头罩车钩控制器在轨道车辆的应用研究
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摘 要：头罩车钩控制器是轨道车辆救援联挂时重要的逻辑控制装置，高效可靠的控制确保头罩与车钩之间正常可靠的动作逻辑，保证了车辆救援联挂的顺利进行，降低车辆故障对运营秩序的影响。本文着重从头罩车钩控制器的工作原理、系统接口、可靠性设计等方面对头罩车钩控制器在轨道车辆中的应用进行说明。
关键词：轨道车辆；头罩车钩；控制器
中图分类号：U463.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）04-0180-02
Application of Head Cover Coupler Controller in Railway Vehicles
YANG Xiaolin
（CRRC Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111，China）
Abstract：Head cover coupler controller is an important logic control device for rail vehicle rescue linkage. Efficient and reliable control ensures normal and reliable operation logic between headcover and coupler，ensures the smooth operation of vehicle rescue linkage， and reduces the impact of vehicle failure on operation order. In this paper，the working principle，system interface and reliability design of the head cover coupler controller are emphasized，and the application of the head cover coupler controller in rail vehicles is explained.
Keywords：track vehicle；headgear coupler；controller
0 引 言
随着我国高速铁路的迅猛发展，以及各地区城市群的逐步形成和扩大，为提高城市间的运输效率、增强城市间的密切联系、提升城市群的建设规划、拉动全国经济的快速发展，作为经济发展基础性建设的轨道交通装备，市场需求日益增加。城际市域车辆定位于地铁车辆和高速动车之间，满足大运量、快起快停、高密度运营的需求，因此设计中必须考虑车辆的高率、可靠和安全的性能要求。
头罩与车钩的动作应该有一定的先后顺序，因此不但需要控制两者的正常动作，还需要在两者之间设置逻辑互锁，避免两者动作时发生冲突而造成部件损伤，影响车辆救援联挂操作，进而因故障车辆占用线路影响高速铁路正常运营秩序。本文针对上述问题提出高效可靠的头罩车钩控制设计方案，通过系统工作原理，系统接口，以及系统在硬件和软件两方面的可靠性设计，着重探讨车辆救援时具有高效可靠逻辑控制的头罩车钩控制器在轨道车辆中的应用。
1 系统工作原理
头罩车钩控制器，主要功能是控制头罩的开闭和车钩的伸缩、检测头罩打开和关闭到位信号、检测车钩伸出和缩回到位信号、检测车钩锁定和解锁及联挂到位信号、完成头罩与车钩动作顺序的逻辑控制以及向车辆网络系统反馈头罩车钩状态等[1]。
控制器主要包括三个模块，即电源模块、逻辑控制模块、输入输出电路模块。控制器前面板为操作区域，面板上设置头罩开关旋钮、车钩伸缩旋钮、状态指示灯，以及故障复位按钮。系统主要工作原理描述如下：
（1）旋转头罩控制开关到“开”头罩位，控制器输出“头罩开启”指令给头罩，头罩打开过程中，开头罩状态灯闪烁。当头罩开到位时，控制器接收到“头罩开到位”信号，开头罩控制完成，开头罩状态指示灯常亮。
（2）旋转头罩控制开关到“关”头罩位，若此时车钩处于伸出状态，则控制器不能执行頭罩关指令；若此时车钩处于收回状态，则控制器输出“头罩关闭”指令给头罩，头罩关闭过程中，关头罩状态灯闪烁。当头罩关到位时，控制器接收到“头罩关到位”信号，关头罩控制完成，关头罩状态指示灯常亮。
（3）旋转车钩控制开关到“伸出”位，若此时头罩处于闭合状态，则控制器不能执行车钩伸出指令；若此时头罩处于开启状态，则控制器输出“车钩伸出”指令给车钩，车钩伸出过程中，伸车钩状态灯闪烁。当车钩伸出到位时，控制器接收到“车钩伸出到位”信号，车钩伸出控制完成，伸车钩状态指示灯常亮。
（4）旋转车钩控制开关到“收回”位，控制器输出“车钩收回”指令给车钩，车钩缩回过程中，缩回车钩状态灯闪烁。当车钩收回到位时，控制器接收到“车钩收回到位”信号，车钩收回控制完成，缩回车钩状态指示灯常亮。
（5）当故障发生时，控制器停止所有的操作，关闭所有指令输出，闪烁相应的故障指示灯，并锁闭操作等待复位信号。故障复位为一个自复位按钮，操作人员按下按钮后即可发出复位信号。
2 系统接口
控制器通过连接器与车辆的头罩、车钩、网络系统进行接口，主要包括指令输出接口、状态信号输入接口、与网络系统的通讯接口，控制器与车辆接口示意见图1。
各接口功能描述如下：
（1）指令输出接口：该接口输出控制器的控制指令，如开头罩指令，控制器向被控装置提供干触点，该触点接入被控装置的接收信号回路中。当控制器有指令输出时，控制器内部电路控制对应的干触点闭合，使被控装置的接收信号回路导通而接收到信号。控制器输出的指令分别是：开头罩指令、关头罩指令、车钩伸出指令、车钩收回指令、解锁指令、解钩指令。 （2）状态信号输入接口：该接口接收被控设备反馈的状态信号，如头罩开到位信号，被控装置的状态信号接入控制器的接收信号回路中，当被控装置动作到位后，使控制器的接收信号回路导通而接收到信号。控制器接收的反饋信号分别是：头罩开到位、头罩关到位、车钩锁闭到位、车钩解锁到位、车钩伸出到位、车钩收回到位、车钩联挂到位。
（3）通讯接口：控制器通过该接口将头罩和车钩的状态信息反馈给车辆的网络控制系统（TCMS），控制器向车辆网络控制系统提供干触点，该触点接入被控装置的接收信号回路中，当控制器有状态指令输出时，控制器内部电路控制对应的干触点闭合，使车辆网络控制系统的接收信号回路导通而接收到信号。控制器向车辆的网络控制系统反馈的信号分别是：头罩开到位、头罩关到位、车钩联挂到位。
3 可靠性设计
系统设计中分别针对硬件和软件进行优化，增加了多种保护功能，确保控制器的安全可靠。
3.1 硬件方面
电源设计上增加了保护电路，提高系统抗电磁干扰能力，确保电源在电磁干扰严重的环境中也能稳定的工作。另外，提高电源稳压性能，使其在70～140V范围内均可稳定工作，适应车辆的电压波动。在输出电路中增加对继电器的过压保护，保证继电器的正常工作，避免错误指令的发生[2]。
3.2 软件方面
（1）对每一个输入信号增加数字滤波判断，例如：对初始输入信号状态的检测，若正常工作状态是车钩锁闭信号有效为高电平，那么程序会检测该输入信号200次或更多，来确保这个输入信号的稳定，若判断信号跟上一次的信号相同，则计数器加一，若不同则计数器清零，重新开始计数，直到计数完成才认为该信号有效。此数字滤波可以滤除掉电磁干扰造成不稳定的输入信号[3]。
（2）程序在逻辑上做了严格的限制，即在执行某一动作时，对外来的其他动作不做响应，直到该动作执行完成后才能执行其他动作。例如：执行“打开头罩”动作执行过程中，若操作旋钮给出“关闭头罩”动作指令，该指令将不会得到执行，只有当头罩打开到位（即打开头罩动作执行完毕）后才可以执行。此限制避免了因短时间内连续给出不同指令而造成头罩或车钩动作过程中出现卡滞故障。
（3）程序对司机不小心做出的误操作做了判断及处理，即当司机执行了不符合头罩和车钩动作逻辑的操作时，设备会判断出故障，并且故障指示灯闪烁。例如：在车钩伸出到位的情况下，若司机执行了头罩关闭操作，则设备会关闭所有输出，故障指示灯闪烁。
4 结 论
该头罩车钩控制器已经在市域轨道车辆上得以成功应用，其机身外形小巧完全适合车辆司机室紧促的安装空间，其机体轻捷紧促完全符合轨道车辆轻量化的设计理念，其简约有序的控制面板设计既方便司机操作又能清晰的指示各种工况状态。控制器与车辆采用连接器连接，方便安装、调试和检修维护。
参考文献：
[1] 赵莹，曲萍萍.电子技术 [M].北京：机械工业出版社，2015.
[2] 华成英.模拟电子技术基本教程 [M].北京：清华大学出版社，2006.
[3] 廖常初.可编程序控制器应用技术 [M].重庆：重庆大学出版社，2005.
作者简介：杨晓林（1985-），女，汉族，四川眉山人，工程师，毕业于西南交通大学，本科，研究方向：轨道车辆系统控制。
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