机车数据采集和专家诊断系统的方案设计

王海峰

摘 要：针对目前机车在区间中出现故障时机车乘务员通过自身的能力不能第一时间准确将故障信息传递给机务段运用部门

120咨询台，以便咨询台人员指导乘务员及时处理机车在途发生的故障以压缩处置时间减少机车非正常停车的时间，同时当机车进入机务段后为了便于机务各部门人员能第一时间了解机车的运用情况，研制了机车数据采集和专家诊断系统。文中给出了设计架构及设计原理。该系统已在多种机车中进行了运用，其性能稳定、可靠，均达到运用要求。

关键词：机车故障；数据采集；专家诊断系统；120咨询台

1 概述

目前，在中国铁路上机车在区间行驶中出现故障时的处理办法是乘务人员与机务段运用部门120远程故障咨询台联系，由咨询台的人员对乘务人员进行指导，以处理机车故障。但由于乘务员的水平参差不齐对故障的描述有时不能准确、详尽，造成120远程咨询台的人员不能快速准确地反馈故障处理办法，导致故障处理时间过长，增加了机车非正常停车及设备故障的发生。为解决这个问题需要将机车实时故障及事件信息进行远程传输给120远程故障咨询台，由专业人员进行故障分析，形成准确解决方案及时快速进行指导处置，便于压缩咨询处置的时间，减少机车非正常停车及设备故障的发生。

文章提出了车载机车故障的数据采集并将机车实时故障及事件信息进行远程传输，由120专业人员利用和使用地面专家分析系统进行故障分析，形成准确解决方案及时快速进行指导处置设计方案，以解决目前存在的问题。同时，对于检修和整备部门，该方案可以将机车运行中产生的关键故障信息（如6A系统产生报警信息、控制系统的故障信息、设备状态信息等）和故障发生时前后固定时间段相关联的事件信息采集和传输，给技术人员提供诊断依据。

2 系统的整体架构

2.1 系统的设計构思

机车数据采集和专家诊断系统主要包括：车载实时数据监测预警装置、车载无线数据传送装置以及基于数据库的地面远程专家诊断平台。课题主要研究车载网络数据的实时采集，前段故障诊断处理，基于GPRS/3G、WLAN以及北斗短报文的车地通信，地面数据库技术以及数据挖掘专家诊断技术。图1为系统的架构示意图。

2.2 系统的主要功能和技术要求

在机车运行中即在途机车发生机车质量问题及事故时，该系统通过实时传输的数据和事件信息，自动进行分析和数据整理，并提交给指挥中心解决方案，包括乘务员对故障处理建议和解决步骤建议，以及行车对策建议等。由指挥中心指挥机车乘务人员进行故障排查和方案决策。当机车进入机务段后，机务人员可以通过GPRS/3G、WLAN调取机车相应数据，通过地面专家分析系统进行更详尽的分析。

系统实时显示数据要同步。车-地数据实现自动远程传输，实时数据信息及其他数据信息的传输；要求车-地数据自动远程传输后，地面行车指挥专家系统的信息与机车运行信息数据最大限度的做到同步运行，信号同步最大误差不应大于3S，否则将造成机车实时信息与地面行车指挥专家系统的信息的“失真”，达不到快速诊断、快速指挥乘务员解决机车故障的目的。

3 系统的具体设计实施

3.1 车载数据采集部分的原理

车载的数据采集部分采用基于MCU（LPC1778）的嵌入式平台做控制部分。机车的受电弓部分、主断路器部分、轴隔离部分、牵引力部分、辅助变流部分及制动机部分的状态数据通过相应的通信总线传递给控制部分，控制部分将这些数据编码、打包后通过北斗短报文传送给120咨询台（机车在途中），进段后通过GPRS/3G将更详细的数据传送给机务段相关部门。车载数据采集部分的原理框图如图2所示。

3.2 地面机车远程监测与专家诊断系统

地面机车远程监测与专家诊断系统分为三个大的部分：机车定位部分、行车专家指挥系统与地面专家分析系统。这三个部分分别完成机车的在途定位（显示机车车号及配属段别，便于快速查看机车位置），120咨询台的行车故障处理和机车进段后机车情况的详细分析等。图3是以机车在途中受电弓的故障分析为例对系统做以简要说明。

4 结束语

文章指出了现阶段机车在途中故障诊断处理中存在的问题，通过数据采集和专家系统的弥补了现有设备的缺点，同时也为机务技术人员了解机车运用状况提供了方便、准确的手段。该系统已在多种机车中进行了运用，其性能稳定、可靠，均达到运用要求。

参考文献

[1]黄 ，王立德.在系统可编程逻辑器件在机车故障检测系统中的应用[J].北京交通大学学报自然科学版，2001，25（1）.

[2]马艳英.机车故障检测数据管理系统的设计与实现[J].电子科技大学，2012.

[3]华成英，童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：中国高等教育出版社，2006.

[4]K.Nielsen，Karsten“A review and comparation of pulse width modulation（PWM） methods for analog and digital input switching power amplifiers，”Proc.102nd AES convention，Mar 1997.