地铁车辆电气数据采集诊断及无线传输方法研究

朱军军，武华军，苏　晓

（1.南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司，江苏 南京 210000；2.青岛海能电气有限公司，山东 青岛 266000）



地铁车辆电气数据采集诊断及无线传输方法研究

朱军军1，武华军2，苏晓1

（1.南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司，江苏 南京 210000；2.青岛海能电气有限公司，山东 青岛 266000）

摘要：文章介绍了地铁车辆数据采集诊断及无线传输方法，并结合地铁车辆的调试工艺文件设计了地铁车辆电气数据采集方法、自动判定方法及无线传输方式。采用该系统可自动判定每个调试步骤的操作和结果，减少人为误判行为，大大提高地铁车辆的调试效率，文章最后在地铁车辆静态调试中进行了相关模拟测试，验证了该系统的可行性。

关键词：地铁车辆；静态调试；数据采集；无线传输

地铁车辆各系统的地面试验是静调中的关键步骤。随着车辆控制系统的不断完善，控制线路不断增加，控制逻辑也越来越复杂，单一的指令信号灯显示和手动测量存在的弊端越来越明显，尤其是随着地铁多品种并行生产，地铁编组增加，车辆之间距离加长，迫切需要更高效的集中控制手段。

1　系统总体构成

地铁车辆电气数据采集诊断及无线传输系统对车上几百个信号进行实时采集、处理、显示、存储，然后采用方便实用的操作系统和友好的人机界面进行人机交互，目的在于提高调试的工作效率，对调试结果进行规范化管理。

系统由多台独立运行的分布式数据采集系统和1台试验数据服务器构成，如图1所示。

图1　地铁车辆电气数据采集诊断及无线传输系统

分散在车辆上的分布式数据采集系统负责采集车辆上对应的调试信号，采集到的信号以无线方式传送给试验数据服务器，试验数据服务器接收每个分布式数据采集系统上传的数据后进行汇总，实现综合判断、存储、绘制曲线等功能，并通过wifi网络与内部局域网相连，进行远程监视。

2　分布式数据采集系统

地铁车辆信号大致分为24 V直流电压信号、4~20 mA电流信号、110 V直流控制信号、220 V交流信号、380 V交流信号、PWM信号等，这些信号分布在驾驶台、一位端左右电气柜、二位端左右电气柜、车下低压柜等不同电气柜中。其中有模拟量信号也有开关量信号，调试中既需要信号输入也需要信号输出，而且编组整体调试时涉及到的信号数量巨大，采集信号随车辆厂家和型号的不同会有一定差别［1］。鉴于以上特点，分布式数据采集系统采用灵活搭配和分散布局的方式，如图2所示。

图2　分布式数据采集系统

信号采集主板分布有6个805金手指插槽，每个插槽根据调试需求可连接不同的信号隔离转换板，隔离转换板有开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入板等。开关量输入板通过跳线选择开关可选择输入信号的电压等级，对应DC24V、DC110V、AC220V等信号［2］。开关量输出板也可以通过跳线开关选择输出电压等级，如DC24V或DC110V等，开关量输出板和开关量输入板的配合对车上线路的校线提供了极大方便，避免了采用万用表人工测量线路通断的繁琐。每个分布式数据采集系统可采集和处理96路信号，由ARM架构的STM32F系列单片机进行测量、采集、存储、显示［3］。地铁车厢为封闭结构，因此无线信号的收发需采用大功率、高灵敏度的无线收发模块。通讯方式结合调试工艺文件采用问答的方式，数据服务器根据调试内容自动向分布式数据采集系统索取必要的采集信息，分布式数据采集系统接到命令后立即向数据服务器发送对应的采集信息，缩短其它数据的实时传输带来的通讯延时和非正常性的无线收发功率损耗。

3　试验数据服务器软件架构

试验数据服务器软件架构如图3所示。试验数据服务器根据调试文件调试内容读取对应分布式数据采集系统的信息，包括指令状态、操作状态、需要确认点信息状态等。每个分布式数据采集系统采集的信号保存在对应寄存器地址中， 由配置系统配置对应变量的读取信息。

图3　试验数据服务器软件架构

试验数据服务器定时读取相应指令状态，当有指令到达时立即读取对应确认变量的信息。指令系统信息库中包含针对每条指令的数据采集信息，数据采集后就需要对采集的数据进行分析处理，编制成与理想状态可进行比较的代码模式，以便与理想状态值进行比较，采集对应数据后，数据分析处理功能模块通过移位操作把采集数据排列成相同模式进而得到现实状态值［4］。

自动诊断系统对现实状态值与理想状态值进行比较，得出偏差信息，进行判断指出故障点并形成报表存储。指令理想状态信息库中的理想状态信息能够依据调试人员的意愿任意编制，选指令、选采集系统、选信号、设定信号值等。此时会按照调试人员的信号选取顺序形成一组排列，一套指令编制完成后就是一组排列组合，此排列组合要与指令系统信息库中指令信息编码一一对应起来。

4　无线Wifi布局

试验数据服务器为移动式工作台，根据调试需要可放置在调试车间的任意位置。地铁车辆的调试车间面积比较大，而且电磁环境复杂，各种高压接触网分布在调试车间里，当有编组车辆停放在调试车间时数据服务器发射的无线信号很难直线传输，必须要有无线中继器或网桥在车间顶部进行信号放大和直线传输才能保证信号的稳定性［5］。无线中继理论上可实现网状中继，但中继信号较多时会影响中继的反应速度，本系统采用只中继前一级和后一级信号的链型中继模式，由局域网内无线AP开始直至试验数据服务器由6台中继器进行Wifi信号放大和延续，如图4所示。

图4　Wifi布局

2台中继相互间隔40~50 m，当有某个中继器故障时有可能出现信号的中断，但相比网状中继更加稳定和快速。

5　数据采集系统实测

按照以上设计原理，研制了地铁车辆数据采集及无线传输系统，如图5、图6所示，并在6编组地铁车辆调试中进行了实测。本次测试中共计采用了8台分布式数据采集系统，主要针对地铁车辆的静置制动试验进行了测试，自动判定条件已通过数据服务器的上位机软件事先录入。

6　结论

实测结果表明，该系统能够实现对地铁车辆调试数据的各项要求，提高地铁车辆调试效率。车辆调试中，各主机厂的调试模式不尽相同，应结合调试模式的特点采集对应信号，如可采自连接器、端子排或电气元件本身，以提高效率、规范化管理。本系统分布式数据采集系统为工装结构，与车辆的连接部分线路较长，可采用高度集成仪表类产品直接安装于柜体内，通讯线路采用车内网关，以减少连接线，便于维护管理，另外本系统的自动判定条件为人工编制，今后可考虑根据车辆原理图的判定条件自动编制。

图5　分布式数据采集系统

图6　试验数据服务器

参考文献

［1］南车集团．工艺文件（CGJ056-42-J3）［R］. 2012．

［2］南车集团．车辆接线图（PM05600-373-000000）［R］． 2012.

［3］南车集团.电气原理图（PM05600-371-000000）［R］． 2012.

［4］陈启军，余有灵，张伟，等．嵌入式系统及其应用［M］．上海：［7］同济大学出版社，2011.

［5］软件与技术研发小组． Visual C#2005程序设计实例教程［7］［M］．北京：冶金工业出版社，2006.

Research on Acquisition and Wireless Transmission of Electrical Data of Metro Vehicles

Zhu Junjun1， Wu Huajun2， Su Xiao1
（1. CSR Nanjing Puzhen Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China； 2. Qingdao Haineng Electric Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract:In this paper， the method of electrical data acquisition and wireless transmission of metro vehicles are introduced. According to the debugging process document of the metro vehicle， the method of electrical data acquisition and automated decision， the way of wireless transmission of the acquired data are analyzed. The system can automatically determine the operation and the result of the debugging step. By using the system， the efficiency of the debugging of metro vehicles is improved and the misjudgment caused by people is induced. Finally， the system is used in the simulation test of metro vehicles static debugging and proved to be feasible.

Key words:metro vehicles； static debugging； data acquisition； wireless transmission

中图分类号：U231.+7

文献标识码：A

文章编号：1672–9889（2016）03–0086–03

收稿日期：（2015-12-25）

作者简介：朱军军（1986-），男，江苏南京人，工程师，主要从事轨道车辆调试工作。