司机控制器性能测试装置的研制

司机控制器性能测试装置的研制

王鹏

深圳地铁运营集团有限公司

摘要：轨道交通用司机控制器是轨道交通运行控制核心设备之一，其性能好坏会直接影响轨道交通的运行安全，司机操纵司机控制器改变其内部速动开关组合关系，及电位器的输出电压完成不同牵引级位、制动级位指令的设定，从而控制牵引变流器、牵引电机实现轨道交通在不同工况下平稳安全运行。因此司机控制器的检修尤为重要，时速160 km轨道交通用司机控制器在D2修～D6修时按照维修计划，检修人员需对司机控制器各操作手柄位置与电位器的输出、辅助触头逻辑关系及闭合关系正确性进行维护检修，检修时按照司机控制器闭合表要求对控制手柄、换向手柄每一位置进行检测。目前司机控制器速动开关闭合状态、闭合逻辑，电位器输出检测主要依靠人工对单个触点通断进行测量，效率不高，测量精度低，甚至出现漏检的情况。王翼星等人提出基于LabVIEW和DSP的司机控制器测试系统，针对司机控制器的可靠性检测的寿命测试提供了高效的解决方案。本文以时速为160 km标准轨道交通用S318CC.003型司机控制为研究测试对象，结合现有检测方法、检测技术及不足，设计研制了以PLC为控制核心的司机控制器性能测试装置，以组态软件编制上位机测试软件，测试装置通过PLC控制伺服电机实现司机控制器手柄在不同档位的自动切换，并在不同档位检测司机控制器速动开关闭合状态及电位器输出电压，根据检测结果测试装置可自动判断待测司机控制器性能，并能直观显示故障信息，待测试结束后该测试装置可打印测试报表，为检修人员提供轨道交通维护检修提供检修依据。

1 司机控制器原理及测试装置组成

1.1 司机控制器原理

时速160 km轨道交通用司机控制器操纵手柄有控制手柄、换向手柄。

控制手柄有：牵引最大位、牵引小0位、N位、制动小0位及制动最大位。控制手柄在“0”位有定位，其余档位无定位，控制手柄无级区：牵引小0位至牵引最大位与制动小0位至制动最大位。

换向手柄有：“向后”“0”“向前”3个档位，每档均有定位。司机控制器的控制手柄，通过转动传动角度至电位器，来调节输出的模拟电压，模拟电压指令供车辆系统采集，从而达到调节机车牵引和制动的目的。

根据机务段检修工艺及检修要求，本试验装置可实现司机控制器进行以下性能试验:

(1)换向手柄闭合逻辑检测；(2)主控手柄闭合逻辑检测；(3)双联电位器输出电压检测。

1.2 测试装置系统组成

测试装置系统主要由速动开关闭合状态检测模块、电位器输出检测模块、伺服电机及驱动模块、PLC主控模块及上位机模块组成。测试装置工作过程如下：由伺服电机及驱动模块中的驱动器接收PLC的驱动指令，驱动伺服电机，伺服电机带动司机控制器的换向手柄和主控手柄，使之按测试要求进行运转至测试档位。当换向手柄转至待测位时，利用PLC控制速动开关闭合状态检测模块，实现速动开关闭合状态检测及闭合逻辑检测，并将测试结果传输至上位机显示并保存测试数据；当主控手柄转至待测位时，由PLC控制速动开关闭合状态检测模块实现主控手柄速动开关闭合状态检测及闭合逻辑检测，并采集双联电位器输出电压，将测试结果传输至上位机显示并保存测试数据。在换向手柄、主控手柄不同档位测试全部完成后，可通过上位机输出测试报表并打印。

2 系统软硬件设计

2.1 系统硬件电路设计

2.1.1 速动开关闭合状态检测电路

时速160 km轨道交通用司机控制器速动开关闭合状态及闭合逻辑关系检测主要检测司机控制器手柄在不同位置时速动开关动作情况及动作组合关系。

2.1.2 电位器输出检测电路

电位器输出特性检测：主要对电位器输出最大、最小电压进行采集检测，并检测在转动过程中电压是否连续，通过上位机测试软件绘制电压输出特性，通过显示可判断电位器是否存在接触不良现象输出电压是否稳定档位电压是否平滑连续。电位器输出检测通过给电位器施加直流15 V供电电压，通过模拟量输入模块进行采集传输至主机PLC。

2.1.3 伺服电机驱动电路

轨道交通用司机控制器性能测试装置通过伺服电机带动主控手柄、换向手柄匀速转动代替检修人员转动司机控制器手柄。PLC输出脉冲信号与方向信号驱动伺服电机驱动器，伺服电机驱动主控制手柄与换向手柄。

2.2 系统软件设计

轨道交通用司机控制器性能测试装置利用西门子S7-1200可编程控制器对整个控制系统进行控制。利用西门子公司全新推出的一款全集成自动化软件TIA Portal V15.1,进行性能测试装置软件组态和参数配置等工作。测试软件功能主要包括性能试验测试、试验数据保存和退出等选项。性能试验中包含司机控制器电位器输出试验、主控手柄闭合逻辑试验、换向手柄闭合逻辑试验以及试验数据保存和打印，是整个软件的核心所在；试验数据菜单项中主要是对历史试验数据的查询和打印；最后退出选项退出试验系统。

3 调试及结果分析

3.1 司机控制器闭合逻辑关系

根据测试系统和司机控制器的检测方法，首先打开测试系统并登录测试系统准备开始测试，进行测试功能选择后，进入测试界面，系统自检司机控制器主控手柄和方向手柄是否处于“0”位，若不在“0”位，伺服电机工作带动司机控制器手柄转至“0”位，若在“0”位，测试系统等待下一步动作。以换向手柄测试为例。，当换向手柄打至“向前”位时，其中速动开关S26、S21和S27动作，S23、S23和S24不动作，换向手柄“向前”位闭合逻辑关系正常，HL1指示灯显示绿色，S26、S21和S27速动开关动作状态指示显示绿色，不动作的开关显示灰色。闭合逻辑关系故障指示HL2显示红色，并在测试界面右侧显示错误动作的速动开关S21。换向手柄打“向前”位闭合逻辑关系测试结束，系统自动保存测试结果。测试结果表明，所研制的测试装置可进行司机控制器闭合逻辑关系检测，并能直观显示测试结果，快速准确地找到故障点。

3.2 电位器测试

双联电位器DWQ1显示主控手柄从“N”位至“牵引最大位”过程中其电压变化，双联电位器DWQ2显示主控手柄从“N”位至“制动最大位”过程中其电压变化。伺服电机带动主控手柄均匀转动至“牵引最大位”,电位器输出电阻显示条也会均匀移动到输出电压10 V左右，若测试过程中电位器存在接触不良、则DWQ1蓝色电压显示区域输出电压曲线会出现断点，电压显示曲线不连续；当主控手柄转至“牵引最大位”时，速动开关S37、S36动作，其余不动作，则在档位测试结果显示“牵引最大位”闭合逻辑关系显示正常。

4 结语

轨道交通用司机控器性能测试装置根据机务段专业化集中修的需求而设计，该装置不仅可对时速160公里用轨道交通司机控制器速动开关闭合逻辑进行检查，而且可对主控手柄在不同档位时电位器输出电压进行采集，节省设备成本、提高检修质量。依靠伺服电机可以快速地完成司机控制器手柄的转动，提高了工作效率，降低了现场劳动者的劳动强度，减少了工伤发生的可能性。采用西门子HMI作为本系统的上位机，为用户提供了友好的人机交互界面，用PLC作为司机控制器速动开关逻辑检测，电位器输出电压采集，通过测试结果分析该系统能够满足设计需求、达到了预期效果。

参考文献

[1] 袁碧珍，赵怀林，王苏晓，等.司机控制器可靠性试验系统的设计与测试[J].城市轨道交通研究，2017,20(11):69-72,77.

[2] 铁总机辆[2018]200号文件：时速160公里动力集中轨道交通运用维修管理暂行办法[Z].