計軸設備智能診斷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

諾力格爾

摘 要：本文闡述了計軸設備智能診斷系統(tǒng)的架構(gòu)、軟硬件設計和應用等內(nèi)容。智能診斷系統(tǒng)能對軌道區(qū)段狀態(tài)、傳感器狀態(tài)和板卡狀態(tài)等進行實時監(jiān)測，方便日常維護，為維修人員提供參考數(shù)據(jù)，為故障定位、故障處理提供了一個可視化分析平臺，提高了計軸設備的實用性[1]。

關(guān)鍵詞：計軸設備;智能診斷系統(tǒng);監(jiān)測

隨著客運和貨運運量的增長，主要干線行車密度進一步加大，計軸設備的維修與使用的矛盾日漸突出，實時了解設備運行狀態(tài)和及時解決設備出現(xiàn)的故障，已經(jīng)成為信號設備維護的關(guān)鍵問題[2]，因此研制開發(fā)了一套適用于計軸設備的智能診斷系統(tǒng)。

1 智能診斷系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)由單元監(jiān)測、綜合監(jiān)測和上位機管理軟件三部分組成，計軸各模塊與單元監(jiān)測，單元監(jiān)測與綜合監(jiān)測采用CAN總線通信方式，綜合監(jiān)測與上位機之間采用以太網(wǎng)通信方式，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.1 單元監(jiān)測

3.3 實時數(shù)據(jù)

單元監(jiān)測由電源模塊、CPU模塊、電壓監(jiān)測模塊、電流監(jiān)測模塊、CF 卡模塊、指示燈模塊、CAN通信模塊1（模塊2）、CAN地址模塊和串口通信模塊組成，其主要功能是采集計數(shù)板和信號處理板的監(jiān)測信息，并按照規(guī)定協(xié)議打包傳輸至綜合監(jiān)測，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。

1.2 綜合監(jiān)測

綜合監(jiān)測由電源模塊、CPU模塊、CAN通信模塊、網(wǎng)絡模塊1（模塊2）、EEPROM模塊、CF卡模塊、指示燈模塊和串口通信模塊組成，其主要功能是將各單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行匯總，按照規(guī)定協(xié)議打包傳輸至上位機。

1.3 上位機管理軟件

系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是根據(jù)單元監(jiān)測發(fā)送的數(shù)據(jù)，以圖形化展現(xiàn)給用戶，主要由10個功能模塊組成，分別為站場圖形成模塊、實時報警模塊、實時數(shù)據(jù)模塊、歷史報警模塊、通信狀態(tài)模塊、主機狀態(tài)模塊、數(shù)據(jù)回放模塊、曲線模塊、統(tǒng)計模塊以及其他功能。

2 智能診斷系統(tǒng)的通信機制

為了實現(xiàn)計軸設備內(nèi)部監(jiān)測通信，需要在計軸設備中增加CAN監(jiān)測總線通信接口。計軸設備各模塊通過監(jiān)測總線上報監(jiān)測信息。允許掛載到同一條CAN通信總線上的物理節(jié)點由CAN收發(fā)器決定，在實際應用中為減少數(shù)據(jù)包碰撞，提高通信效率和可靠性，監(jiān)測總線采用分層星型網(wǎng)絡拓撲，每一層總線物理節(jié)點的個數(shù)不超過25個。圖1中CAN1_n為第一層CAN 總線，CAN2為第二層CAN總線。第一層對計軸主機中所有CAN節(jié)點進行分組處理，每組CAN節(jié)點共用一條單元內(nèi)CAN1_n總線，圖1中單元1～單元5按照計軸主機的單元號進行分組，例如第1單元的所有計數(shù)板、信號處理板和單元監(jiān)測都掛載在CAN1_1上構(gòu)成單元1，計數(shù)板和信號處理板的監(jiān)測信息通過CAN1_1總線匯總至單元監(jiān)測;單元監(jiān)測將收集的監(jiān)測信息進一步處理，并通過CAN2總線與綜合監(jiān)測進行通信。

3 監(jiān)測顯示

智能診斷系統(tǒng)提供豐富的人機交互界面，能夠?qū)崿F(xiàn)站場圖信息、故障定位報警顯示、傳感器模擬量實時顯示、曲線繪制等。

3.1 站場圖信息

站場圖包括站場信息、總軸數(shù)、每個區(qū)段狀態(tài)和每個區(qū)段的軸數(shù)信息，如圖2所示，其中紅色表示區(qū)段占用，綠色表示區(qū)段空閑。

3.2 實時報警

實時顯示計軸設備及傳感器狀態(tài)，當系統(tǒng)出現(xiàn)現(xiàn)故障時，能準確定位故障傳感器或板卡，并以文字形式對故障進行簡易描述，維護人員可根據(jù)報警信息對相關(guān)部件更換，保證設備快速恢復狀態(tài)，如圖3所示。

實時顯示每個傳感器信號的模擬量，即磁頭1和磁頭2的標定值和返回值，如圖4所示，通過讀取采集數(shù)據(jù)可分析傳感器工作狀態(tài)，如傳感器出現(xiàn)故障，可快速定位故障點。

3.4 曲線

曲線模塊為監(jiān)測系統(tǒng)的核心功能，主要包括實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)查詢，并將數(shù)據(jù)以曲線形式展現(xiàn)，更為直觀全面。圖5為當列車駛過傳感器時，系統(tǒng)所采集的傳感器信號實時動態(tài)曲線。

結(jié)束語

本文介紹了計軸設備智能診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了計軸設備的動態(tài)信息獲取、數(shù)據(jù)查詢、故障報警，為維護人員全面監(jiān)測計軸設備運行狀態(tài)提供了重要保障[3]。智能診斷系統(tǒng)目前應用于天津地鐵4號線（試車線），達到了客戶對計軸監(jiān)測和維護要求的期望。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國鐵道部.運基信號[2010]709號信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件[S].2010.

[2] 姜曉璐.計軸設備的遠程管理[J].哈爾濱鐵道科技，2014，（02）：1-2.

[3] 鄭留江.合肥地鐵2號線信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的設計與應用[J].通訊世界，2016， （10）：4.