黎 敏 上海铁路局合肥给水公司

1 项目背景

随着旅客列车运行速度达到300 km/h以上，铁路给水自动化、系统化及信息化发展的战略要求日益凸显，而陈旧的客车上水作业及管理模式己严重阻碍铁路客运事业的发展。为了提升列车上水自动化作业水平，提高上水作业劳动效率，保证上水质量安全可靠，现以某火车站为原型，研究客车上水的系统模型，并通过对高速客车上水分析、设计，最终实现高速铁路列车上水系统控制自动化。

2 系统方案设计

2.1 系统结构设计

图1 系统结构设计图

系统结构如图1所示，包括上水管路系统、上水设备系统、多通道遥控器、股道管理机。根据客车上水的功能需求、应用环境及要求，采用PLC(可编程控制器)作为实时采集和控制模块，带触摸屏功能的平板电脑作为与用户交互的上位机，再加上无线通讯模块，列车到发广播系统，共同组成一个多方位信息采集、综合、智能决策的系统平台，从而实现设计目标。

2.1.1 上水管路系统方案设计

包括上水管路（DN25）、进水电磁阀和手动开关，具有给客车水箱上水的功能。进水电磁阀由PLC程控控制，也可由操作人员通过遥控器控制。手动开关在停电时使用。

2.1.2 上水设备系统方案设计

（ 1）上水软管

上水软管DN25，管长15 m，为双层结构，采用白皱片天然胶作为软管及接头的内衬材料。胶管骨架材料选用高强力材料。具有耐老化、重量轻、软管柔软、弯曲半径小、耐磨、抗拉、使用寿命大于普通输水软管，可达1年半以上等优点；软管可以配装快速接头，方便安装操作。

（ 2）快速接头

上水接头具备自动脱落功能，连接及脱落方便快速，不漏水。按动遥控器开始上水时，快速上水接头能够与列车上水注入口紧密锁紧。快速接头安装在上水软管的端部，起到了客车注水口连接的作用，适应目前国内动车和注水口为A/B型等的客车，连接快速方便、易取下、不漏水，上水时连接牢靠，当客车突然启动或出现其它非正常工况时，快速接头能脱落，避免事故发生。

（ 3）卷管器

卷管器由卷筒、低速电机、定向导轮装置和定位装置组成。胶管卷绕在卷筒上，卷筒采用横轴形式，可多方向出管，拉出软管较省力。卷筒的筒缘高度和两筒缘间距尺寸可以满足上水软管缠绕的要求，保证软管全部回收。

（ 4）排空装置

机械式排空阀和上水电磁阀联动，上水结束后，机械式排空阀启动，排出上水胶管内余水，流进下水管道。这样既防止下次列车所上水的污染，保证了水的卫生，同时也防止了冬季上水管的冻损。

2.1.3 多通道遥控器方案设计

系统配置了多通道遥控器，通过遥控器对相应的设备进行操作。遥控器发射无线电波，控制上水开始及停止或中途中断上水、控制软管回收开始及停止和控制排空余水。每台遥控器控制所有设备，遥控距离大于150 m，可在较大范围内安全操作设备，减少工人劳动强度，提高工作效率。

控制单元由控制箱、文本显示器和遥控器组成。采用PLC程序控制器，人机界面，文本显示操控，集成化高，操作方便。系统设计和配置能保证系统运行的整体性和稳定性。控制箱主要由空气断路器、继电器、开关电源、PLC等组成，均采用通用的，可靠性较高的电器元件。

文本显示器上设有紧急停机按钮，停止误操作；当出现故障时，控制面板上的文本显示器将显示故障点。正常工况下，文本显示器将显示各工作状态。

无线遥控上水控制系统实现了定时上水。时间到时自动关闭水阀、自动排余水、快速管接头与列车注水口自动分离。

2.1.4 股道管理机方案设计

铁路客车自动上水运行监控系统股道管理机结构如图2所示，包括数据采集存储模块和通讯模块，主要实现以下功能：

(1)实时采集各上水机的工作状态，并上传至控制中心终端。

(2)实时采集上水机和股道计量的信息，上传至控制中心终端，若通讯中断，则有存储信息功能。

(3)接收控制中心终端的命令，开闭股道上水电动阀。

(4)接收控制中心终端的“急停”命令，下传至上水控制机，执行整条股道的停止上水、脱管、收管程序。

(5)接收遥控器的“急停”命令，下传至上水控制机，执行整条股道的停止上水、脱管、收管程序。

图2 股道管理机结构框图

3 监控软件设计

监控软件结构主要有四个部分：上位机管理软件、股道管理机控制软件、无线遥控数据收发软件、列车到发信息发送软件。其中上位机管理软件是通过CAN（控制器局域网）总线与股道管理机连接，通过RS485与位于广播室的列车到发信息发送软件通信。无线遥控数据收发软件运行于上位机，通过进程间通信与管理软件交流数据。整个软件体系结构如图3所示。

图3 控制系统体系结构

3.1 软件开发平台

股道管理机采用嵌入式控制模块，该模块采用军品的设计方案，能在恶劣的环境下稳定工作，工作温度为-20~70℃。控制软件的实现采用C语言，能方便实现数据采集和自动控制的功能。该程序可多次改写，灵活性好，可靠性高，开放性强。在系统进一步发展或需求有变化时，可进行软件的扩展、更新。

上位机软件运行在Windows平台上，用Delphi开发实现，软件的界面友好，操作方便，信息显示直观明了，可以通过屏幕画面观察车站所用检测点的实时状态。它同时提供了数据实时记录、综合信息判断、联网通信等功能。

3.2 软件设计

(1)上位机管理软件

上位机管理软件结构如图4所示。其实现的功能包括接收股道管理机的采集信息，在用户界面上显示控制系统状态；接收用户无线遥控信息或手工输入，通过向股道管理机发送命令。接收广播到发信息和摄像识别信息，分析判断列车出入站信息，如果列车到站，自动开大阀，如果列车出站，关大阀；以及事先设定的操作流程，实现自动开阀；通过对从股道管理机获取的各种信息的综合分析，判断系统中是否存在漏水等故障；对上水工作人员的交接班、操作进行记录，规范管理；对每列车的上水量，每道的上水量进行记录统计，从而生成详细的日、月、季、年报；将现场信息转发给调度系统的管理机。

图4 上位机管理软件结构图

（2）股道管理机控制软件

股道管理机控制软件主要是控制每个股道信息，采集每个股道的电流电压信息，同时监测各股道的压力流量信息，控制股道大小阀的开关，通过与监控中心通信，将压力、流量、电流、电压，阀的状态信息上传给监控中心，同时接收监控中心的指令，实现开阀、关阀等操作。逻辑控制图如图5所示。

图5 股道管理机控制软件逻辑控制框图

(3)遥控数据收发模块

遥控数据收发模块通过从天线获取用户发送的命令编码，然后转换成标准的命令串发送给监控中心，其结构如图6所示。

图6 无线遥控数据收发软件结构图

(4)列车到发信息发送软件

列车到发信息发送软件主要是获取列车什么时间到站和什么时间离站，从而能够准确地开关大阀，它从数据库服务器上的列车时刻表上查询当时各个轨道的列车到发记录，然后通过RS485发送给监控中心管理软件。

4 结束语

随着中国高速铁路、客运专线的兴建，该套系统在多个火车站应用，节约了用水，提高了工作效率及管理水平，在取得一定经济效益的同时，对环境及社会也产生了很大效益。相关的技术研究有助于为新建客运专线、高速铁路及动车段(所)建设以及既有铁路客车上水系统改造设计提供参考。