一种铁路工程车辆控制台

时间：2024-05-19

郑莉莉

（中国铁建高新装备股份有限公司，云南昆明 650215）

0 引言

本设计为一种大型养路机械电气系统操控台，将若干操作主体进行系统集成为一体的电气柜。操控台包括安装有显示器、制动设备、操控按钮等器件；可以对养路机械作业进行实时监控的视频柜；可以控制养路机械制动的控制柜；可以控制养路机械走行的走行柜和可以打印养路机械日常作业实时数据的打印支柜。

1 设计详述

1.1 设备特点

操控台由柜体与底座组合而成，柜体由操作区和机柜组成，操作区面板上开有用于安装触摸屏的方孔和若干用于安装按钮和指示灯的圆孔以及制动操作面板，柜体上装有打印机、通话装置，柜体里面装有电气器件。

1.2 外观设计

操控台的定位为工程操作使用，因此在选材上考虑选择耐用及磨损综合性质好的金属材料，配色上选择黑白灰系列来搭配，如图1所示。

上台面为铝板，表面喷塑（织纹），色号RAL7012；基座柜体与底座均采用碳钢，表面喷塑（织纹），色号RAL7035；操作区面板和操作按钮面板为铝板，表面喷塑（织纹），色号RAL9005，如图2所示。

图2 铁路工程车辆控制台配色图

整体造型在满足功能的情况下，将左上区域往内环抱设计，上台面突出显示器约20 mm，起到一定的遮光作用，避免工控机在强光照射下使用时反光。屏幕区域排布形成高低落差，柜体转角处设计多个弧度，突破钣金件的冷硬感，操作按钮规律排布，再以线条划分区域，具有一定的构成感。操控台外观设计配色合理，布局合理，外形美观，如图1所示。

图1 铁路工程车辆控制台效果图

1.3 整机设计

1.3.1 操控台构成

操控台单元包括如图3所示：1制动控制区，2走行控制区，3作业控制区，4辅助控制区；左侧为行车位，右侧为作业位。

图3 铁路工程车辆控制台结构图

（1）制动控制区是铁路工程车辆的制动系统集成，包括1-1仪表含两块风表和一块速度里程表、1-2数显表、1-3制动操作面板含大小制动闸及主辅转换、紧急制动等若干制动操作按钮，上述器件均安装在可拆卸的铝面板上。

（2）走行控制区上安装有走行监控显示器和若干操作按钮，可以对整个走行作业流程进行监控和操作；包括2-1走行上位监控显示器、2-2走行操作面板含钥匙开关、故障复位等若干操作按钮、2-3车载电台、2-4走行监控显示器，其中2-3车载电台通过螺栓固定在上台面上，其余器件均安装在可拆卸的铝面板上。

（3）作业控制区上安装有作业显示器及若干操作按钮和键盘，可以对作业操作流程进行监控和操作；包括3-1发电机监控模块、3-2作业上位显示器、3-3视频监控、3-4视频监控、3-5作业操作面板含电源控制、作业控制等若干操作按钮、3-6视频切换按钮、3-7作业参数设置键盘，其中3-3视频监控通过螺栓固定在上台面上，3-7作业参数设置键盘通过导轨安装在上台面上，其余器件均安装在可拆卸的铝面板上。

（4）辅助控制区包括4-1轴温显示、4-2打印机、4-3通话装置，上述器件均通过螺栓固定在柜体上。

（1）制动控制区1 1-1、仪表1-2、数显表1-3、制动操作面板；（2）走行控制区2 2-1、走行上位监控显示器2-2、走行操作面板2-3、车载电台2-4、走行监控显示器；（3）作业控制区3 3-1、发电机监控模块3-2、作业上位显示器3-3、视频监控3-4、视频监控3-5、作业操作面板3-6、视频切换按钮3-7、作业参数设置键盘；（4）辅助控制区4 4-1、轴温显示4-2、打印机4-3、通话装置。

1.3.2 操控台机械结构

上台面外轮廓采用10 mm厚的铝板折弯成型，然后用3 mm厚的铝板与其拼焊成型，中间增焊支撑筋条，浸涂底漆、外经粉末涂层，如图4所示。

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图4 铁路工程车辆控制台上台面

柜体为2 mm厚的钢板，采用钣金件的折弯、焊接、磷化、喷塑等工艺成型，柜体上的门板与柜体螺栓连接或者锁扣连接；整个上台面与柜体通过螺栓连接，如图5所示。

图5 铁路工程车辆控制台柜体

面板为3 mm厚的铝板，面板开孔根据安装的器件大小来绘制，面板上用激光雕刻标识符号，所有面板均通过螺栓固定在上台面上。

柜体内部安装板为3 mm厚的镀锌钢板，通过螺栓固定在机柜里的折弯零件上，可以安装线槽、断路器、继电器、接线端子等器件。

底座为20 mm厚的碳钢拼焊成型，通过螺栓与柜体连接。

整个设备重约300 kg，结构设计合理、功能分布合理，符合铁路工程车辆的操控需求。

1.3.3 操控台面板概述

操控台垂直面区域的面板共有五小块，根据安装的器件尺寸来开孔，分别为一块制动面板、三块显示器安装面板、一块发电机监控模块安装面板。

图6 铁路工程车辆控制台底座

图7 铁路工程车辆控制台三视图

图8 铁路工程车辆控制台行车位面板

图9 铁路工程车辆控制台作业位面板

1.4 人机工程学分析

操控台的布置考虑了乘务人员的身材及其所执行的操作任务，方便司机就座，并且能使双腿和膝关节行动自如，也可以使司机站着操作，如图10所示。操控台脚踏板前沿至操纵台下缘的垂直距离为668 mm，从操控台边缘到脚踏板前缘的水平距离约170 mm，显示器观察面与操作水平面成24.4°，最左边制动闸距离左边座椅中心约500 mm，最右边视频切换按钮距离右边座椅中心约490 mm，左右操作半径均在手可达适宜范围内，综上所述，控制台高度合适，操作距离适中，操作视野好，符合GB6769—2016《机车司机室布置规则》、GBT 5914.1—2015《机车司机室第1部分：瞭望条件》。

图10 铁路工程车辆控制台人机工程学图

1.5 操控台安装及维护

将操控台放置进司机室，对位完成后将操控台20 mm厚的安装底座焊接在司机室框架上，由于工程车辆震动较大，柜体与安装底座中间安装一块10 mm厚的减震橡胶垫，起到一定的减震作用。

柜体里面安装可拆卸镀锌板，便于安装电气元器件，柜体设计了多个可拆卸柜门，便于器件的安装及检修。

由于设备较大较重，在设计过程中考虑将上台面与柜体及底座分离式设计，全部螺钉连接，可先拆分放置进司机室再进行组合安装，方便前期车辆组装及后期车辆大修。

1.6 操控台HMI简介

作业控制由PLC系统独立完成，PLC系统通过Profibus总线与各从站实现控制与数据交换，操控台设有一台工业计算机通过TCP/IP连接到CPU，用于可视化及过程数据预设定，并记录数据。走行控制通过Profinet网络实现通信控制，共设置分布3个PLC控制器如图11所示，通过UDP协议完成数据交换。

图11 铁路工程车辆控制台走行主界面

在操作过中，控制台除了机械操作按钮外，还有一个比较重要的人机交换平台（HMI），视频显示器在作业过程中可以对铁路工程车辆的启停、走行、作业流程全方位进行监控，并将监控视频实时显示出来，HMI包含走行主界面、作业状态界面、急停/供电状态界面、动力包状态界面、报警信息界面、锁定切除界面、输出/输入诊断界面。如图12所示，所有界面主色调一致，排版整齐，界面通过图标、表格、文字搭配，易于操作。

图12 铁路工程车辆控制台作业主界面

操作人员进行的日常作业都能通过显示器进行实施监控，通过监控不断调整作业平台的作业，作业平台又通过电气连接带动执行机构作业。整个循环往复的操作过程都在集成的操作平台上进行。操控台设置控制权切换按钮，只有取得操作权的面板才能完成发动机启动、方向选择、走行手柄等操作。