铁路机车远程监测与故障诊断系统设计

铁路机车远程监测与故障诊断系统设计

王振

呼和浩特市机械工程职业技术学校 内蒙古呼和浩特市 010050

近年来，我国列车不断向高速、重栽方向的发展，对机车的安全性能要求也越来越高，传统的机车车载故障诊断装置只能进行单机集中式在线监测与车载诊断，如何适应铁路发展的要求，全面、及时、准确地掌握机车的运行与质量状态，协助乘务人员、维护人员和管理人员在线处理运行机车的故障和意外情况，提高机车与铁路线路的利用率，提升机车的质量检修水平，是摆在铁路科研人员和机务运用人员面前一道急需解决的课题。

关键词：铁路;机车;远程监测;故障诊断;系统设计

一、总体概述
  近年来，我国列车不断向高速、重栽方向的发展，对机车的安全性能要求也越来越高，传统的机车车载故障诊断装置只能进行单机集中式在线监测与车载诊断，即使通过USB接口将数据转储到地面分析系统，也还存在以下不足：(1)监控与诊断的方式受到技术条件的限制，不能及时将故障信息传送至地面，而要等到机车回库后方能获得故障信息进行分析，无法满足实时性要求。(2)系统的开放性不足，故障信息、诊断知识难以共享，制约了管理部门、维修部门、司乘人员、诊断专家之间的相互交流与相互提高。(3)尽管有车载故障诊断系统的技术支持，但司乘人员只能解决一些简单的故障诊断问题，一旦设备出现新的或者较严重的故障时，无法快速有效地利用地面远程支持加以解决。目前国外的先进机车大多配备了车载信息化系统，这些信息化系统都具备机车运行数据记录和下载转储功能、对机车故障及时间记录的分析和专家诊断功能、机车GPS定位功能等。但这些信息系统均面向特定的车型，系统接口不统一，不具备通用性，很难实现信息共享；另外，基于数据安全性的考虑，不能采用外方的传输系统。因此，研究和设计一整套基于计算机技术、网络技术、无线通信技术和专家系统技术的机车远程监测与故障诊断系统，以提高网络环境下故障诊断的可靠性和效率极具现实意义。

二、CMD系统技术可行性
  2.1车载系统发展
  全路机车已全面普及专用LKJ监控装置，近1万台和谐型机车已全面采用网络化TCMS系统，部分交一直机车也已采用微机控制系统，数字化程度较高；机车车载安全防护系统（6A系统）是用于机车运用安全防护的一个系统平台，集成了6个与安全相关的子系统，已全面应用于和谐型机车。车载设备的微机化、网络化程度不断提高，实时采集机车状态信息、机车安全信息和机车监测信息，为机车运用、检修和维护提供数据支持。
  2.2信息传输技术发展
  移动通信技术不断发展，经过GSM，3G发展到第四代（4G）的长期演进技术（LongTermEvolution，LTE），其在铁路沿线的高覆盖率，保证车载大量数据的实时传输，从而实现地面综合应用系统实时展示车载数据及视频。北斗系统具有极强的抗同频、宽频、多径干扰能力，抗衰落能力强，具备各种气象条件、地质条件下的全天候高性能；卫星通信具有广域覆盖、远距离传输的特点，对于无法获得互联网接人的地区，具有不可替代的作用。通过北斗系统、卫星通信技术，可以实现机车远程定位，动态跟踪“人车图”。
  2.3地面综合大数据技术发展
  大数据的快速发展，已成为一大新兴产业，其中大数据分析、云数据库等技术日趋完善。基于长期积累的大量机车故障报警数据及机车运行状态数据，通过如状态预测/外推、基于统计回归、基于相似性等的研究方式、方法，建立相关分析模型，分析车载设备（部件）失效阀值，以预测设备（部件）质量状态。现在各种技术条件已经成熟，研制实现机车动静态信息采集、传输、地面诊断分析的车一地一体化平台系统已经水到渠成。

三、机车远程监测与故障诊断系统结构
  机车远程监测与故障诊断系统CMD是基于公共移动无线通信网(GSM/GPRS)、无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)和铁路广域网构建的，软件系统架构采用浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)模式，系统主要由车载子系统、数据传输子系统、地面综合应用子系统构成。车载子系统主要负责机车状态参数、机车安全信息及综合监测信息的采集、处理、记录、传输与转储，将信息打包发送至机车无线传输装置，通过后者传输到铁路内网为地面综合应用子系统服务。数据传输子系统主要负责将车载信息通过GPRS公网、WLAN局域网和铁路统一MQ(MessageQueue)传输平台传输到地面，为地面综合应用子系统服务。地面综合应用子系统主要实现电子地图动态展示全路机车分布、设备运行状态、实时故障报警、故障专家诊断、远程维护支持以及故障统计分析等功能。CMD系统的核心思想就是通过车载设备采集机车运行的状态和故障信息，通过无线网络，实时将信息发到铁路内网，并向地面检修管理信息系统提供数据支持和应用功能。

四、

CMD系统主要目标及需求分析
  CMD系统需整合构建面向机务信息化、智能化发展的大数据应用核心平台，具有先进传感及微机网络技术的交流传动机车，整合最新卫星定位和无线通信网络技术的车载数据集成传输装置，综合“人车图”信息满足运用、整备、检修需求的大数据应用平台，构成代表世界最前沿的工业互联网技术实例，即“智能装备+互联网络+大数据应用”，也可以说是“互联网+机车装备及运用维修”。具有建立在TCMS，6A，LKJ等系统几百个实时检测数据项的感知能力；具有建立在3G/4G，GPS、北斗、WLAN等多种技术应用和铁路车号自动识别系统（ATIS）、LKJ等多源数据集成商的车地传输和时空定位能力；具有全面提升信息流通、辅助决策和流程综合优化的大数据应用能力。以CMB系统为核心，全方面打造车的、动静、造修全面数据共享互动的机务大数据应用体系。
  4.1车载数据集成需求
  4.1.1数据采集
  车载设备实现对机车状态、故障信息及安全信息的采集、处理、记录，包括扩展系统的统一授时、文件统一自动下载、机车履历电子化，具备机车状态的感知能力。具备对地面综合应用子系统点播请求的响应功能，包括发送频率、发送信息类型、履历信息更新等合法命令响应。具备配置文件的更新及管理功能，禁止非法配置文件的导入。具备对地面系统的远程访问进行控制及认证功能，禁止非法登录。根据通信协议，向地面综合应用子系统定时传输重要的机车状态信息、机车安全信息、机车监测信息，包含机车基本运行信息、司机操作命令信息等。
  4.1.2数据处理
  具备从获取的数据中识别事件的功能，在事件发生时能提取和记录相应的环境数据；具备从获取的数据中识别机车故障的功能，在故障发生时，应能提取和记录相应的环境数据，并通过数据传输子系统实时向地面综合应用子系统报警及传送相应数据，应具备一定的自检功能。自检信息可发送给6A系统音视频显示终端或其他车载显示器。能根据应用需求对数据进行加工，并分发给相关车载系统，如显示器、TCMS，6A等。具备对包括来自其他系统的文件数据的处理能力，包括文件数据的缓存、文件数据的压缩等。
  4.1.3数据传输与转储
  数据传输与转储分实时信息的传输、视频信息的传输、北斗短报文信息的传输与记录文件的转储，能根据不同需求采取不同策略，将数据传输至数据传输子系统。数据传输采用的移动通信制式支持CDMA2000、WCDMA、GPRS、4G等。

结束语
  根据上文的分析与研究可知，我国铁路经过不断的改革与不断的深化，目前机务信息化已经能够适应在各个领域。CMD作为我国信息化建设的基础，只有不断的加强CMD系统的建设与应用才能够将机务信息化突破。
  参考文献：
  [1]龚利.铁路机车远程监测与故障诊断系统设计[J].计算机工程，2012（04）
  [2]申瑞源，龚利.中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）总体方案研究[J].中国铁路，2017（03）

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