基于B/S結(jié)構(gòu)的機車走行部故障診斷系統(tǒng)的設計

鐘小鳳，孫朗基

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學院機械與汽車技術(shù)系，廣西 南寧530004；2.廣西建機有限公司，廣西 南寧 530004）

機車走行部的遠程在線監(jiān)測與故障診斷是保障機車安全運行的重要手段之一。近年來，隨著科技的進步，機車不斷向著高速化、重載化、智能化、復雜化的方向發(fā)展，其運能運力空前提高，與此同時機車維護的重要性越發(fā)凸顯。機車走行部是保證列車安全運行的關(guān)鍵部件之一，用來傳遞各種載荷，并利用輪軌間的粘著保證牽引力的產(chǎn)生，使機車車輛以最小的阻力在軌道上運行，并且順利地通過曲線?，F(xiàn)代機車的走行部一般多采用轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式，其由以下主要部分組成：架構(gòu)、彈簧裝置、車架與轉(zhuǎn)向架的連接裝置、輪對、軸箱、驅(qū)動機構(gòu)、齒輪傳動裝置、基礎制動裝置等。其關(guān)鍵部件主要包括驅(qū)動電機軸承、電機抱軸軸承、輪對軸箱軸承和傳動齒輪等。由于長期工作在惡劣環(huán)境下，極易產(chǎn)生如軸承和齒輪的滾動（或嚙合）工作面上存在的麻點、碾皮、擦傷、燒附、腐蝕、凹痕、裂損、碰傷等故障，而故障程度往往達到或超過鐵道部頒發(fā)的C類標準以上，是鐵路行車安全的潛在威脅[1]。因此，對機車走行部進行實時監(jiān)測和故障診斷是非常必要的。

目前國內(nèi) SS3、SS7、SS7C、SS4G、HXD1、DF4D 與DF8B等型號的機車均安裝了GZ-1或JK00430型機車走行部故障診斷系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)在一定程度上為機車行車安全提供了保障，但這些系統(tǒng)也存在一定的自身缺陷，如：無法實時傳輸數(shù)據(jù)進行在線分析，只能做事后分析，分析不準確，誤報警等。本文在GZ-1和JK00430系統(tǒng)的基礎上，研究了基于B/S的機車走行部遠程故障診斷系統(tǒng)的基本架構(gòu)和主要功能實現(xiàn)方法。就目前國內(nèi)機車走行部遠程監(jiān)測與分析系統(tǒng)而言，地面分析軟件總體結(jié)構(gòu)上大多采用C/S（客戶機/服務器）的模式，要詳細分析數(shù)據(jù)，必須等停車后用從車載設備上拷貝數(shù)據(jù)的方式或IC記錄卡轉(zhuǎn)存的方式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到地面裝有分析軟件的計算機上，這種實現(xiàn)方式存在以下問題：需要人力周轉(zhuǎn)；數(shù)據(jù)分析不能與機車運行同步進行，大大影響了故障診斷的效率，不利于保障列車的行車安全。C/S模式通常將應用一分為二：服務器負責數(shù)據(jù)管理，客戶機完成與用戶的交互任務；在使用的過程中逐漸暴露出客戶端臃腫、移植困難、可維護性較差等不足。B/S模式是“瘦”客戶端模式，在遠程診斷中可通過瀏覽器上網(wǎng)訪問應用平臺，形成一點對多點的結(jié)構(gòu)模式[2]。因此，開發(fā)基于B/S的三層架構(gòu)機車走行部故障診斷系統(tǒng)對機車遠程實時監(jiān)測維護和信息共享有重要的意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設計思路

機車走行部故障診斷系統(tǒng)以機車走行部為監(jiān)測對象，主要由車載子系統(tǒng)、3G無線通信子系統(tǒng)、地面分析系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)分別用于實現(xiàn)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和遠程故障診斷的功能，該系統(tǒng)體系總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機車走行部故障診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 各子系統(tǒng)的設計

2.1 車載子系統(tǒng)

車載子系統(tǒng)由車上和車下兩個部分構(gòu)成，車上部分包括：車載主機、TAX2裝置、數(shù)據(jù)存儲裝置、無線數(shù)據(jù)傳輸裝置及相關(guān)的連接線等；車下部分包括：光電速度傳感器、復合傳感器、溫度傳感器、接線盒及相關(guān)的連接線。其中，復合傳感器可用于溫度、振動、故障沖擊3個物理量的測量采集，溫度傳感器用于實現(xiàn)環(huán)境和僅需要測溫測點溫度的采集，接線盒用于實現(xiàn)信息預處理和傳感器數(shù)量的擴展。數(shù)據(jù)采集單元通過RS-485總線與TAX2裝置進行數(shù)據(jù)通信。車載系統(tǒng)硬件連接原理如圖2所示。

圖2 車載系統(tǒng)硬件連接示意圖

2.2 3G無線通信子系統(tǒng)

3G無線通信子系統(tǒng)是機車與地面分析系統(tǒng)連接的關(guān)鍵，主要由車載無線通信模塊、3G專用天線和地面處理子系統(tǒng)三部組成；車地之間的數(shù)據(jù)傳輸主要通過車載無線通信模塊和3G專用天線來實現(xiàn)[3]。車載主機的數(shù)據(jù)采集單元與TAX2裝置通訊記錄單元通過RS485總線傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收模塊以設定好的頻率讀取串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，通過車載軟件對數(shù)據(jù)進行解析和評判，一方面存放在緩沖區(qū)，等待3G無線通信子系統(tǒng)處理，另一方面將數(shù)據(jù)存儲到車載數(shù)據(jù)庫中；車載數(shù)據(jù)由3G無線通信插件傳至地面服務器，地面接收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行相應處理，同時可選擇關(guān)鍵信息存入數(shù)據(jù)庫，為地面分析系統(tǒng)提供實時可靠的信息[4]。服務器端遠程數(shù)據(jù)接收如圖3所示。

圖3 服務器端遠程數(shù)據(jù)接收流程圖

2.3 地面分析軟件系統(tǒng)

地面分析系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2005作為開發(fā)平臺，用C#、ASP.NET和JavaScript作為主要開發(fā)語言，用SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件。采用B/S模式開發(fā)Web應用程序，地面監(jiān)測服務器具有Web Service功能，應用軟件對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分析、處理，最后將結(jié)果顯示在人機界面上，由IIS對外發(fā)布。遠程用戶無需安裝客戶端軟件，只需在局域網(wǎng)的計算機或者連接外網(wǎng)的計算機瀏覽器中輸入相應的URL（網(wǎng)頁地址），即可訪問地面監(jiān)測服務器上的Web應用程序并進行相關(guān)操作。其主要功能模塊有實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、故障診斷、故障報警、故障管理和系統(tǒng)管理維護等五個模塊，如圖4所示。

圖4 機車走行部故障診斷系統(tǒng)地面分析軟件功能模塊

3 結(jié)束語

基于B/S的機車走行部故障診斷系統(tǒng)融合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)和故障診斷技術(shù)，充分發(fā)揮了Internet搜集、共享知識和數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，旨在實時有效地獲取機車走行部的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過相應的軸溫分析和振動分析，確定機車走行部主要部件進行相應的故障預測，實時關(guān)注機車運行動態(tài)，并對異常數(shù)據(jù)進行分析、診斷、管理，為進一步研究機車走行部故障診斷系統(tǒng)提供了一定的理論依據(jù)和方法借鑒。

[1]陳特放，黃采倫，樊曉平.基于小波分析的機車走行部故障診斷方法[J].中國鐵道科學，2005，（4）:89-91.

[2]李 紅，何 青，陳月升.Java技術(shù)在機組振動遠程監(jiān)測診斷系統(tǒng)中的應用[J].動力工程，2005，（25）:284-287.

[3]單 晟，賀德強，劉黎明.基于3G的機車運用安全視頻監(jiān)視系統(tǒng)[J].機車電傳動，2011，（3）:71-73，84.

[4]劉德昌，賀德強，苗 劍.基于3G的機車實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計[J].廣西大學學報，2012，（2）:291-296.