列车车辆制动机试验系统V24需求.docx

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列车车辆制动机试验系统V24需求

微机控制列车制动机试验系统

（试风系统）

系统需求和需求分析说明

黄石邦柯科技股份有限公司

2014年2月18日

系统需求和需求分析说明

文件状态：

[]草稿

[]正式发布

[√]正在修改

文件标识

微机控制列车制动机试验系统

列车制动机智能试验系统

当前版本

V2.4

作者

李锋亮

完成日期

2014年2月18日

版本历史

版本/状态

修订人

修改日期

备注

第一章概述

一．项目名称及背景

1项目名称

Ø微机控制列车制动机试验系统。

2开发背景

Ø本系统需严格依照原铁道部、铁路总公司关于铁路客货车制动机试验方法及技术要求进行研制。

3设计原则

Ø技术成熟、安全可靠、使用简单、技术先进性、数字化、智能化程度高、维护方便、系统扩容方便。

4文档说明

Ø本文档立足现行技术标准及最新行业技术成果而定。

Ø在开发过程中可能会对相关参数进行修订。

Ø本文档属公司产品研发技术资料，合作单位终止或退出本项目后请立即删除项目一切资料，不得另作他用。

第二章任务说明

一系统组成

系统包含：

（1）值班室集控装置（监控计算机、电源及信号防雷单元、打印机、网络交换设备、通讯适配器、系统软件）

（2）分布式控制装置（轨边控制柜、分布式模块、工业总线通信适配器、电源及信号防雷单元）

（3）执行器（空气过滤器、压力变送器、电磁阀、调压阀、中继阀、风管路、控制器）

（4）无线遥控装置（手持遥控操作器、无线通信适配器、适配器电源、充电器）

（5）尾部装置（试风尾部排风测试装置、列车车辆制动试验监测装置（尾部测试设备、尾部接发装置、天线套件）、充电器、校验设备）

二系统描述

系统使用控制模块和高精度传感器进行数据采集与设备控制，采用现场工业总线进行设备组网通讯，利用无线数传技术进行试验数据传输，控制软件采用.Net平台开发。

系统采用闭环控制技术完成列车制动机全部试验过程，试验项目包括缓解、漏泄、感度、安定、持续、简略等试验项目，适用于不同定压标准（500kPa或600kPa）下的列车制动机试验。

系统由值班员在值班室监控计算机上或由检车员通过手持操作器在现场进行试验控制，以风压曲线的方式记录了执行器总风源、列车管首尾风压随时间的变化情况，清晰、直观、准确地记录了试验过程，存储的试验结果具有查询、显示、打印、智能判断等功能，并且试验数据可接入HMIS系统，实现作业数据共享。

列车车辆制动机试验系统结构图（单头）

试风上位机试验界面

三客车试验项目

1全部试验

（1）试验准备

执行器连接列车制动管和总风管前，必须对试验系统管路进行排尘；连接列车制动管和总风管，连接尾部测试设备。

在列车制动管尾部达到定压600（±5）kPa后，检查列车尾部车辆压力表与尾部测试设备压力差不得超过20kPa。

时间不超过9min。

（2）漏泄试验

列车制动管达到定压后，保压状态，保压1min列车制动管漏泄不得超过20kPa。

（3）制动缓解感度试验

执行感度试验，列车制动管达到定压后，制动管减压50（±5）kPa（试验设备减压速度控制在10～20kPa/s），全列必须发生制动作用，保压1min不得发生自燃缓解。

充风缓解，全列在1min内缓解完毕。

（4）制动安定试验

执行安定试验，列车制动管达到定压后，制动管减压170（±10）kPa（试验设备减压速度控制在25～40kPa/s），确认全列车制动机不得发生紧急制动作用。

检查制动缸鞲鞴形成须符合规定。

在制动保压状态下，保压1min列车制动管漏泄不得超过20kPa。

2持续一定时间的保压试验

列车制动管达到定压后，减压170（±10）kPa，全列范围内列车管减压速度必须控制在25～40kPa/s，不得发生紧急制动，制动缸活塞行程须符合规定。

制动保压状态下，持续5min内任一车辆不得发生自然缓解。

3紧急试验

列车管充到定压后，紧急位，列车管减压170±10kPa，全列范围内列车管减压速度必须控制在80～140kPa/s，全列必须发生紧急制动作用。

缓解确认：

延时15s后，运转位充风，须确认列车缓解完。

4列车总风管漏泄试验

列车总风管规定压力600（±10）kPa。

确定列车总风管达到定压后，全列（静态）保压1min，总风管漏泄不得超过20kPa。

四货车试验项目

1全部试验

在列车尾部安装试验用风表，列车制动管（以下简称“制动管”）压力达到定压（500kPa或600kPa）。

列车尾部车辆风表与试验用风表的压力差不得超过20kPa。

（1）漏泄试验

制动管压力达定压时，将自动制动阀手把置于保压位或关闭第一辆车的折角塞门，保压1min制动管压力下降不得超过20kPa。

旅客列车还须减压50kPa保压1min，制动管压力下降不得超过20kPa。

（2）感度试验

制动管压力达到定压时，将自动制动阀手把置于常用制动位，减压50kPa（货物列车编组60辆以上时为70kPa），全列车必须发生制动作用，且在1min内不得发生自燃缓解。

然后，将自动制动阀手把移至运转位充风缓解，全列车在1min内须缓解完毕。

（3）安定试验

制动管压力达到定压时，自动制动阀手把置于常用制动位，压力为500kPa时，减压140kPa，压力为600kPa时减压170kPa，不得发生紧急制动作用，并确认活塞和行程符合规定。

2持续一定时间的保压试验

制动管压力达定压时，自动制动阀手把置于常用制动位。

压力为500kPa时减压100～140kPa，压力为600kPa时减压170kPa，移保压位保压。

3～5min内不得发生自然缓解。

（此项试验仅用于列车在接近长大下坡道区间车站进行持续一定时间的全部试验。

）

3简略试验

制动管达到定压时，机车自动制动阀手把移至常用制动位，减压100kPa，确认最后一辆车发生制动作用，然后显示缓解信号，并确认缓解作用正常。

五用户环境

WindowXP或Window7；

六开发（生产）环境

WindowXP或Window7；VisualStudio2005及以上；SqlServer2005及以上

第三章系统需求分析

一系统基本功能要求

（1）适用范围

本设备适用于铁路客、货车车辆制动机的列车制动性能试验。

（2）总线架构

采用工业总线通信构成分布式系统，构成工业以太网加工业总线通信构架。

（3）无线通信

尾部装置、手持遥控操作器通过无线通信的方式上传值班室。

（4）试验内容

所有试验按照部关于列车制动机试验标准执行，具体参见以上客车试验项目、货车试验项目内容。

（5）试验显示

试验过程在值班室监控计算机上实时显示，具备语音提示功能。

（6）试验过程控制

监控试验过程，保证试验按步骤进行，同时采集列车首部压力和尾部压力，首部压力结合尾部压力进行控制，保证试验的可靠和完整性。

（7）试验操作

通过手持遥控操作器或者监控计算机操作，手持遥控操作器和监控计算机以语音的方式提示试验结果。

（8）试验结果

试验结果实时保存，并形成压力曲线能够分析、查询、统计和打印，保存时间可设定。

（9）参数设定

能够设定现场作业股道信息、试验参数和通讯参数等。

（10）设备具有唯一出厂编号。

（11）压力变送器标定

系统能够对每台执行器的压力变送器进行压力标定。

（12）设备具备自动同步授时功能。

（13）同步采集制动管首部压力、制动管尾部压力，能够自动定位安定性不良的车辆。

（14）试风方式

具备双头同时试风功能，具备执行器子系统、尾部装置子系统独立运行功能。

（15）自检

具备开机自检、周期自检、指令自检功能，能够对工业总线通信状态、无线通信状态、试验过程异常、执行器主要器件参数工作状态等性能进行自检，并返回相应故障代码，依据故障字典数据库分析故障信息。

上位机图形化对应设备故障诊断信息。

（16）安全

具有防雷抗干扰保护设计。

（17）接口

系统具备信息化接口，试验结果可以上传信息系统，具备远程反查功能。

（18）扩展（扩容）

系统硬件和软件具有扩展功能，方便增加执行器数量和用户增加试验内容。

（19）标识

设备的外表面上，应标明邦柯公司信息：

生产厂家、商标、产品名称及型号、设备出厂编号、出厂如期、各部件标识。

（20）产品设计

设备设计尺寸小巧、便于拆装维修、开门方向为列车行驶方向、设备安装不得侵线。

（21）未尽事宜应依据现场要求按我公司要求进行改进。

二各部分功能要求

1值班室集控装置

（1）管理软件

1管理软件能以图形化界面动态监视现场执行器的试验过程，在监控界面上显示执行器号、当前股道、车次、作业班组、首部压力、尾部压力、风源压力、试验项目、时间、结果等数据，并形成首部压力、尾部压力随时间的变化曲线。

2多组列车同时试验时，互不干扰；可同时显示不少于3组列车列车管、总风管性能试验。

3能自动备份或删除过期数据、作业信息，可以查询试验历史记录并打印试验曲线。

4能够在试验曲线上自动标识试验项目。

用鼠标指在曲线上能够显示当前点的压力机时间。

5可以对执行器进行压力标定机调整，能实现设备个部分状态的信息反馈。

6具备单独使用尾部测试设备时，管理关键自动生成尾部曲线、智能判断试验过程及结果并在曲线上显示试验项目。

7试验报表含字段内容：

用户单位名称、日期、车次、股道、作业班组、执行器号、充风压力、充风结果、漏泄量、漏泄结果、感度减压量、是否发生自燃缓解、感度结果、安定减压量、安定漏泄量、安定是否起紧急、安定结果、持续减压量、持续结果、总风管充风、总风管充风结果、总风管漏泄量、总风管漏泄结果、试验开始时间、试验结束时间、试验时间、试验结果等。

（2）尾部装置值班室收发器

具体要求见尾部装置。

（3）网络单元

通用型网络传输设备：

光纤收发器、交换机、串口服务器等。

2分布式控制装置

（1）分布式控制装置能实现与执行器之间的工业总线通讯、收集设备信息，下发控制指令。

（2）分布式控制装置能够自动检测执行器通信状态，试验中当执行器通信断开时主机自动报警。

（3）任何一台执行器故障不会对其他执行器造成影响。

（4）当故障执行器恢复时，能够自动接入到总线系统，执行器报警信息自动消除。

（5）分布式控制装置可放置于值班室机房内，也可放置于轨边控制柜内。

（6）遥控器与尾压装置接收基站可同时安装于轨边控制柜、或独立安装于执行器头部端、待检室尾部端及值班室。

均支持多个基站中继方式同时工作。

3执行器

（1）执行器可以实现对列车制动管和总风管的压力控制。

考虑同时试验要求，可设置双路执行器。

描述：

客车控制对象为列车制动管和总风管，单套设备包括对风源、均衡缸、列车管、总风管压力采集。

货车控制对象为列车制动管，单套设备包括对风源、均衡缸、列车管压力采集。

（2）配手动操作面板，具备手动操作列车管、总风管试验功能。

描述：

具体操作步骤依据执行器现行机械图纸操作方式执行。

（3）使用期间车辆段定期需拆卸标定器件有：

压力风表、中继阀。

所以设计中手动器件拆卸须方便。

（4）执行器具备温度调节功能，可以在室外恶劣环境中使用。

描述：

采用一体化温度控制器，要求执行器内部温度低于5℃时，开始启动，加热超过15℃停止加热工作。

（5）设备接口进口：

风源进风口和电缆进线口，管径采用内径Φ25无缝钢管，电缆分为铠装电源电缆（原型号KVV22-6*2.5）与铠装屏蔽通讯电缆（原型号DJYPV22-3*2*1）。

（6）设备接口出口：

列车管、总风管（管径采用Φ25钢管,末端不锈钢球阀为止，管路尽可能直行不折弯）、排风管接至中继阀排风口，采用直插式气动接头，管径通路足够大、保证排风速率。

（7）执行器具备油水过滤功能，可滤除空气中的油污、水分和颗粒，须考虑室内安装时排泄孔排出的油水导流问题。

（8）机能自检功能，依据上位机指令对执行器进行。

包括各部分保压检验、传感器标定、故障自诊断。

（9）管路各部分接头牢靠，一分钟压力自检漏泄量不大于1KPa；

（10）参考外形尺寸尽可能小巧但要便于维修拆卸：

试风柜尺寸（长：

600mm，宽：

500mm，高：

500mm）。

（11）执行器一体化气路板设计、暗孔连接，内部主管路没有复杂管系，且使用法兰连接。

（12）采用占空比型电磁阀或比例阀，实现无级变速充风技术，大大缩短了初充风与减压后再充风的时间，编组102辆C80的列车全部试验小于20分钟（从漏泄试验开始，包括漏泄、感度、安定、持续保压）。

缩短了作业时间，减轻了劳动强度，提高了车辆周转率。

节约试验时间20%以上。

（13）根据尾部风压无级调整执行器列车管压力，执行器一直使用630kPa快速充风，当尾部风压达到530kPa时（即与定压600kPa压差为70kPa），执行器通过改变执行器出口风压，逐步匀速降低充风速度，即630kPa、629kPa、628kPa，当尾部风压达到585kPa时，执行器出口风压稳定在600kPa，从而实现万吨列车快速初充风。

（14）实现电子定压，定压与减压量精度高，优于1kPa。

（15）具备单独对执行器压力变送器进行标定，具备使用执行器单独标定无线风压监测仪功能，具备采用校验装置同时对执行器和无线风压监测仪标定功能。

（16）校验装置采用便携式设计，具备现场标定功能。

描述：

具备无线风压监测仪安装座、尼龙列车制动管接头、高精度压力传感器、4位显示面板（999.9kPa精度显示）、无线通讯、工作状态指示、一键测试、一键校验、手动测试功能，采用自带和外供两种电源供电模式。

（17）具备区分客、货车试验项目功能。

描述：

采用上位机主机设定的客、货车现场，在程序运行时写入到执行器参数设定表中。

4手持遥控操作器

在每次开始试风作业之前操作者必须先确定使用的大闸号、试风的股道号、试风车次，然后再以代码的形式通过对讲机发送到监控上位机，上位机正确接收该操作码后才能开始试风作业。

当发完充风准备的码后，那么表明该股道已经被绑定（即占用），此时如果再发码操作该股道，对讲机会提示“某道已经绑定”。

此时只能通过解除绑定后才能继续使用该股道。

以下以第二台大闸（执行器）、第3股道、第5小组、车次K702,试风为例，对一趟车完整的试风作业进行举例说明（如下图2-3所示）。

发码流程

（1）遥控器可综合应用与执行器列尾系统中，也可单独与执行器，单独与尾压装置配套使用。

（2）频率采用开放频点，并且最少有15个信道可调。

（3）具备使用注册机同步写入参数功能。

（4）具备重点器件故障自检功能。

（5）能够遥控进行微机控制客、货车列车制动机试验的所有试验项目。

（6）具有语音提示试验进程和试验结果的功能。

描述：

语音设计参考对讲机设计，主要在音量大、清晰度好、防水。

播报的语音信息可靠存储，通过参数调取。

语音信息可通过注册机通讯写入方式同步。

（7）按键中功能键具有：

“下一步”、“返回当前步骤键”、“返回整个试验键”、“试验终止”等功能。

（8）采用适应于室外应用显示屏，包括显示屏的内容在阳光下及夜间清晰可见，显示屏适应室外高低温范围高。

（9）具备显示设备状态信息（电池电量、通讯状态、操作者等基本信息）

（10）用户登录功能界面：

描述：

用户登录基本信息。

输入工号或者直接输入班组编号。

班采用“甲、乙、丙、丁等”信息。

组采用数字信息。

具体班组信息由上位机设定，通过注册机写入状态时写入。

（11）试验开始录入信息功能界面：

描述：

具备录入车次包含英文字母和数字、执行器号、无线风压监测仪编号、班组编号等。

要求录入方便，具备下拉框选择式录入与手动直接输入式录入方式。

第一行给出给出录入顺序指示说明。

（12）具备显示试验过程功能界面：

当前车次、辆数、对应试验执行器编号、试验过程、试验项目、当前试验状态、分步试验合格状态、总试验合格状态、执行器风源压力、列车管压力、总风管压力、列尾压力等，压力可采用综合曲线绘制。

（13）记录查询功能界面：

采用列表框形式浏览当天试验记录。

当天的概念为交接班时间，通常为晚七点至早七点。

（14）具备数据存储功能（不少于70列作业数据）。

（15）参数设置功能。

（16）无线数据获取周期不大于1秒。

（17）应急指挥功能（值班室集控装置及干线通讯故障时能够直接控制执行器完成制动机试验）。

（18）满足作业现场通讯距离不小于500m。

（19）具有防水、防震、防尘、防潮、抗腐蚀、抗电磁干扰、抗振动等特性。

（20）各种按键防磨损程度高。

（21）操作界面简洁。

（22）现场操作人员随身携带方便，关键接口插口有三防设计考虑。

5尾部装置

列车车辆制动试验监测装置是用于列车制动机试验作业过程中对尾部风压数据的实时采集、记录、监测，传输并可自动综合判断风压是否符合试风规定，作业人员可依据此对车辆进行维修或调整，同时作为列车制动机性能试验过程作业质量判别的依据，含传感器校验装置。

（1）显示操作模式:

描述：

设备兼顾现有显示操作模式、只有4位显示屏和1个开机键模式、1个LED指示灯1个开机键模式。

（2）工作模式：

描述：

设备工作在低功耗工作模式上，通过开机键或者风压大于15kPa均能自动唤醒进入压力界面，开始进入通讯状态。

无风压5分钟后进入待机状态，不进行通讯状态。

（3）能可靠与列车制动管连接。

考虑采用西安看到的金属底壳挂钩结构件。

（4）能实时监测列车管、总风管尾部风压变化，以数字形式准确显示压力值。

（5）能存储不小于1个班次（70列）的试风作业风压数据。

数据能导出。

（6）原有模式可设置股道、系统编号、通讯信道、自动发送控制。

（7）具备系统参数存储功能。

（8）无线风压仪现场可靠通讯距离不小于500米。

（9）具备开机自检、通讯状态指示及电池电量显示功能，电量不足报警功能，自检不合格时自动报警。

电池欠压时报警同时将欠压信息发给基站主机，进行语音报警。

（10）充电式采用专用充电器集中充电方式进行，不需拆卸电池。

满足不小于6台同时充电。

（技术成熟条件下是否能够考虑无线充电技术）

（11）能够与通讯基站进行无线通讯，传输采集的风压数据和接收主机发来的指令。

（12）与值班室装置通过无线方式进行通信。

（13）无线风压监测仪型号分为不带排风功能和带排风功能。

（14）无线基站作为中转站将接收到的无线风压监测仪采集的数据向数据接收处理主机进行传输，同时接收值班室下达的指令并将其无线转发给无线风压监测仪。

（15）传输信号完整清晰，不受现场无线传输设备、机车、电力设备、输电线路等干扰。

（16）与值班室主机通讯异常时进行数据备份。

试验数据可在通信线路恢复正常后进行转发或转储。

（17）具备与注册机通讯功能。

（18）可同步接收不少于6组无线风压监测仪传输的试验数据，互不干扰。

（19）具有防雷设计。

（20）具有抗干扰设计。

（21）要求整个测试设备小巧，便于携带。

（22）充电、通讯接口采用圆孔直插方式。

（23）各独立电路模块检修拆卸方便，优先考虑兼顾接触可靠。

（24）设备关键部件平均寿命

部件

使用寿命

备注

无线风压监测仪电池

2年

打印机

3年

液晶显示器

3年

电路板

5年

计算机

5年

无线传输接发仪

5年

数据接收处理主机

5年

无线风压监测仪

5年

充电器

5年

UPS

5年

三主要技术指标

1.系统硬件技术指标

（1）环境温度

工作环境：

室外：

-45℃～+75℃，室内：

-10℃～+50℃。

（2）湿度

温度保持30℃不变时，相对湿度30%～80%。

（3）接地

值班室装置和执行器分别接地，值班室装置接地电阻:

不大于4Ω；执行器接地电阻：

接地电阻应不大于4Ω；土壤电阻率大于500Ω·m时，接地电阻应不大于10Ω。

（4）防雷（暂不含）

1电源防雷：

标称放电电流（8/20us）:

In:

70KA，冲击电流（10/350us）：

Limp:

15KA，电压保护水平：

Up:

≤1.5KV。

2信号防雷：

冲击放电电压（1KV/us）:

<16V；最大放电电流（8/20us）:

10KA；连接头及阻抗：

BNC/50Ω；零线（外壳）地：

0V。

（5）工作电压及功率

1值班室装置：

220V±20%.AC.50Hz；功率：

≤1000W。

2分布式控制装置：

220V±20%.AC.50Hz；功率：

≤300W。

3执行器：

220V±20%.AC.50Hz；功率：

低温型：

≤800W；常温型：

≤400W。

4手持遥控操作器：

电池连续使用不小于14小时。

5尾部测试设备：

电池连续使用不小于14小时。

（6）通信

1有线部分

网络：

10/100Mbps、全双工/半双工

通讯距离不小于1000m

2无线部分

Ø尾部测试设备

工作频率：

使用公开的公用频段

传输波特率：

1200bps

传输距离：

≥500m

Ø通信基站

发射功率：

5W

接收灵敏度：

-124Db

天线阻抗：

50Ω

天线增益：

不小于3.5db

通信速率：

2400bps

传输距离：

不小于2Km

无线载波频段：

使用开放的公用频段

电源：

220V，30W

Ø手持遥控操作器

工作频率：

使用开放的公用频段

传输距离≥500m

（7）压力变送器

压力测量范围：

0～1000kPa

工作电压：

DC24V

输出范围：

4～20mA

测量精度：

0.25%FS

功能：

将压力信号转化为电信号。

（8）电磁阀

工作电压：

DC24V

（9）调节比例阀

工作电压：

DC24V

（10）控制线缆

1工业总线电缆采用双绞屏蔽铠装直埋电缆。

2电源电缆采用铠装直埋电缆。

3双绞线网络选用超5类标准安普防雷网线（带屏蔽）。

4光缆选用6芯单模铠装直埋光纤。

（11）风管路

1执行器的输出管路内径25mm，充风时执行器风源输入端压力不小于650kPa。

2储气罐根据空压机参数要求配置，执行器端不小于4m3。

2.系统软件技术指标

（1）操作系统：

Windows2000/XP及以上版本。

（2）硬件：

CPU主频不小于1G，内存不小于1G，硬盘不小于160G，配声卡、网卡。

（3）以安装包方式发布，支持完全卸载。

（4）独占方式运行，屏蔽其它软件使用。

3.无线风压监测仪

Ø压力传感器指标：

量程：

0～1Mpa

精度：

±0.25％FS

Ø作业现场传输距离：

≥500M

Ø取样传输速率：

500ms/次

Ø机壳一体化设计（含风管卡和机体连接），具有防水、防震、防尘、防潮、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性。

Ø重量：

尽可能轻便，参考现有不超过500克（含电池）

Ø适用环境温度：

－50～+60℃

A型（普通）：

－20～+60℃（按用户要求）

B型（低温）：

－50～+60℃（按用户要求）

Ø电池外观工艺质量

电池表面色泽均匀光滑清洁、无划痕、无污斑及机械损坏。

电池尺寸应与设备配合良好。

连续正常工作不低于14小时，电池充电寿命500～600次。

Ø电池额定容量

在标准大气试验条件下，按规定的充电条件完全充电后