高速电力机车运行试验实时在线评估系统的设计

高速电力机车运行试验实时在线评估系统的设计

系统简介：
我国经济建设的发展以及人们生活水平的提高，对我国的铁路技术水平提出了更高的要求，电力高速铁路的投入运营，标志着我国铁路建设的发展水平，同时对高速列车的稳定性以及安全性也提出了更高的要求，为了实时在线评估高速电力列车的稳定性以及安全性，采用Advantech 的IPC－610工业控制计算机、PCL—1800、PCI－1720、PCL－745B、PCI—1761、PCL－720、ADAM—5000/485以及相应的ADAM—5000 I/O模块等组建了一套电力牵引机车实时在线评估系统。该系统已在多家电力机车制造厂和试验基地运行，效果较好。

系统要求：
为了实时在线评估高速电力列车的稳定性以及安全性，根据高速电力机车运行性能要求，要求实时在线检测评估系统主要具有如下功能：
1） 实时在线监测不同运行速度条件下牵引机、挂车底轮应力减震支持弹簧的应力以及应力变形，
2） 实时在线监测不同运行速度条件下牵引机、挂车电力大功率电磁阀、继电器的开闭状态以及健康状态（电阻、温度、导通电流等），
3） 实时监测不同运行速度条件下牵引机车的牵引力矩、运行速度、机组震动幅值与震动频率等，
4） 实时监测不同运行速度条件下挂车的拖动力矩、车厢震动幅值与震动频率、空压机的气压等，
5） 根据监测的输入数据实时在线调节相应的变频器执行机构，调节液压执行器，
6） 系统具有实时在线专家故障诊断系统功能
7） 系统具有实时在线评估不同运行速度条件下电力机车的运行状态、实时故障报警、实时报表打印、应力曲线分析以及图形输出等

研华解决方案：
为了使在线评估系统获得更好的性价比，并兼具较高的先进性、通用性，在机车牵引机控制室内放置有Advantech 的IPC－610型工业控制计算机，它同时起系统控制器和控制服务器的作用，配置有PCA－6179主板、Pentium III 850MHz CPU、256MSDRAM内存，同时内插有高速数据采集板卡PCL－1800，用于采集机车的速度、运行电流、四底轮底动态压力、牵引力等参数；光隔离4通道模拟量输出PCI－1720，用于控制电力大功率变频器；光隔离串行通信板卡PCL－745B，用于和挂接的的车厢的测试控制器ADAM—5000/485进行串行通信；光隔离高驱动能力的DI/DO板卡PCI-1761用于采集电磁阀的开闭信号和控制电磁阀的开闭。在后挂的六节试验车厢采用Advantech 的分布式控制系统ADAM—5000/485控制器，内配有ADAM－5024，用于控制辅助启动变频器；ADAM－5017H，用于采集车厢震动、压力弹簧变形压力、牵引力以及后挂车厢的阻力等；ADAM－5060，用于控制电磁阀以及大功率继电器的开闭；ADAM－5055S，用于实时监测各种电气开关的起闭状态。同时配备一台打印机，实时在线打印相关的报表、控制曲线等。另外，为了实时评估机车性能和在线分析运行试验可能出现的故障或事故，在系统中添加了实时专家系统，以协助车载在线现场专家和测试人员分析。

应用说明：
由于电力机车行驶速度快、车轮与铁轨之间相互摩擦，会产生一定的电磁干扰，对传感器有较大的影响，因此PCL－1800采用差分输入方式，以消除变送器的白噪声干扰、电磁脉冲随机干扰等，实现了共模抑制电噪声。为了提高系统的整体抗干扰性能，所有传感器、变送器均采用朝阳隔离线性电源供电。除此以外，在过程与过程通道之间也采取隔离方法，使其计算机系统与外界的过程控制器和变送仪表之间没有公共地线，也采用继电器隔离方式，以提高系统的抗干扰能力。这正是采用PCL－745B，而不采用ADAM-4520作RS-232/RS485转换器的缘故。本装置要求控制系统具有较强的实时能力，并且控制系统在实时控制各控制单元的同时，还要进行实时数据处理和存贮，考虑到系统的实时、稳定等方面的要求，操作系统采用Windows 2000 专业版，利用Visual C＋＋极强的硬件底层端口访问的支持能力完成对PCL－1800、PCI－1720，PCI-1761等板卡底层端口的读写，并通过MSCOMM控件完成与ADAM5000/485的实时通信。同时利用Matlab强大数值计算功能和丰富的函数库，将Visual C++和Matlab二者的优势结合起来，实现二者无缝隙的连接，实现对震动等信号的小波处理。

选用研华产品：
IPC－610，PCL－1800，PCL－745B，PCL－720，PCI—1761，PCI－1720，ADAM—5000/485，
及相应的ADAM—5000 I/O模块