基于軌道交通車輛的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

竭 寶， 陳 敏

（中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司， 遼寧 大連 116000）

引言

軌道交通車輛故障診斷系統(tǒng)尤為重要，其屬于車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的主要構(gòu)成部分。在實(shí)際應(yīng)用期間，要完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效采集、分析、處理以及調(diào)用等過(guò)程，在獲取相關(guān)信息后，通過(guò)觀察運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)上報(bào)故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)車載系統(tǒng)的有效監(jiān)測(cè)與診斷。

1 系統(tǒng)主體框架

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)主要應(yīng)用的是分布式控制方法，其中車輛的通信網(wǎng)絡(luò)主要憑借多功能車輛總線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信號(hào)的傳導(dǎo)及控制[1]。按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分，故障診斷系統(tǒng)設(shè)備主要包括事件記錄儀和數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集需要保持對(duì)總線上所有子設(shè)備的連接，并且能夠準(zhǔn)確的記錄和儲(chǔ)存軌道交通車輛的運(yùn)行狀態(tài)及故障信息。而事件記錄儀則可以借助網(wǎng)絡(luò)途徑，對(duì)車輛發(fā)生的重要事件過(guò)程進(jìn)行拍攝及儲(chǔ)存，然后再借助特定的診斷軟件予以分析。軌道交通車輛遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要由車載裝置與地面服務(wù)器組成，兩者會(huì)借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)緊密連接在一起。在滿足合理性條件后，能夠及時(shí)提供具有價(jià)值的故障診斷參考信息，確保滿足實(shí)行性、便利性條件（主體框架見(jiàn)圖1）。

2 系統(tǒng)軟件配備及實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境狀態(tài)

選用的數(shù)據(jù)采集軟件主要依據(jù)VxWorks 操作系統(tǒng)與OpenPCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，在實(shí)際應(yīng)用期間，滿足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。世界記錄儀軟件主要依據(jù)操作系統(tǒng)，并且利用MySQL 確保能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析。

2.2 軟件架構(gòu)

總體上軟件架構(gòu)包含數(shù)據(jù)采集單元和事件記錄儀兩部分，在系統(tǒng)通電正常工作期間，能夠及時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)信息置入到內(nèi)存中，然后利用MVB 總線予以收集，真正實(shí)現(xiàn)通信的過(guò)程。由于數(shù)據(jù)采集信息應(yīng)用的是VxWorks 操作系統(tǒng)，在應(yīng)用期間可以和其它系統(tǒng)保持通用。在建筑上層控制程序執(zhí)行PLC 任務(wù)期間，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)需要執(zhí)行文件的詳細(xì)分析[2]。而事件記錄儀則主要應(yīng)用Linus 操作系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)和MVB通信，有效記錄故障事件的發(fā)生過(guò)程，并且確保和底層參數(shù)相通用。在底層驅(qū)動(dòng)配置期間，應(yīng)用事件記錄軟件可以和MVB 端口進(jìn)行有效連接，滿足文件儲(chǔ)存格式調(diào)整或轉(zhuǎn)換等需求。上述兩種軟件架構(gòu)詳見(jiàn)表1。

表1 軟件架構(gòu)

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.3.1 文件系統(tǒng)配置單元

在操作中應(yīng)當(dāng)滿足Linux 操作系統(tǒng)對(duì)MVB 總線的合理配置，涉及到的具體項(xiàng)目包含地址信息、以太網(wǎng)IP 地址、故障診斷信息等。

2.3.2 初始化模塊

該模塊要能夠滿足以太網(wǎng)模塊、MVB 總線、硬件設(shè)備系統(tǒng)等初始化要求，并且在設(shè)備開(kāi)啟以后，需要保證程序的正確性，避免出現(xiàn)程序跑飛等意外情況，為實(shí)現(xiàn)通信安全奠定基礎(chǔ)[3]。

2.3.3 MVB 通信單元

順利簽訂MVB 通信協(xié)議，按照標(biāo)準(zhǔn)化操作要求對(duì)端口部位的參數(shù)予以配置，并且完成對(duì)端口各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義，為實(shí)現(xiàn)通信創(chuàng)造條件。MVB 通信單元包含主控制器與FPGA，主控制器可以應(yīng)用Philips 生成的處理器，能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，而FDGA 則主要發(fā)揮出對(duì)MVB 總線控制器的功能，使其完成信號(hào)轉(zhuǎn)換和解碼項(xiàng)目。

2.3.4 底層驅(qū)動(dòng)單元

該驅(qū)動(dòng)單元要能夠?qū)涌趯?shí)施驅(qū)動(dòng)，在具體設(shè)計(jì)期間還可以有效植入故障記錄的功能模塊，在保證記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性基礎(chǔ)上，為接口端傳輸實(shí)施驅(qū)動(dòng)。

2.3.5 數(shù)據(jù)采集單元自檢模塊

在執(zhí)行自檢功能時(shí)，要確保能夠準(zhǔn)確檢測(cè)任務(wù)初始化狀態(tài)和正常運(yùn)行狀態(tài)，在工作階段實(shí)時(shí)任務(wù)監(jiān)視，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異?；蛘叽嬖诿黠@的缺陷，能夠及時(shí)報(bào)警或者實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的重新啟動(dòng)。

2.3.6 文件記錄單元

該單元能夠?qū)④囕v運(yùn)行涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)及事件借助文件的形式保存下來(lái)，操作人員通過(guò)這些文件內(nèi)容，在利用診斷軟件的基礎(chǔ)上便于及時(shí)尋找出故障，最終實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。值得注意的是，在面對(duì)文件記錄單元時(shí)，從用戶層、內(nèi)核層、驅(qū)動(dòng)層、硬件層，上述四個(gè)層次的文件格式可能存在差別，在傳輸、轉(zhuǎn)碼期間要保證數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.3.7 分析診斷單元

在以太網(wǎng)通信連接的基礎(chǔ)上，保證能夠和診斷軟件相聯(lián)系，滿足對(duì)目標(biāo)文件上傳及下載的需求，為有效維護(hù)、分析和診斷提供依據(jù)[4]。具體操作中，在軟件的調(diào)試功能下，還應(yīng)當(dāng)滿足對(duì)變量強(qiáng)制賦值的條件，確保調(diào)試過(guò)程的合理性。

3 故障診斷和數(shù)據(jù)分析

3.1 通信接口

在對(duì)故障實(shí)時(shí)診斷及數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要將以太網(wǎng)和PC 端相連接，同時(shí)，也應(yīng)滿足車輛配備的無(wú)線客戶端模塊和地面安裝的接入點(diǎn)相匹配，確保數(shù)據(jù)采集單元和地面服務(wù)器的連接[5]。如果檢測(cè)到相關(guān)故障，就會(huì)通過(guò)無(wú)線設(shè)備及時(shí)上傳，應(yīng)用局域網(wǎng)將故障信息予以匯總后，再通過(guò)特定的管理服務(wù)器實(shí)時(shí)處理，地面服務(wù)器在接收到傳輸?shù)男畔⒑?，?shí)現(xiàn)對(duì)車輛故障數(shù)據(jù)的分類和整理，經(jīng)過(guò)特定分析轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的圖形或者表格，為管理人員及時(shí)判斷故障提供有效依據(jù)。

3.2 故障診斷

在軌道交通車輛的系統(tǒng)存在故障時(shí)，TCN 網(wǎng)絡(luò)會(huì)及時(shí)反應(yīng)出故障信息，然后通過(guò)車載裝置完成對(duì)故障信息的抓取，并將上述信息實(shí)施處理，完成精確診斷，并將結(jié)果利用無(wú)線通信技術(shù)發(fā)送至地面服務(wù)器，從而能夠快速觀察到故障信息的具體狀態(tài)。按照故障的具體劃分，主要包含三個(gè)級(jí)別，當(dāng)診斷出不同級(jí)別的故障時(shí)，憑借網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出不同信息，最終選擇有效的方法進(jìn)行處理（故障診斷見(jiàn)圖2）。

首先，若呈現(xiàn)一級(jí)故障信息，這種狀況通常會(huì)對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)及服務(wù)造成嚴(yán)重影響，針對(duì)該故障必須立刻采取相關(guān)措施。其次，若判斷屬于二級(jí)故障信息，這種情況不會(huì)造成顯著的故障問(wèn)題，通常會(huì)選擇讓列車?yán)^續(xù)行駛，在到達(dá)目的地之后再予以處理。最后，如果發(fā)現(xiàn)屬于三級(jí)故障信息，這就表明列車的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)所受影響微乎其微，不會(huì)造成列車事故，選擇維護(hù)的時(shí)間可以按照定期計(jì)劃來(lái)執(zhí)行。在執(zhí)行數(shù)據(jù)分析期間可以應(yīng)用WEBTIP 軟件，WEBTIP 軟件劃分為維護(hù)與數(shù)據(jù)監(jiān)視兩部分，針對(duì)維護(hù)工具可通過(guò)有效的導(dǎo)入獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件資料，然后再進(jìn)行解析。數(shù)據(jù)監(jiān)控工具執(zhí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程，詳細(xì)記錄的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用時(shí)間表格或者曲線走勢(shì)的方法進(jìn)行呈現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

軌道交通車輛的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)屬于關(guān)鍵核心，該診斷系統(tǒng)通常含有各種硬件設(shè)備、操作及診斷軟件、監(jiān)視模塊及維護(hù)工具項(xiàng)目等。此次研究通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整體上以MVB 接口來(lái)獲取車輛運(yùn)行期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)及故障信息，并且利用以太網(wǎng)接口下載的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的調(diào)查分析。在按照此設(shè)計(jì)予以實(shí)現(xiàn)后，能夠完成對(duì)車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的下載，使工作效率得到提升，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生，確保遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的科學(xué)性和有效性。