和諧型機車車載6A 系統試驗臺的研制

閆義榮，鄭喬喬，杜海生，張世博

（蘭州鐵路局蘭州西機務段，甘肅 蘭州）

自開通電氣化區段到目前為止，電力機車的配屬比重越來越大，現已成為客、貨運輸的主力車型。隨著機車使用年限的增長，機車各部件面臨著質保期的到來，逐步面臨被廠家脫保的現狀，機車車載6A 系統由于自身重要性被廠家技術壟斷，目前我段配屬機車的6A 檢修只能通過廠家專業技術人員指導解決，對于現場解決不了的故障進行返廠處理，給機車檢修的停時帶來較大的考驗；同時對于車間檢修專業班組檢修人員判斷故障帶來較大的困難，對于系統顯示的故障現階段班組成員只能進行板卡一一互換，通過好的板卡來找整體的故障點；再者6A 系統的委外修成本過高，用于日常檢修的委外成本占用機車檢修費用過多，且伴隨故障解決不徹底，出現反復返廠的現象。

介于目前的檢修情況，依據對車間6A 班組日常作業情況的跟班寫實了解到截止2022 年我段沒有現成的、具有專業性、直接可使用的6A 系統檢修試驗臺，同時發現班組專業檢修人員對于6A 系統的詳細內容了解不多，日常檢修只是對部件進行簡單的拆裝互換，沒有詳細的知識理論儲備，難以提升檢修的效率。

此次試驗臺的研發有以下幾點意義：

一是機車6A 系統是確保安全行車的重要裝置，出現故障一直處于委外修狀態，柜體內部詳細資料廠家也實施保密政策，6A 系統試驗臺的研發打破了廠家壟斷技術的壁壘，為車間自主修奠定了基礎。

二是對6A 系統電源箱及12V、24V 插件檢測試驗維修，為機車電源箱插件的維修提供便利基礎，有效的保障了6A 系統的運行。

三是實現了6A 系統各板卡檢測試驗維修，徹底解決板卡大批量委外修的現狀。

四是實現人機交互界面，便于CPU 板卡系統設置及車型、車號修改，實現CPU1/2 硬件互換功能。

五是對附屬的攝像頭、煙感、溫感等傳感器檢測試驗維修。

六是實現音視頻圖像監測，同時具備對音視頻設備的檢測維修。

七是實現對6A 檢修系統知識的儲備，帶動車間專業班組檢修能力有所提升，同時提升車間機車檢修效率和檢修能力。

1 試驗臺整體布局及主要結構特點

1.1 試驗臺整體設計布局及原理[1]

見圖1、圖2 和圖3。

圖1 試驗臺整體布局

圖2 試驗臺三維設計圖

圖3 機車車載6A 系統試驗臺設計原理[5]

1.2 試驗臺包含內容

HX 型機車車載6A 系統試驗臺的設計內容硬件方面目前包括了1 個6A 顯示終端、感煙探測器2 套、智能監視模塊4 套、路況攝像頭1 套、司機室內部檢測攝像頭2 套、機械間攝像頭1 套、模擬列車管壓力傳感器1 個、模擬停放缸壓力傳感器1 個、模擬均缸壓力傳感器1 個、模擬流量變速器1 個、復合傳感器4個、前置處理器1 個[4]，見圖4。

圖4 機車車載6A 系統試驗臺電器接口定義

2 試驗臺各模塊功能設計構成

2.1 ABDR：空氣制動安全監測試驗系統

空氣制動安全監測試驗系統的設計滿足列車管壓力、均衡缸壓力、停放制動缸壓力、列車管流量等顯示全部功能。由模擬電位器通過線纜連接至制動監測板卡，制動監測板卡安裝在6A 系統的主機箱內，制動監測板卡采集模擬的壓力信號，通過CAN總線與中央處理平臺進行數據通信[3]。由于無風源提供試驗，結合實際場地使用高精度電位器作為模擬變量控制壓力的調節。電位器安裝在盲板上，電位器的使用可滿足機車試驗過程中所需要的各個壓力值，確保試驗過程中各項參數顯示正確[3]，見圖5。

圖5 ABDR 壓力監控檢測原理

2.2 AFDR：機車防火監控試驗系統

機車防火監控試驗系統采用煙霧感應和溫度感應，模擬機車機械間和司機室兩個地點的防火報警。通過線纜連接至防火監控板卡，防火監控板卡安裝在6A 系統的主機箱內，防火監控板卡采集火災探頭的報警信號，防火監控板卡通過CAN 總線與中央處理平臺通信。系統實現了試驗機車防火系統的全部功能，具備較高的靈敏度、時效性及視頻傳輸聯動性。由于柜體及成本等因素限制，現階段只安裝煙感、溫感兩個傳感器，后期如試驗需要可隨時加裝，見圖6。

圖6 AFDR 試驗系統設計原理

2.3 AGDR：高壓絕緣檢測系統

高壓絕緣檢測系統的設計是通過CAN 總線與中央處理平臺通信，高壓絕緣檢測箱面板上設置檢測按鈕，按下按鈕后，檢測開始（絕緣檢測條件必須滿足）。功率部件將110V 直流電源逆變成50Hz 的交流電輸出（車型不同輸出電壓不同），使用50Ω 電阻模擬機車高壓電壓互感器的次邊線圈，裝置根據輸出電壓幅值判斷機車高壓原邊絕緣狀態，檢測結果在高壓絕緣檢測箱自帶的顯示部件上顯示，并發送給中央處理平臺保存，試驗臺加入了高壓絕緣檢測輸出短路測試，加強對功率組件輸出能力測試，更加完善了實際檢修需求[6]，見圖7。

圖7 AGDR 試驗系統設計原理

2.4 ATDR：走行部檢測試驗系統

機車每條車軸共安裝6 個復合傳感器，復合傳感器可以測量各測點溫度及沖擊數據，通過線纜、前置處理器連至走行部監測板卡1，根據裝置設計原理低于20 km/h 不檢測沖擊，我們自制方波發生器模擬機車速度25 km/h，滿足JK11430 即檢測溫度又檢測沖擊的工作條件。走行部監測板卡通過CAN 總線與中央處理平臺通信，將處理結果通過音視頻裝置顯示。由于柜體尺寸、成本等因素限制現階段只裝備一個前置處理器，6 個傳感器，實現1 軸6 點位檢測，后期如試驗需要可隨時加裝，見圖8。

圖8 ATDR 試驗系統設計原理

2.5 AVDR：機車自動視頻監控及記錄子系統

機車自動視頻監控及記錄子系統外接四個攝像頭，分別模擬機車機械間、司機室、一二端路況，攝像頭連接檢測板卡，板卡將數據傳送至音視頻裝置，圖像實時傳輸，通過AV3 板對視頻進行存儲。由于柜體尺寸、成本等因素限制現階段只安裝4 個攝像頭，后期如試驗需要可隨時加裝，見圖9。

圖9 AVDR 試驗系統設計原理

2.6 試驗臺人機交互功能實現

HX 型機車車載6A 系統試驗臺的人機交互功能主要體現在系統設置、信息讀取和軟件檢修三大模塊中。所需要的設備主要有專業連接線、特制讀卡器、信息顯示屏、鼠標、鍵盤一套。通過自制專業連接線和特定軟件的配合使用可對6A 系統信息進行識別讀取和更改，針對每一項板卡不同地址的配置，實現對單獨板卡的檢修操作，從而實現對各類板卡軟件程序的檢修，見圖10。

3 試驗臺實現功能

3.1 試驗臺實現功能

自試驗臺研制成功至今，現已實現車載6A 系統地面模擬機車全部檢測試驗功能。

（1） 24V、12V 電源插件檢測維修。

（2） CPU1、2 硬件檢測維修，可重新安裝WinPE 系統，實現CPU1、2 硬件互換[2]。

（3） 制作專用連接線，實現ST1、2 固態硬盤簡單格式化。

（4） AV1、AV2、AV3 板卡檢測維修、固態硬盤修復。

（5） JK11430 走行部檢測、檢測試驗箱維修，復合傳感器、前置處理器的檢測維修。

（6） 高壓絕緣檢測、高壓絕緣檢測箱維修。

（7） 煙溫報警檢測，煙感、溫感、復合型傳感器的檢測維修。

（8） 視頻各插件檢測，攝像頭的檢測維修。

（9） 制動插件檢測。

（10） 音視頻裝置檢測維修。

3.2 試驗臺無法實現功能

由于車間承修貨運機車的根本原因，6A 試驗過程不提供列供試驗，且由于試驗設計過程場地因素限制，缺乏600V 直流電源、缺乏風源及配套設施，因此現階段無法實現列車供電試驗功能。

4 試驗臺效果檢查總結

4.1 技術效果

（1） 試驗臺研制成功后依據試驗結果整理形成了6A 系統檢修作業指導手冊總結故障處理方法，方便車間專業班組作業者按照故障處理方法對簡單故障進行不下車檢修，有效節約了6A 系統的檢修時間。

（2） 依據6A 系統試驗臺的檢修基礎，車間具備機車車載6A 系統的自主檢修能力。

4.2 經濟效果

自2022 年4 月車載6A 系統試驗臺研制成功至今，已修復6ACPU1、CPU2 板卡15 塊，ST1、ST2 板卡12 塊，AV3 板卡9 塊，音視頻終端2 臺、制作不下車格式化USB 連接線成功修復ST1、ST2 固態硬盤17 塊。

節約CPU 板卡委外修成本為：總成本=件數×委外修價格=15×4 200=63 000 元

節約ST 板卡委外修成本為：總成本=件數×委外修價格=12×2 360=28 320 元

節約AV3 板卡委外修成本為：總成本=件數×委外修價格=9×10 450=94 050 元

節約固態硬盤委外修成本為：總成本=件數×委外修價格=17×2 000=34 000 元

節約音視頻終端委外修成本為：總成本=件數×委外修價格=2×12 000=24 000 元

本次經濟效益應等價為單位時間內增加產量的檢修成本，即：全年經濟效益=301 370 元