補機，或保護已切除時，系統關閉保護。

①有限隔離模式下切除該安全系統，如果機車速度超過戒備速度20km/h，則自動切斷機車動力，并在顯示屏上報警提示；

②完全隔離模式下切除該安全系統，經授權后可解除戒備速度限制；

③機車連掛或重聯時位于補機，系統保護自動關閉，由重聯本機聯鎖控制。

2.1.2 系統失效

系統發生故障，則間歇500ms驅動警惕報警音，持續20s后機車進入安全狀態（切斷牽引動力，緊急制動）。

2.1.3 零級警惕

觸發：持續1s沒有檢測到主生命信號（警惕踏板信號），則驅動警惕報警音和報警燈。

復位：零級警惕觸發后，若2s內重新檢測到主生命信號，則驅動警惕報警音靜音，驅動警惕報警燈熄滅，否則機車進入安全狀態。

2.1.4 一級警惕

觸發：持續在許可周期T時間內沒有檢測到主生命信號處于活動狀態或自動生命信號，則驅動警惕報警音500ms后靜音，驅動警惕報警燈。

①許可周期T（客運）：

（1）T=30s，6.4km/h≤V≤53.6km/h；

（2）T=1609.34/V，V>53.6km/h；

②許可周期T（貨運）：

（1）T=70s，6.4km/h≤V≤41.3km/h；

（2）T=2896.82/V，V>41.3km/h；

③釋放并重新踩下踏板視為主生命信號一次活動；自動生命信號包括撒砂、喇叭、警惕按鈕、前照燈開動作等。

復位：一級警惕觸發后，若2.5s（客運）/10s（貨運）內檢測到主生命信號一次活動，則驅動警惕報警燈熄滅，否則進入二級警惕。

2.1.5 二級警惕

觸發：一級警惕觸發后，持續時間>2.5s（客運）/10s（貨運），驅動警惕報警音和報警燈。

復位：二級警惕觸發后，若2.5s（客運）/10s（貨運）內檢測到主生命信號一次活動，則驅動警惕報警音靜音，驅動警惕報警燈熄滅，否則機車進入安全狀態。

2.1.6 系統復位

當機車進入安全狀態持續時間>30s，機車完全停止，同時機車方向處于中立位，系統復位，機車允許重新加載。見表1、表2。

2.2 中間件設計

Multiprog基于IEC 61131編程模型[4]，提供大量強大，實用的函數封裝庫，易于用戶快速實現復雜的自動化控制。

將上述控制策略的失知系統封裝成Multiprog中間件，向應用層提供輸入與輸出接口，調用封裝好的用戶庫agt_lib.mwt，可快速實現相應失知保護功能。

圖中描述的是已封裝用戶庫中核心的功能塊，例如IO采集模塊提供失知保護邏輯輸入與輸出；計算客運或貨運模式的許可周期，判定系統是否失效；一級與二級警惕控制算法邏輯封裝等。 見圖1、圖2、圖3。

3 結語

上述失知保護策略可移植性與實用性較強，特別適用于海外出口機車應用。基于該策略的保護系統已在中車出口阿根廷內燃機車上實現了批量裝車運用，得到了海外客戶的一致好評。

參考文獻

[1]廖忠文，孟玉發.出口機車警惕裝置設計[J].機車電傳動，2008，（5）：33-34.

[2]吳軍，王鑫.HXD3型機車司機警惕功能的優化改進[J].機車電傳動，2012，（2）：89-90.

[3]謝興中，徐盛火.LKJ司機警惕監控系統設計與實踐[J].機車電傳動，2011，（5）：65-68.

[4]IEC 61131-3.Programmable controllers-Part3.2003.endprint