機車運行信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

殷大勇

摘 要：隨著我國新時代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)設(shè)計也得到了新的發(fā)展，但是在現(xiàn)階段我國機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計依然存在諸多不足之處，值得引起相關(guān)研究人員的高度重視，我國新時代科學(xué)技術(shù)的飛速提高為我們帶來了諸多便利，但也逐漸使新時代科學(xué)研究面臨了極大的挑戰(zhàn)與發(fā)展要求。本文重點針對機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行探討和分析以供廣大機車實際運行信息檢測系統(tǒng)設(shè)計者的參考，以期為我國新時代機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的發(fā)展提供有效助力。

關(guān)鍵詞：機車;實際運行;信息檢測系統(tǒng);設(shè)計

對內(nèi)燃機車實際運行狀態(tài)進行檢測與分析的基礎(chǔ)在于機車的各個部件的實際運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，特別是在實際的機車實際運行中檢測到的一系列動態(tài)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段我國新生產(chǎn)的一些機車都已經(jīng)配備了具有一些特殊功能的設(shè)備系統(tǒng)，其中就包括機車信息的監(jiān)測系統(tǒng)，但在此之前進行生產(chǎn)的各種類型的機車并沒有安裝這個設(shè)備系統(tǒng)，除此之外，不一樣的管理與實際運行模式對于機車信息監(jiān)測系統(tǒng)的實際運行要求也并不是完全相同的。DF4B/4C機車本來是經(jīng)過機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置（或簡稱為TAX控制裝置）對一些機車的實際運行數(shù)據(jù)進行記錄，但是記錄機車維護數(shù)據(jù)所得出的相關(guān)數(shù)據(jù)資料卻很少，也就是說，機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數(shù)據(jù)的動態(tài)記錄，各個項監(jiān)控數(shù)據(jù)的綜合利用有利于機車在運用過程中所體現(xiàn)出的各種狀況進行更為深入、科學(xué)的綜合分析。所以相關(guān)機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)研究設(shè)計者開發(fā)了DF4B/4C機車實際運行信息及時的監(jiān)測系統(tǒng)，和原有的機車上的TAX記錄器相互配合，對機車牽引運用時的電、油、水等系統(tǒng)的實際運行情況數(shù)據(jù)進行及時的記錄。經(jīng)過各類數(shù)據(jù)分析軟件對于機車實際運行數(shù)據(jù)所進行的一系列分析判斷，為掌握設(shè)備與部件的實際應(yīng)用中的技術(shù)狀態(tài)，為機車在使用過程中的預(yù)防性維修、檢修提供真實可靠、有效的依據(jù)。安全一直是鐵路運輸事業(yè)的第一要點，在整個鐵路基本的安全管理體系之中，鐵路實際運行當(dāng)中的安全又一直處于最為關(guān)鍵的地位，監(jiān)測機車上的設(shè)備與系統(tǒng)這一重要措施對安全具有重要又要聯(lián)系。

一般情況下也稱機車信息監(jiān)測系統(tǒng)為機車的“黑匣子”。一般認為在國外是對機車“黑匣子” 開始進行研究是從七十年代起，并不斷開發(fā)出很多非常實用的新式產(chǎn)品，而在我國國內(nèi)生產(chǎn)的第一代火車上的機車“黑匣子”始于七十年代末，主要是在仿制對國外產(chǎn)品進行研究。隨著鐵路各種行車設(shè)備的不斷改善和不斷更新，相關(guān)的鐵路部門經(jīng)過不懈的努力先后開發(fā)了很多種機車“黑匣子”，這些“黑匣子”在確保機車安全實際運行的監(jiān)管之中具有非常重要的作用。比如說株州的電力研究所研究開發(fā)的JK2ooo型機車通行監(jiān)控記錄裝置等等，對機車地面實際運行狀態(tài)進行及時的監(jiān)測 ，對機車在實際運行時的速度、距高、前方可以進行充分的了解，使機車的實際通行安全系數(shù)得到了進一步的提升。

現(xiàn)階段我國新生產(chǎn)的機車基本上都已經(jīng)配置了一些具體功能的機車信息監(jiān)測系統(tǒng)。但在我國早期的機車生產(chǎn)中，機車并沒有安裝這個設(shè)備。除此以外，因為不同的管理模式對于機車信息監(jiān)測系統(tǒng)的實際需要也并不是相同的，DF4B/4C機車原本應(yīng)有的機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置就細致的記錄了部分機車在實際運行中的數(shù)據(jù)，但是對于機車相關(guān)的維護數(shù)據(jù)記錄并不是很多，也就是說機車在牽引實際運行的實際狀態(tài)之下，缺少機車各個實際運行情況數(shù)據(jù)的動態(tài)記錄，對各種監(jiān)控數(shù)據(jù)綜合利用對機車在適時過程中體現(xiàn)出的各種狀況進行綜合分析是身份不利的。所以相關(guān)研究設(shè)計者開發(fā)了DF4B/4C機車的實際運行信息檢測系統(tǒng)，和機車上原本安裝的的TAX記錄器一起相互配合，記錄機車在進行牽引實際運行時所需要注意的油、電、水等系統(tǒng)的具體實際運行情況數(shù)據(jù)，為機車的預(yù)防性檢修提供真實的參照依據(jù)。

一、機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計思想

現(xiàn)階段已經(jīng)進行裝車了的某些機車實際運行信息檢測裝置一般采用的是單片機型設(shè)計，功能和性能都較為簡單和固定，缺少一定的靈活性和擴展性，在進行機車實際運行時難以對現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)進行足夠的分析。經(jīng)過多個單片機進行組合的模塊化系統(tǒng)并沒有得到充分的形成，使裝置本身的一系列故障的維修產(chǎn)生很大的困難。

隨著我國現(xiàn)階段嵌入式的系統(tǒng)性價比以應(yīng)用為中心的發(fā)展趨勢不斷的提高，機車應(yīng)用使用現(xiàn)階段通用嵌入式的工業(yè)級控制裝置，可在很大程度上提高應(yīng)用系統(tǒng)的實際開發(fā)周期，有效提高機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的實際可靠性和綜合工作效率。

新型機車中實際運行的及時信息檢測系統(tǒng)和裝置的主要應(yīng)用在于機車車頭部分，這種系統(tǒng)裝置的主要設(shè)計思想就是使用工業(yè)級的標準嵌入式控制裝置硬件作為基礎(chǔ)，主要使用標準的嵌入式的實用性操作系統(tǒng)，而外部設(shè)備在實際設(shè)計中則主要使用較為常規(guī)的設(shè)備。主要對通用可視化的開發(fā)工具進行使用。模塊化系統(tǒng)設(shè)計靈活，快速，功能強大且可擴展。該軟件可根據(jù)需要進行機載擴展調(diào)試，可在機車實際運行現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)分析，模塊化結(jié)構(gòu)使設(shè)備本身的維護非常方便。

現(xiàn)階段我國新生產(chǎn)的機車基本上都已經(jīng)配置了一些具體功能的機車信息監(jiān)測系統(tǒng)。但在我國早期的機車生產(chǎn)中，機車并沒有廣泛安裝這個設(shè)備，經(jīng)過多個單片機進行組合的模塊化系統(tǒng)并沒有得到充分的形成，使裝置本身的一系列故障的維修產(chǎn)生很大的困難。在現(xiàn)階段設(shè)計之中要對機車信息監(jiān)測系統(tǒng)進行廣泛普及，在設(shè)計時各類數(shù)據(jù)分析軟件對于機車實際運行數(shù)據(jù)所進行的一系列分析判斷，使用標準的嵌入式的實用性操作系統(tǒng)和較為常規(guī)和保險的設(shè)備進行設(shè)計。DF4B/4C機車原本應(yīng)有的機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置就細致的記錄了部分機車在實際運行中的數(shù)據(jù)，同時也用新時代機車信息監(jiān)測系統(tǒng)對其中存在的一些問題進行了彌補，機車信息監(jiān)測系統(tǒng)和機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置相互配合，具有重要意義。過去的機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數(shù)據(jù)的動態(tài)記錄，各個項監(jiān)控數(shù)據(jù)的綜合利用對于機車在運用過程中所體現(xiàn)出的各種狀況進行更為深入、科學(xué)的綜合分析，而新的機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)對此有了巨大的改進，對我國綜合鐵路運輸實力的發(fā)展提供了有效助力。

二、機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

（一）系統(tǒng)功能要求

原DF4 B機車上的TAX監(jiān)控裝置記錄了一些機車實際運行數(shù)據(jù)，如時標，車速，信號，公共小時標記，總量，標距，數(shù)量，本地機器，貨運公交車，機車編號，部門編號，車站編號，駕駛員編號，乘客編號，機車編號和型號等信息。該項目在DF4B機車控制臺上安裝了機車實際運行信息的及時的監(jiān)控裝置，記錄機車的各種及時的實際運行情況。除了保留TAX監(jiān)控裝置在原車上提供的各種機車實際運行數(shù)據(jù)外，還根據(jù)維護需要增加差壓。怠速，接地，總過流，故障勵磁，固定發(fā)電，機車卸載，水溫，油溫，燃油壓力，滑動壓力，輔助電壓，充放電電流，6電機分流，主電壓，主電流等采集數(shù)據(jù)。在機車實際運行期間及時的檢測并記錄機車的動態(tài)實際運行數(shù)據(jù)。

（二）系統(tǒng)硬件設(shè)備設(shè)計

1、嵌入式核心控制裝置

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思路，核心控制裝置必須能夠取代傳統(tǒng)的PC和PLC，支持標準顯示，并提供完整的高級語言開發(fā)環(huán)境和工具。它具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和速度，并具有網(wǎng)絡(luò)接口和USB接口，允許連接到CF卡等存儲設(shè)備。在比較了幾個嵌入式控制裝置之后，我們選擇了ICP DAS的WinCon-8000嵌入式工業(yè)控制裝置系統(tǒng)。該控制裝置主機使用 W-8331模塊，內(nèi)置 IntelStrongARM32位 CPU，時鐘2。06 MHz，內(nèi)存64 MBSDRAM，32 MBFLASHMemory，采用 CF卡做電子盤，選用3擴展槽底板。

WinCon-8000是一個嵌入式控制裝置，具有實際運行Windows CE。NET操作系統(tǒng)的常規(guī)PC和PLC功能。Windows CE。NET是一種廣泛用于智能設(shè)備的及時的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)。它可以根據(jù)特定應(yīng)用程序為輕量級應(yīng)用程序進行定制，并支持多CPU架構(gòu)。支持VisualBasic。NET，VisualC#，EmbeddedVisualC++等開發(fā)工具。Windows CE繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，Windows平臺上的應(yīng)用軟件可以經(jīng)過簡單的修改和移植在Windows CE平臺上連續(xù)使用。經(jīng)過 WinCon-8000提供的 WinConSDK，在普通微機上利用微軟的 VisualStudio. NET和 EmbeddedVisualC++開發(fā)環(huán)境直接開發(fā)應(yīng)用程序，然后將其下載到 WinCon-8000中去執(zhí)行。開發(fā)環(huán)境隨時可用，為開發(fā)功能強大的圖形應(yīng)用程序奠定了基礎(chǔ)。

WinCon-8000具有VGA接口，允許用戶使用支持以太網(wǎng)，USB，鍵盤，鼠標和CF卡的LCD顯示器替換HMI顯示器。設(shè)有 RS232、485串口，支持多種 I/ O模塊，如 I-7000， I-8000，I-87 K的擴展I / O模塊支持定時計數(shù)器/頻率計。選擇WinCon-8000作為主控制裝置，為機車數(shù)據(jù)分析提供便利。記錄的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)降孛嫖⑿陀嬎銠C進行分析，或者可以在顯示器安裝在機車和鍵盤上后直接監(jiān)視和處理，從而可以在機車上輕松維護和調(diào)試。

2、模擬量輸入通道

本系統(tǒng)中需要測量的模擬量有：1～6電機分流、主發(fā)電電壓、主發(fā)電電流、水溫、油溫、油壓、十四種模擬量，如輔助發(fā)電、燃油壓力、電池充放電電流和柴油機轉(zhuǎn)速。

機車上使用的模擬輸入模塊應(yīng)該基于惡劣的環(huán)境和高可靠性，而價格是次要因素。因此，我們選擇ICP DAS的I-7000系列I-7018模塊作為模擬輸入通道。I-7018是一個8通道模擬輸入模塊。該機器使用兩個i-7018模塊實現(xiàn)14個模擬輸入。

3、開關(guān)量通道

我已經(jīng)為模擬輸入通道選擇了I-7000系列模塊。I-8042（16通道隔離數(shù)字I / O）模塊用作數(shù)字輸入通道。

需要在此設(shè)備中收集的開關(guān)量是差壓，水溫，固定發(fā)電，空轉(zhuǎn)，8個開關(guān)量，如主回路接地，主回路過流，本地機車卸載和故障勵磁。使用了一塊I-8042的8個通道。

4、速度采集通道

為了收集機車柴油發(fā)動機速度，需要速度獲取通道。選擇ICP I-8080（4通道計數(shù)頻率裝置）模塊來收集機車柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)子的脈沖輸出，并根據(jù)頻率計算轉(zhuǎn)速。

（三）電源與機箱設(shè)計

該系統(tǒng)的其他模塊包括一個電源轉(zhuǎn)換模塊（ph75 s110-24）和一個速度開關(guān)量調(diào)節(jié)板。一個信號調(diào)理板，一個機箱，四個航空插座，四個按鈕開關(guān)，八個指示燈。

檢測裝置采用31cm×24。5cm×19。5cm工業(yè)機箱，所有鍵盤，顯示器和鼠標插座均安裝在機箱上。面板上的八個指示燈指示設(shè)備的實際運行狀態(tài)，面板上的四個按鈕開關(guān)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄操作。經(jīng)過4個航空插座在現(xiàn)場連接所有數(shù)據(jù)收集點。為了避免影響機車的原始信號系統(tǒng)，信號采集采用高阻抗輸入電路，并采取一系列信號隔離，放大，變換和傳輸措施。例如，在一些高速，強干擾信號通道中，增加了隔離變壓器以將信號源與電路隔離。經(jīng)過設(shè)計濾波器電路來抑制電源干擾，大大降低了器件崩潰的可能性，并且提高了器件的可靠性。

該軟件由三部分組成：機內(nèi)數(shù)據(jù)采集軟件，車載數(shù)據(jù)分析軟件和地面數(shù)據(jù)分析軟件。

機內(nèi)數(shù)據(jù)采集軟件每隔1秒驅(qū)動每個I / O通道收集每個信息點的數(shù)據(jù)，同時接收TAX盒的數(shù)據(jù)，形成幀長120B的記錄。TAX盒輸出的時間是標準時間，根據(jù)精度每一到十秒記錄一幀數(shù)據(jù)。如果兩次收集的數(shù)據(jù)變化不大，則每十秒記錄一幀數(shù)據(jù);如果收集的數(shù)據(jù)兩次變化很大，則每一秒記錄一幀數(shù)據(jù)。存儲一幀數(shù)據(jù)所需的存儲空間是120B。當(dāng)存儲器幾乎滿時，根據(jù)先進先出數(shù)據(jù)備份策略消除第一記錄數(shù)據(jù)。確保始終記錄著最近幾天的數(shù)據(jù)。

三、機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析軟件

數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲器轉(zhuǎn)錄傳輸?shù)降孛嬗嬎銠C，地面計算機實際運行地面數(shù)據(jù)分析軟件讀取存儲器的原始數(shù)據(jù)。執(zhí)行數(shù)據(jù)格式驗證，挑選不完整記錄，并根據(jù)駕駛員編號或時間分段繪制機車實際運行狀態(tài)數(shù)據(jù)曲線。該軟件由德爾福開發(fā)，用時間戳繪制機車各數(shù)據(jù)的實際運行曲線。可以根據(jù)時間，公里標記等來搜索和查詢記錄的數(shù)據(jù)。實際運行曲線提供各種數(shù)據(jù)回放分析模式，包括水平和垂直數(shù)據(jù)比較，使記錄的數(shù)據(jù)可視，真實地再現(xiàn)機車在實際運行狀態(tài)下的各種實際運行情況信息。機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數(shù)據(jù)的動態(tài)記錄，各個項監(jiān)控數(shù)據(jù)的綜合利用對于機車在運用過程中所體現(xiàn)出的各種狀況進行更為深入、科學(xué)的綜合分析具有重要意義，使地面分析人員直觀地判斷機車的實際運行狀況，為機車的維護提供科學(xué)依據(jù)。

收集器記錄的數(shù)據(jù)也可以經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成其他地面處理軟件所需的數(shù)據(jù)格式，方便用戶使用其他商業(yè)地面數(shù)據(jù)處理軟件。同時，地面數(shù)據(jù)分析軟件向維護信息庫提供數(shù)據(jù)。采用通用的功能強大的工業(yè)級微控制裝置組成系統(tǒng)，盡管成本高，對機車這樣的關(guān)鍵性設(shè)備來說，依然是可以接受的方案。本裝置主要由哈密的新通公司進行組織研制的，主要被使用于車頭維護相關(guān)的數(shù)據(jù)的采集和獲取，進行在DF4B機車上的實際運行試驗，經(jīng)過合理、科學(xué)、有效的實際運行試驗?zāi)軌虺浞煮w現(xiàn)這一系統(tǒng)的實際運行足夠穩(wěn)定可靠，各個方面的優(yōu)點和功能都能夠被充分發(fā)揮，進而達到這一系統(tǒng)一開始預(yù)計的設(shè)計目的。新的機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)對機車地面實際運行狀態(tài)進行及時的監(jiān)測 ，對機車在實際運行時的速度、距高、前方可以進行充分的了解，使機車的實際通行安全系數(shù)得到了進一步的提升。

四、總結(jié)

隨著我國新時代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)也取得了重要的成就，值得引起相關(guān)研究工作者的高度重視，以期為我國機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)提供有效助力。廣大相關(guān)科研工作者在新時代應(yīng)當(dāng)重點針對機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行更加深入的探討和分析，廣大機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)階段的實際運行信息檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足有清晰地認識，以期為我國新時代機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)的發(fā)展提供有效助力，使新的機車實際運行之中的信息檢測系統(tǒng)得到巨大的改進，對我國綜合鐵路運輸實力的發(fā)展提供了有效助力。

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