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          公司新聞

          利用車輛數(shù)據(jù)建立ATC特性檢查的研究

            近年來,在車載列車自動控制裝置( 以下稱ATC 裝置) 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,軟件所占的比例在不斷擴大。2017 年 2 月,山陽區(qū)間為實行單級控制,取消了車載裝置的多級控制功能。隨著車輛技術(shù)的進一步發(fā)展,提高了獲取車輛數(shù)據(jù)的功能,并通過設置車輛數(shù)據(jù)分析中心建立狀態(tài)監(jiān)測體制,構(gòu)成可確認運行車輛數(shù)據(jù)的體系。

          1 研究目的

          ATC 裝置擴大了軟件占比,東海道—山陽區(qū)間全線信號為采用單級控制而取消了多級控制功能。隨著車輛技術(shù)的發(fā)展,提高了獲取車輛數(shù)據(jù)的功能,并通過車輛數(shù)據(jù)分析中心建立狀態(tài)監(jiān)測體制。基于上述背景,將本次研究的目標設定為“利用車輛數(shù)據(jù)建立*佳的 ATC 特性檢查體制”。

          2 檢查項目的研究

          ATC 裝置在車輛側(cè)接收由地面發(fā)送的 ATC 信號,基于 ATC 信號和車輛性能信息,在車載裝置上計算列車信號。結(jié)合列車速度和位置的計算,對列車當前的信號與速度進行比較,自動輸出制動指令,使速度不超過信號。圖 1 為 ATC 裝置基本動作的示意圖。

          ATC 裝置在 90 天以內(nèi)進行所謂“ATC 特性檢查”的定期檢查。ATC 特性檢查可大致分為“ATC動作狀態(tài)檢查”、“外觀檢查”、“功能檢查”。表 1列示出 ATC 特性檢查的項目。

          “ATC 動作狀態(tài)檢查”要從大型的試驗機輸入速度信息、ATC 信號,根據(jù)模擬生成的運行條件,確認輸出的制動以及異常時操縱器件的完好性。此外,還對 ATC 裝置及其相關(guān)聯(lián)設備進行“外觀檢查”與“功能檢查”。首先研究 “ATC 動作狀態(tài)檢查”的相關(guān)項目。

          “ATC 動作狀態(tài)檢查”有 138 個檢查項目,大體可劃分為 3 部分。由于取消了多級控制功能,故無需檢查與多級控制模擬運行相關(guān)的項目。但需要對單級控制模擬運行的 ATC 信號接收電路、制動輸出狀態(tài)以及異常處理功能進行定期檢查,為此,研究了利用車輛數(shù)據(jù)的*佳檢查方法。

          3 檢查方法的研究

          3.1 ATC 信號接收電路

          鐵道車輛利用受電器接收由地面發(fā)送的 ATC信號。接收的 ATC 信號經(jīng)過調(diào)整、放大,在接收部進行解調(diào)( 反調(diào)制) 等信號處理后,發(fā)送到各控制部。由于信號處理與軟件有關(guān),所以無需定期檢查。但接收 ATC 信號的受電器等屬于硬件設備,需要進行定期檢查。圖 2 為 ATC 裝置信號接收電路的示意圖。

          受電器等硬件通過監(jiān)測 ATC 信號的接收電壓把握電壓狀態(tài)。由于接收的電壓狀態(tài)作為車輛數(shù)據(jù)的數(shù)值被記錄下來,所以,通過讀取車輛數(shù)據(jù),就可把握運行時接收電壓的狀況。圖 3 為車輛側(cè)接收電壓的曲線圖,縱軸表示接收電壓,橫軸表示列車位置,列車從左至右運行。接收電壓隨列車位置的變化而變動,不是恒定值。由于受車輛與發(fā)送器的距離以及軌道電路長度的影響,接收電壓不是恒定值。此外,接收電壓顯著降低的部位是軌道電路的邊界。對于這個數(shù)據(jù),需要設定檢查替代標準值。由于要在全線路區(qū)間范圍內(nèi)接收 ATC 信號,需對地面?zhèn)人l(fā)送的 ATC 信號進行管理,故基于這些信號設定了標準值。此外,根據(jù) 4 萬個實際車輛數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,確認了設定標準值的合理性。

          原來的檢查方法是,使用大型試驗機輸入 ATC 信號,然后,對超過檢測電壓的顯示信號進行確認。

          由于檢測閾值及檢測判定功能是通過軟件來實現(xiàn)的,所以無需定期檢查。但需要對接收信號的受電器等硬件設備的完好性進行確認。在新的檢查體制中,加強了硬件設備的檢查,對能夠在全線區(qū)間范圍內(nèi)接收超過標準值的電壓的情況進行確認檢查。

          通過更新檢查體制,每次檢查的確認次數(shù)是原來的 100 倍以上,提高了檢查精度。圖 4 為新、舊兩種檢查方法的對比情況。而且,在到站停車時,通過數(shù)據(jù)分析可把握每列車接收電壓的分布趨勢,并有效應用于設備老化診斷等的狀態(tài)監(jiān)測( 圖 5) 。

          3.2 制動輸出狀態(tài)

          ATC 裝置根據(jù)信號、速度、車輛性能及線路條件等信息,選擇制動擋位并輸出制動指令。由于其內(nèi)部的傳輸功能及運算處理是通過軟件來實現(xiàn)的,故不需要定期檢查。但通用部的繼電器是硬件,故圖 6 制動輸出狀態(tài)需要對通用部的完好性進行確認。圖 6 為 ATC 裝置的制動輸出狀態(tài)。

          運轉(zhuǎn)控制部的制動指令經(jīng)通用部輸入到配電盤以及記錄車輛數(shù)據(jù)的監(jiān)測部。配電盤繼電器的反饋信息輸入到監(jiān)測部。由于采用的機械式繼電器存在動作遲滯,故通過監(jiān)測動作遲滯,即可確認通用部的完好性。利用車輛數(shù)據(jù)監(jiān)測繼電器動作遲滯時,由于車輛數(shù)據(jù)中記錄的數(shù)值存在傳輸滯后,所以,需要研究附加傳輸滯后的標準值。圖 7示出考慮了繼電器動作遲滯和傳輸滯后而設計的“制動遲滯”系統(tǒng)。

          對于繼電器動作遲滯與傳輸滯后,考慮了設計校準值,設定了制動遲滯的標準值。根據(jù) 17 萬個實際車輛數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,確認了標準值的合理性。

          在原來的檢查體制中,由試驗機輸入信號和速度后,對制動動作和緩解狀態(tài)進行確認; 而在新檢查體制中,由于有效利用了從制動指令信息到配電盤反饋的制動遲滯,不僅掌握了制動動作和緩解狀態(tài),而且還能把握故障預兆。原來檢查方法的確認次數(shù)是20 次左右,而利用車輛數(shù)據(jù)的新檢查方法的確認次數(shù)是 1 300 次左右。

          由于繼電器動作狀態(tài)確認次數(shù)是原來的 60 倍以上,所以,提高了檢查精度。圖 8 示出新、舊檢查方法的對比情況。

          通過上述分析對比可知,單級控制模擬運行的“ATC 信號接收電路”及“制動輸出狀態(tài)”可利用車輛數(shù)據(jù)實現(xiàn)替代檢查。圖 8 檢查方法的比較

          3.3 異常時操縱器件的檢查項目

          原來的檢查方法是,由大型試驗機向 ATC 裝置輸入信號和速度,根據(jù)此時的信號顯示操縱異常時使用的開關(guān)( SW) 等器件,對 ATC 裝置輸入接點狀態(tài)及傳輸處理、信號顯示等功能進行確認檢查。由于各控制部分之間的傳輸處理及信號顯示的功能是通過軟件實現(xiàn)的,故無需定期檢查,但有關(guān)接點輸入狀態(tài)等的硬件設備需要檢查。

          異常時操縱器件的檢查項目大致可劃分為 3類。第 1 類是“正常時接通而故障時斷開的器件”;第 2 類是“異常時接通的器件”; 第3 類是“轉(zhuǎn)換至備用功能的動作器件”。表 2 列示出異常時操縱器件的檢查項目。

          ( 1) 正常時接通而故障時斷開的器件

          這類檢查適合車體傾斜列車控制器件的檢查,要對接點無焊接以及兩種電源無混觸進行確認。

          ( 2) 異常時接通的器件

          這類檢查與制動軸比率開關(guān)及換向開關(guān)操作有關(guān),要對操作開關(guān)時沒有接點**及斷線進行確認。

          ( 3) 轉(zhuǎn)換至備用功能的動作器件

          這類檢查與 ATC 配電斷路器( ATCNFB) 操作有關(guān),要進行系統(tǒng)轉(zhuǎn)換動作的確認。

          針對上述 3 類檢查項目,研究了有效利用車輛數(shù)據(jù)的替代檢查方法,但由于正常運行時不操縱這些器件,故在車輛數(shù)據(jù)方面不能確認其完好性。然而,在操縱器件時,由于接點的狀態(tài)記錄在車輛數(shù)據(jù)中,故研究了利用這些數(shù)據(jù)進行檢查的方法。

          利用在 ATC 裝置內(nèi)的各控制部之間共有的LAN 傳輸信息,可確認異常時操縱器件的接點信息,故采用直接獲取 LAN 傳輸信息的確認檢查方法。

          在原來的檢查方法中,必須將大量的信息輸入到大型試驗機中。而新方法中,只需取得 LAN 傳輸信息,故不僅可使試驗裝置小型化,而且還可確保原來的檢查質(zhì)量。

          3.4 外觀、功能檢查

          ATC 裝置的外觀檢查采用傳統(tǒng)的方式,而速度發(fā)電機及輪徑需定期檢查確認,故這些裝置及部件均可在定期檢查中統(tǒng)一進行確認。地點檢測振蕩器因取消多級控制功能而被拆除,故無需檢查。由于 ATC 裝置具有實時狀態(tài)監(jiān)測的功能,故檢查中無需對列車號碼設定進行確認。由于制動綜合動作與模擬運行 ATC 動作狀態(tài)檢查的項目相同,所以,采用替代檢查方式。

          對檢查項目的分類及內(nèi)容進行**調(diào)查后,研究了新檢查方法,表 3 列出所制定的*佳的特性檢查方法。

          4 利用車輛數(shù)據(jù)的檢查體制

          原來,每隔 90 天進行一次 ATC 特性檢查; 而有效利用車輛數(shù)據(jù),1 次讀取數(shù)據(jù)可進行約 7 天的數(shù)據(jù)分析,而且,通過讀取、分析兩個駕駛操縱臺的數(shù)據(jù),可實現(xiàn)高精度的檢查。新、舊兩種檢查體制的比較見圖 9。

          原來,在大型試驗機上進行檢查; 而更新檢查方法后可在小型試驗機上進行檢查,故隨時隨地都可進行 ATC 特性檢查( 見圖 10) 。

          基于選定的檢查項目及車輛數(shù)據(jù)可實現(xiàn)部分項目的替代檢查,以往每個操縱臺的檢查作業(yè)時間為 170 min; 而采用新檢查體制,每個操縱臺用 90min 就可完成檢查作業(yè),效率比原來提高了 47%。

          在縮短檢查時間的效果方面,新檢查體制符合定期檢查的工作日制,實施天數(shù)由原來的 365 天縮短為224 天,效率比原來提高了 39%。

          5 結(jié)語

          新檢查方法利用車輛數(shù)據(jù)替代了部分檢查工作,提高了檢查頻度及精度。此外,通過更新檢查方法,實現(xiàn)了試驗機小型化。通過替代檢查工作及更新檢查方法,縮短了檢查時間。由以上研究結(jié)果,確立了*佳的 ATC 特性檢查體制。

          6 今后的展望

          在N700S列車上讀取、獲得的車輛數(shù)據(jù),在地面上即使不讀取也能取得、分析這些數(shù)據(jù),所以,可實現(xiàn)高效且高精度的檢查。此外,利用車輛數(shù)據(jù)進行頻度分布以及多年變化的趨勢數(shù)據(jù)、設備異常動作狀態(tài)的分析,可把握故障征兆、強化狀態(tài)監(jiān)測。今后還要在檢查項目中利用數(shù)據(jù)分析積累的經(jīng)驗,實現(xiàn)更高精度的檢查。












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