基于MVB總線的機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯橋

摘 要：本文介紹了基于MVB網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的以及總體構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)車總線數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：MVB；內(nèi)燃機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

隨著我國(guó)鐵路現(xiàn)代化管理、鐵路大提速以及鐵路事業(yè)不斷發(fā)展的需要，鐵路部門對(duì)列車運(yùn)行安全、正點(diǎn)、快捷、舒適、方便的要求越來(lái)越高。使得機(jī)車運(yùn)行速度不斷提高、運(yùn)輸密度不斷增加。機(jī)車的絕大部分時(shí)間都處在運(yùn)行途中，通過(guò)配置機(jī)車故障診斷專家系統(tǒng)，在線實(shí)時(shí)地向乘務(wù)人員提供機(jī)車的狀態(tài)信息和故障處理信息，是防止機(jī)車故障、保障運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率的一個(gè)重要技術(shù)手段。同時(shí)機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷將無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將生產(chǎn)廠商、用戶和機(jī)車設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)對(duì)機(jī)車數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸分析，使生產(chǎn)廠商能夠隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)車及其重要零部件的運(yùn)行狀況，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并給與用戶及時(shí)有效的指導(dǎo)，大大提高機(jī)車故障診斷效率以及預(yù)判能力。基于此目的南車戚墅堰機(jī)車有限公司與西南交通大學(xué)常州軌道交通研究院合作研發(fā)了這款基于MVB總線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 總體架構(gòu)

遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)硬件部分由以下幾個(gè)子系統(tǒng)組成：遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)、遠(yuǎn)程信息通信系統(tǒng)和列車級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。圖1.1為系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)。

遠(yuǎn)程信息通信系統(tǒng)由3G通訊模塊、3G天線等組成。

內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等組成。此中心可設(shè)立在鐵路局、機(jī)務(wù)段或廠家，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)車總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析并壓縮后，經(jīng)由3G通訊模塊采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)回內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心。

由框架圖我們可以看到，該系統(tǒng)通過(guò)車載設(shè)備通過(guò)對(duì)機(jī)車的柴油機(jī)設(shè)備，牽引裝置等子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后經(jīng)由車載設(shè)備進(jìn)行處理后，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸回內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心。遠(yuǎn)程診斷中心的工程人員就可以借助診斷中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器。計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密并分析，從而達(dá)到隨時(shí)監(jiān)控機(jī)車的目的。

2 系統(tǒng)功能

2.1內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1.1車載工控機(jī)

車載單元是整個(gè)機(jī)車遠(yuǎn)程信息傳輸與分析系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源，該單元是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)。車載單元就像是人的感覺(jué)器官，它從機(jī)車總線上獲得分析所需的各種原始數(shù)據(jù)信息，然后車載單元按照一定格式壓縮存貯這些數(shù)據(jù)信息同時(shí)把這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送到無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)上。

車載工控機(jī)專為車載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，帶有WIFI、GPS、3G等多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控需要的數(shù)據(jù)采集及無(wú)線傳輸功能。車載工控機(jī)將獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)壓縮處理后，經(jīng)由3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心。同時(shí)，借助車載工控機(jī)上攜帶的WIFI無(wú)線端口，我們開通了WIFI點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模式，方便筆記本電腦或者帶有WIFI 功能的手持終端設(shè)備接收機(jī)車數(shù)據(jù)。

2.1.2內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心

內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程診斷中心相當(dāng)于人的大腦，負(fù)責(zé)完成車載工控機(jī)發(fā)送的機(jī)車信息的接收、分析統(tǒng)計(jì)和發(fā)布的功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)車數(shù)據(jù)分人、分時(shí)、分車、分區(qū)段的統(tǒng)計(jì)與結(jié)算，使工程人員可以通過(guò)共享數(shù)據(jù)庫(kù)中與各自有關(guān)的信息。并針對(duì)返回的采集數(shù)據(jù)以及設(shè)備故障信息，工程人員通過(guò)分析后可以得出相關(guān)的結(jié)論。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解析，可以很直觀的顯示出機(jī)車目前的運(yùn)行狀態(tài)以及潛在的機(jī)車故障。從而能讓工程人員掌握機(jī)車的第一手資料，方便工程人員對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的分析和潛在機(jī)車故障的預(yù)判。

3 軟件系統(tǒng)功能

內(nèi)燃機(jī)車遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)總體架構(gòu)主要由內(nèi)燃機(jī)車車載診斷軟件系統(tǒng)與遠(yuǎn)程故障診斷中心軟件系統(tǒng)兩部分組成。主要負(fù)責(zé)機(jī)車數(shù)據(jù)的采集與分析工作。車載診斷軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)機(jī)車數(shù)據(jù)的獲取以及機(jī)車數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換并發(fā)送。遠(yuǎn)程故障診斷中心軟件主要負(fù)責(zé)對(duì)發(fā)送回來(lái)的機(jī)車數(shù)據(jù)的解析、統(tǒng)計(jì)以及發(fā)布的功能。工程人員主要面對(duì)的是遠(yuǎn)程故障診斷中心軟件，通過(guò)軟件的配置可以獲取你想得到的機(jī)車總線上的任何數(shù)據(jù)。

3.1內(nèi)燃機(jī)車車載診斷軟件系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)車車載診斷軟件系統(tǒng)是運(yùn)行于內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件，主要涉及以下幾個(gè)方面：

3.1.1數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊負(fù)責(zé)從機(jī)車總線上獲取LCS發(fā)送的監(jiān)控信號(hào)和故障信號(hào)以及6A系統(tǒng)中軸溫、振動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向架等信息。

3.1.2數(shù)據(jù)處理模塊

將從機(jī)車總線上獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮等前期數(shù)據(jù)處理功能。由于本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊功能基于3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，因此如何盡可能的壓縮數(shù)據(jù)，以節(jié)省流量是非常有意義的。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是壓縮實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，要求壓縮過(guò)程的時(shí)間性能較高，且壓縮過(guò)程不可以將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行有損壓縮，故采用算術(shù)編碼（ARC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 遠(yuǎn)程通訊模塊

車載工控機(jī)能夠使用聯(lián)網(wǎng)功能是因?yàn)楣た貦C(jī)底層實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議，可以使3G.終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立TCP連接。連接采取上電自動(dòng)連接的方式啟動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)車運(yùn)行途中會(huì)經(jīng)過(guò)隧道或者信號(hào)比較薄弱的地區(qū)，所以遠(yuǎn)程通訊模塊設(shè)計(jì)了斷點(diǎn)續(xù)傳的功能，一旦機(jī)車3G網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)通訊，即將機(jī)車數(shù)據(jù)發(fā)送回遠(yuǎn)程診斷中心。

5 遠(yuǎn)程故障診斷中心軟件系統(tǒng)

5.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)

當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心接收端接收到傳回的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)解壓縮，存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，由于數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)庫(kù)將通過(guò)一定方式建立索引，方便工作人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)的讀取以及在線監(jiān)測(cè)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)的分析。

6 結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成方便了機(jī)車制造商以及機(jī)車運(yùn)用方對(duì)于機(jī)車的運(yùn)行監(jiān)控、故障分析。目前監(jiān)控系統(tǒng)已在HXN5B機(jī)車上裝車運(yùn)行半年時(shí)間，工作情況穩(wěn)定，基本達(dá)到了當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求，后續(xù)改進(jìn)正在穩(wěn)步進(jìn)行當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

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[2] TB交流傳動(dòng)機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)