許瑩瑩

(華東交通大學(xué)，江西南昌 330013)

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路科技的飛速發(fā)展，電力機(jī)車(chē)的科技含量、復(fù)雜程度也是越來(lái)越高?；诖?，目前常用的電力機(jī)車(chē)故障分析、診斷與檢測(cè)技術(shù)將難以滿足日益復(fù)雜的電力機(jī)車(chē)的檢修需要。因此，如何快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到電力機(jī)車(chē)的故障所在并及時(shí)、安全地加以排除成為廣大鐵路機(jī)車(chē)檢修人員亟待解決的問(wèn)題［1］。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)電力機(jī)車(chē)的故障檢修還停留在現(xiàn)場(chǎng)診斷的模式。即入段(機(jī)務(wù)段)檢修和在線(運(yùn)營(yíng)過(guò)程中)司機(jī)排除故障，前者主要針對(duì)中、小規(guī)模的故障，后者僅僅針對(duì)微小故障，同時(shí)還要依賴司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，而一般的司機(jī)在故障檢修方面的專業(yè)知識(shí)往往比較欠缺。對(duì)于較大的故障，通常是把整車(chē)返廠維修，這要占用很長(zhǎng)的時(shí)間，浪費(fèi)較大的人力、物力和財(cái)力。

此外，如果遇到惡劣的天氣條件，電力機(jī)車(chē)故障檢修人員處在極度惡劣的工作環(huán)境中，再加上受外界自然條件的干擾，就非常有可能會(huì)對(duì)機(jī)車(chē)故障點(diǎn)判斷失誤，這將直接造成嚴(yán)重后果，甚至是重大安全事故。同時(shí)，目前也還沒(méi)有一套切實(shí)可行的電力機(jī)車(chē)故障預(yù)警系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營(yíng)中的機(jī)車(chē)進(jìn)行在線故障預(yù)測(cè)［2］。而本文所研究的電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)鐵路線上運(yùn)營(yíng)中的電力機(jī)車(chē)進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析，并依據(jù)分析結(jié)果及時(shí)對(duì)電力機(jī)車(chē)可能產(chǎn)生的故障點(diǎn)進(jìn)行推測(cè)預(yù)判，這樣做就能夠提前發(fā)現(xiàn)機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中潛藏的故障點(diǎn)，從而對(duì)正在線上運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)及時(shí)發(fā)出報(bào)警并向司機(jī)給出相應(yīng)的故障處理預(yù)案。本文研究一種新型的基于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，采用目前先進(jìn)的基于知識(shí)的機(jī)車(chē)故障診斷推理方法，對(duì)在鐵路線上運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)進(jìn)行遠(yuǎn)程的故障診斷、分析，再利用3G網(wǎng)絡(luò)及時(shí)將故障解決方案?jìng)魉突仉娏C(jī)車(chē)控制主機(jī)并通過(guò)車(chē)載顯示器實(shí)時(shí)顯現(xiàn)給司機(jī)，從而協(xié)助、指導(dǎo)司機(jī)與機(jī)車(chē)檢修人員進(jìn)行故障診斷、定位，最終快速地排除故障。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在業(yè)務(wù)上、功能上、頻寬上能將所有無(wú)線服務(wù)聯(lián)合起來(lái)，并能在任何地方接入互聯(lián)網(wǎng)，具備衛(wèi)星通訊、定位定時(shí)、數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。其最主要的特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)。基于此，如果將3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)突破遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)存在的帶寬等瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電力機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)的傳輸管理與控制，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，再結(jié)合強(qiáng)大的故障診斷專家系統(tǒng)就能實(shí)時(shí)完成遠(yuǎn)程電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行監(jiān)控與故障定位及處理。

目前，我國(guó)的3G網(wǎng)絡(luò)支持三個(gè)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn):CDMA2000(中國(guó)電信)，WCDMA(中國(guó)聯(lián)通)，TD －SCDMA(中國(guó)移動(dòng))［3］。新構(gòu)建的系統(tǒng)采用TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，由電力機(jī)車(chē)上安裝的車(chē)載終端和電力機(jī)車(chē)維修基站兩部分組成，如圖1所示。該系統(tǒng)采用TD－SCDMA作為通信基礎(chǔ)，將電力機(jī)車(chē)與地面維修基站遠(yuǎn)程對(duì)接，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將車(chē)載終端采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面維修基站，其中電力機(jī)車(chē)的故障信息數(shù)據(jù)、狀態(tài)參數(shù)信息數(shù)據(jù)存入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，作為后期故障分析、診斷的參照依據(jù)。同時(shí)，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息則直接顯示在維修基站的監(jiān)視屏上，以便工作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀況。

圖1 電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的組成

2 電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的研究對(duì)象是國(guó)產(chǎn)韶山型電力機(jī)車(chē)(以SS9為例)，電力機(jī)車(chē)作為復(fù)雜的大型機(jī)電產(chǎn)品，要對(duì)它進(jìn)行故障診斷分析所涉及到的領(lǐng)域比較多，主要包括計(jì)算機(jī)模式識(shí)別、系統(tǒng)控制理論、信號(hào)處理等多方面的知識(shí)。該系統(tǒng)主要采用基于知識(shí)推理的故障診斷方法，對(duì)電力機(jī)車(chē)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)、定位。機(jī)車(chē)故障診斷流程如圖2所示［2］。

圖2 電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷流程

由于該系統(tǒng)采用基于3G網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模式，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息可通過(guò)3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到地面維修基站，由工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)控、分析，若發(fā)現(xiàn)異常則及時(shí)反饋給司機(jī)。同時(shí)，傳回到地面維修基站的機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，由電力機(jī)車(chē)專家對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究，建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，作為在線故障診斷處理的參考依據(jù)，并協(xié)助、指導(dǎo)維修基站對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行檢修。

3 電力機(jī)車(chē)車(chē)載終端設(shè)計(jì)

目前，電力機(jī)車(chē)多采用先進(jìn)的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)TCN，該網(wǎng)絡(luò)是在列車(chē)分布式控制系統(tǒng)之上發(fā)展起來(lái)的列車(chē)控制、診斷信息數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)［4］，它又細(xì)分為:列車(chē)級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)WTB(絞線式列車(chē)總線)和車(chē)輛通信網(wǎng)絡(luò)MVB(多功能列車(chē)總線)［5］。在該系統(tǒng)中，要完成電力機(jī)車(chē)控制主機(jī)(車(chē)載機(jī)車(chē)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng))與3G網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊就必須打通二者之間的通訊網(wǎng)關(guān)，這是所設(shè)計(jì)的車(chē)載終端的重要功能之一。此外，車(chē)載終端作為鏈接電力機(jī)車(chē)控制主機(jī)和3G網(wǎng)絡(luò)的中間環(huán)節(jié)，它還要具備以下功能:實(shí)時(shí)接收地面維修基站發(fā)來(lái)的指令，并依據(jù)指令采集電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息、GPS信息，并把這些信息通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸?shù)降孛婢S修基站。

車(chē)載終端主要由四個(gè)基本模塊組成:3G通訊模塊、3G-MVB網(wǎng)卡及處理器模塊、GPS模塊和電力機(jī)車(chē)控制主機(jī)，如圖3所示。其中，3G-MVB網(wǎng)卡及處理器模塊作為系統(tǒng)主要的中央處理器單元完成各種機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)的通訊、處理等功能，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到其它模塊。車(chē)載終端安裝在電力機(jī)車(chē)上，它受地面維修基站控制，能夠接收維修基站發(fā)來(lái)的指令，依據(jù)指令采集電力機(jī)車(chē)的各種參數(shù)信息數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面維修基站。

3G通訊模塊是系統(tǒng)中的重要組成部分，該模塊與3G－MVB網(wǎng)卡及處理器模塊通過(guò)串口進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)通訊，它的主要功能包括:(1)接收地面維修基站發(fā)來(lái)的指令，并依據(jù)指令采集、發(fā)送相應(yīng)的機(jī)車(chē)信息數(shù)據(jù);(2)根據(jù)維修基站發(fā)來(lái)的指令，與電力機(jī)車(chē)控制主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖3 車(chē)載終端結(jié)構(gòu)

4 維修基站控制軟件設(shè)計(jì)

維修基站的控制軟件設(shè)計(jì)是決定整個(gè)系統(tǒng)成敗與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。車(chē)載設(shè)備的初始化、運(yùn)作、停止，電力機(jī)車(chē)各種數(shù)據(jù)的采集、傳輸、接收、存儲(chǔ)、顯示都是由系統(tǒng)控制軟件來(lái)控制實(shí)現(xiàn)的。其功能主要包括以下幾個(gè)方面:(1)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈接通道，完成PC機(jī)與車(chē)載終端3G通訊模塊的數(shù)據(jù)交換;(2)數(shù)據(jù)接收，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收傳送來(lái)的各種相關(guān)的機(jī)車(chē)數(shù)據(jù);(3)數(shù)據(jù)顯示，將電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示在維修基站的監(jiān)視屏上，可在線監(jiān)控遠(yuǎn)程電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài);(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將機(jī)車(chē)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，為故障分析、預(yù)測(cè)和診斷提供參考依據(jù)。

本系統(tǒng)采用Delphi2010對(duì)軟件部分進(jìn)行程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收、存儲(chǔ)、分析及顯示等功能。同時(shí)采用“SQL Server 2008+Visual Studio 2010”的組合方式作為故障診斷專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，完成知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建以及推理機(jī)的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

基于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電力機(jī)車(chē)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)將電力機(jī)車(chē)控制主機(jī)與地面維修基站及機(jī)車(chē)廠售后服務(wù)遠(yuǎn)程對(duì)接，這樣維修基站及機(jī)車(chē)廠售后服務(wù)人員可聯(lián)合監(jiān)控機(jī)車(chē)的運(yùn)行，將微小的故障消除在萌芽狀態(tài)，而較大的故障也可利用強(qiáng)大的故障診斷專家系統(tǒng)聯(lián)合會(huì)診，最后將解決方案通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)反饋給司機(jī)，遠(yuǎn)程指導(dǎo)司機(jī)排除故障。這樣做大大削減了機(jī)車(chē)入段、入廠維修的時(shí)間，提高了運(yùn)行效率，并實(shí)時(shí)保證了電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全。

［1］丁福焰，杜永平.機(jī)車(chē)車(chē)輛故障診斷技術(shù)的發(fā)展［J］.鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2004(4):24 －29.

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