動車組單車調試工藝及發展趨勢

吳艷鵬 陳國鋒 隋永錕 陸東宇 劉 歡 張 陽

(中車長春軌道客車股份有限公司檢修運維事業部,130062,長春//第一作者,工程師)

動車組單車調試是在車輛裝配完成后,針對單臺車輛進行的電氣調試項目。其主要目的是為了測試每臺車是否存在線路故障、部件故障，通過單車調試排查車輛是否存在制造缺陷，從而保證列車編組連掛完成后，每臺車故障數量較少，便于順利開展后續列調工作。

縱觀各類動車組單車調試工藝，常見的主要是基于自動化線纜測試設備、硬線模塊模擬器和MVB(多功能車輛總線)網絡的控制設備進行功能測試，信息化、智能化水平相對較低。當前基于MVB、無線網絡控制、可編程序的自動化調試系統正在應運而生，將成為未來動車組單車調試工藝的發展趨勢。本文將對幾種典型的傳統單車調試工藝進行對比，并對智能單車調試系統進行分析研究。

1 傳統單車調試工藝

1.1 章魚試驗

章魚試驗[1](見圖1)是CRH5型動車組調試中的一項特色試驗。該試驗主要是基于一種可編程序的線纜自動測試設備，自動檢測線纜導通、絕緣、耐壓等性能，確保線路無混線、短路、接地等問題。進行該項試驗時，需要人工將測試線纜依次連接到自動測試設備和測試車輛的連接器上，然后運行自動測試設備試驗程序且完全通過計算機軟件運行，測試完成后自動輸出測試報告單。章魚試驗是一種典型的自動化、信息化調試手段，檢測的準確度較高，但試驗所需測試線纜眾多，需要人工將測試線纜按照對應關系一一連接，工作效率上有待提高，且只能對車輛線纜導通及絕緣性能進行驗證。

圖1 章魚試驗設備和連接線纜

1.2 CRH5型動車組單車調試工藝

CRH5型動車組的單車調試工藝主要是基于硬線模擬器進行測試，其使用的硬線模擬器主要包括端部模擬器(見圖2)、模塊模擬器等，模擬器主要由信號燈和指令開關構成，其中端部模擬器用于與車輛端部過橋連接器連接，以及顯示端部連接器信號和輸出控制電信號；模塊模擬器用于連接車輛遠程輸入輸出模塊(RIOM)連接器，替代 RIOM接收網絡信號并輸出控制指令[2]。硬線模擬器工藝原理簡單、觀察直觀，完全屬于一種硬線控制，不涉及列車網絡邏輯。但端部模擬器通用性低，不同車型、不同車輛需單獨設計不同類型的端部模擬器且占地空間大、安裝操作不方便；模塊數量眾多、分布地點不集中，試驗時需要人工連接和拆卸模塊，測試時需要多人配合參與，信息化和智能化水平很低。

圖2 傳統端部模擬器

1.3 CRH3型動車組單車調試工藝

CRH3型動車組單車調試工藝主要是基于多功能總線控制設備(SIMIT試驗臺(見圖3))進行測試。SIMIT試驗臺[3]通過MVB與車輛的MVB進行通訊，并與車輛網絡設備構成一個小型網絡系統，此種網絡系統并不具備自動計算和控制能力。SIMIT試驗臺承擔主控單元的作用，亦是列車網絡對外的人機接口，操作人員可以通過SIMIT試驗臺進行車輛狀態反饋、溫度及版本的讀取與檢測工作，同時可以發出各種控制指令，實現繼電器控制或部件功能啟動。該系統的優點是準備工作簡單，僅需將1根MVB連接器與車輛MVB接口連接即可，控制相對集中、人員無效走動少，相比硬線模擬器效率更高；缺點是SIMIT試驗臺屬于進口設備，采購和維護成本高昂，同時試驗時此試驗臺是唯一的控制設備，不利于各系統人員同時操作，另外必須與硬線端部連接器配合使用，信息化和智能化水平不足。

圖3 SIMIT試驗臺

2 智能單車調試系統

智能單車調試系統是利用單車智能調試設備、智能端部模擬器和移動終端搭建而成的列車網絡控制系統，可模擬中央控制單元功能進行單車電氣功能調試。調試時，智能調試設備通過MVB與被測試車輛進行連接，智能端部模擬器通過硬線與被測試車輛端部模擬器連接，智能調試設備、智能端部模擬器、移動終端通過無線AP(接入點)服務器形成網絡通訊。智能單車調試系統信息化、智能化程度高，系統構成如圖4所示。

圖4 智能單車調試系統示意圖

2.1 單車智能調試設備

智能調試設備(見圖5)是一種國產化的基于MVB控制調試設備，可以完美替代西門子公司SIMIT試驗臺，且應用車型相比SIMIT試驗臺具有更大優勢，可以在基于MVB網絡結構的車輛進行全面推廣，目前可應用在CRH3、CRH5和中國標準動車組(CR400BF)等多個平臺的動車組上。單車智能調試設備[4]通過MVB與待測試車輛連接，通過控制程序模擬相關組件間收發MVB信號，從而來判斷和檢測被測車廂的電氣信號，以控制車輛部件啟動。根據被測車型、車輛的不同，單車模擬試驗臺測試程序的界面分為不同車型、不同車輛的界面，各車型界面包含不同子系統的試驗操作界面。這些子系統試驗操作界面都是直觀的視窗交互界面，不僅可以接收測試人員的電氣接通、斷開指令，也可以采用各種圖標動態顯示被測對象的電氣連接狀態，更重要的是智能調試設備的測試程序可升級，具有拓展網絡外設備的功能，更加便于信息化和智能化開發[5]。

圖5 智能調試設備

2.2 智能端部模擬器

智能端部模擬器(見圖6)是一種可以基于MVB或無線網絡控制的、更加智能化和信息化的輸入輸出控制模塊，可以與智能調試設備配套使用，能夠通過無線網絡或MVB與智能調試設備實現網絡連接，可以在智能調試設備、移動終端監控器上控制智能端部模擬器發出控制指令，或查看智能端部模擬器接收的反饋信號狀態，可以有效替代傳統類型的硬線端部模擬器。

圖6 智能端部模擬器

智能端部模擬器具有以下特點：

1) 采用ARM(進階精簡指令集機器)架構的中央處理器，是一種具有多路數字輸入輸出單元，能夠實現對車端連接器的電源輸入、線間短接和電壓測量的可編程邏輯控制。

2) 具有以太網、CAN(控制器局域網)、RS485和Wi-Fi網絡接口，可以和智能調試設備無縫連接，實現自動調試和實時數據采集。

3) 統一了所有的適配器標準，能夠做到所有車型通用，避免了各車型適配器選型錯誤。

2.3 移動控制終端

移動控制終端使用8～10寸(26.64～33.33 cm)的PAD(平板電腦)或手機，且通過無線網絡與車間服務器進行連接。移動終端上開發配備專用的APP(應用程序)，打開APP即可像在智能調試設備上一樣對車上信號進行實時操作和記錄，攜帶方便，在無線網絡范圍內任何地點均可控制車輛功能，可以實現多人同時操作且互不影響。APP解決了只能通過智能調試設備控制車輛和人員無效走動的問題，減少配合試驗人員數量，大大提高了調試效率；同時移動終端可以對試驗結果進行影像記錄，便于質量追溯。

3 自動化單車調試工藝發展趨勢

自動化單車調試工藝是未來技術發展的趨勢，智能單車調試系統是實現自動化單車調試的基礎。在智能單車調試系統的基礎上，額外增加服務器，且在服務器上開發數字化調試平臺軟件，以及在終端上開發單車調試APP，從而建立數字化平臺系統，即可實現可編程的自動化調試。單車數字化調試平臺結構如圖7所示。

圖7 單車數字化調試平臺結構

單車數字化調試平臺的主要功能如下：

1) 可根據結構化測試文件生成自動化/半自動化測試程序，實現紙質文件的電子化，從而在多終端上實現車輛調試。

2) 可對列車MVB網絡信號和車端列車硬線信號進行自動采集和控制，并將數據信息自動填入調試記錄單。

3) 可實現部分可聯網測量設備的數據采集，并將數據信息自動填入調試記錄單。

4) 可自動生成試驗報告，試驗報告暫定存放到服務器的指定位置。

通過數字化平臺的應用可以實現自動化測試和自動診斷，例如，使用動車組主斷路器閉合功能時，直接點擊運行數字化平臺中的試驗程序，數字化平臺將按照試驗程序依次通過無線網絡控制智能端部模擬器發出主斷環路建立的模擬指令，控制主斷使能繼電器閉合；然后控制智能模擬器發出主斷路器閉合指令，通過MVB控制車輛輸入輸出模塊執行主斷閉合；主斷閉合后，其常開、常閉觸點狀態通過車輛輸入輸出模塊經MVB反饋給智能調試設備，智能調試設備再通過無線網絡反饋至數字化平臺，數字化平臺即可根據程序自行判斷主斷是否正確閉合，判斷合格后自動填寫程序化試驗記錄。

4 結語

本文介紹的智能單車調試設備和智能端部模擬器是單車調試信息化、智能化的基礎，在動車組調試工作中已經進行了充分驗證。目前數字化平臺建設已初見成效，正在全面進行推廣應用。未來基于智能調試系統和數字化平臺的調試工藝將替代傳統的調試工藝，成為一種新興的智能化、自動化調試技術。