電力機車其微機柜匯集了機車運行過程中的控制信號和運行狀態(tài)信號,機車安全監(jiān)控裝置也提供了列車的相關信息。這些信號反映了機車及其電氣和電子系統(tǒng)的工作情況。通過對這些信號進行采集、處理與分析,能夠了解機車在運行過程中的狀態(tài)參數(shù),因而可對事故分析、故障診斷和維修提供準確可靠的信息。建立電力機車電氣運行數(shù)據(jù)采集診斷與分析系統(tǒng)方案,將對機務系統(tǒng)的“修制改革、科學管理”具有重要的現(xiàn)實和指導意義。
本電力機車數(shù)據(jù)采集提示系統(tǒng),通過采集機車各設備數(shù)據(jù),實時分析處理,在設備狀態(tài)異?;蚬收蠒r,能夠快速、準確地識別故障,及時為司乘人員提供故障節(jié)點提示及處理建議。系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)記錄和轉儲功能,便于地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)作進一步的分析,并為機車的運用、管理、檢修提供支持。
一、系統(tǒng)構成
本系統(tǒng)共分三個部分:數(shù)據(jù)采集處理部分、顯示提示部分、地面數(shù)據(jù)分析處理部分。其功能框圖如下所示。
車載主機構成圖:
二、技術參數(shù)
1. CPU模塊最高運行速度可達300MHz,在板內存為128M SDRAM,其上運行的嵌入式Linux系統(tǒng)是一個多任務操作系統(tǒng),在保證對機車運行數(shù)據(jù)足夠頻率采集的情況下,還同時保證人機界面實時的互動響應。
2、數(shù)據(jù)采集柜共采集模擬量8個,開關狀態(tài)量62(69)個,頻率量4個。主機以每秒4次的頻率通過CAN總線采集這些運行數(shù)據(jù)。主機與數(shù)據(jù)采集柜以CAN總線連接,采集柜內部各板卡之間采用串口通訊,任一個數(shù)據(jù)采集板發(fā)生故障不會影響其它的數(shù)據(jù)采集板工作和與主機的通信。
3、顯示主機通過485串口線與TAX箱連接,接收TAX箱發(fā)送過來的機車公用信息,并以機車公用信息里的時間作為主機時間,只有當與TAX箱的連接故障或TAX箱故障時,主機將以自己的時間記錄數(shù)據(jù)。
4、主機按事件記錄機車運行數(shù)據(jù),即當任一開關量變化或者任一模擬量變化超過預設的閥值時,產(chǎn)生一條事件,主機將此時所有的采集量和時間當作一條記錄寫入文件。
5、主機裝一個64M的電子硬盤,操作系統(tǒng)和程序安裝在電子硬盤上,占用約30M空間,剩下的空間存放機車運行數(shù)據(jù)文件。
6、主機提供了良好的人機界面,使察看實時數(shù)據(jù)和轉儲運行數(shù)據(jù)、錄像及圖像都極為方便,其簡潔的界面讓人一看就知道如何操作。
7、主機由機車供電,為適應機車供電電壓的變化,主機電源塊采用了寬壓設計。
三、各部分功能:
1、顯示提示部分
采用的為PC104工控機,PC/104在板集成了10/100Base-T以太網(wǎng)接口及高性能圖形處理器。采用X86兼容的64位第六代處理器,最高運行速度可達300MHz,在板內存為128M SDRAM。圖形處理器可支持各種LCD及TFT顯示屏,同時在板支持PS/2鍵盤、PS/2鼠標、IDE接口、Floppy接口、兩串一并接口、USB以及Watchdog。工作環(huán)境:-25℃~ +75℃,5%~ 95%相對濕度
主機操作系統(tǒng)是基于PC/104產(chǎn)品的嵌入式LINUX系統(tǒng),安裝在64M DOC上,操作系統(tǒng)總大小20M。支持日志文件系統(tǒng)EXT3,可保證文件系統(tǒng)在非正常關閉后能夠快速恢復到正常狀態(tài)。
地面軟件系統(tǒng)用VC++開發(fā),車載系統(tǒng)記錄的機車運行數(shù)據(jù)用優(yōu)盤轉儲下來由地面軟件進行分析處理,機車運行數(shù)據(jù)會由地面軟件存儲到SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫,方便將來進行查詢和對比分析,給出相應的維修建議等。
顯示提示部分的功能框圖如下所示:
此部分可實時顯示所采集的機車信息,包括機車的工況信息,各繼電器的狀態(tài),各儀表的信息,以及電子柜的信息和機車的公共信息等。并能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù),判斷出機車各部件的工作狀態(tài)是否異常,給出故障信息并提示相應的處理建議。其具體提示功能有如下方面:
1、對超過門限值的參數(shù)進行顯示,同時可記錄發(fā)生的時間、故障類型、誤差值。(包括蓄電池電壓低于93V時進行聲光報警)
2、各種開關量的紀錄與顯示。
3、蓄電池不充電進行聲光報警,防止因高網(wǎng)壓使電源柜蓄電池充電自動開關600QA跳開而發(fā)生虧電。
4、劈相機起動電阻接觸器吸合動作時間超過15s,進行聲光報警。
5、升弓時進行安全提示。
6、顯示發(fā)生網(wǎng)壓最大值和最小值的時間、區(qū)間位置,對電網(wǎng)的供電情況能進行測評。
2、故障處理提示部分
在電力機車運行中發(fā)生故障時,裝置以人機交互方式提供一個或幾個應急故障處理方案,指導機車乘務員操作故障智能處理裝置進行故障處理。具體有如下幾個方面:
①主斷路器不閉合故障提示
②主、輔接地提示
③控制回路接地提示
④輔助回路過流提示
⑤輔助回路燈亮提示
⑥勵磁過渡提示
⑦空轉提示預備燈不滅提示
另外,可根據(jù)實際的需要,增加所需要的判斷情況,作出相應的故障與處理提示。
故障診斷過程
故障1:不升弓:
首先由檢測單元檢測“受電弓”扳鍵開關402SA上的導線532是否有電,導線532-400有電,再由檢測單元檢測本節(jié)車的升弓電磁閥1YV上的導線534是否有電,網(wǎng)壓表線104-100是否有100伏左右的交流電,若534-400無電,網(wǎng)壓表線104-100無100伏左右的交流電,則診斷為升前弓異常。
首先由檢測單元檢測“受電弓”扳鍵開關402SA上的導線535是否有電,導線535-400有電,再由檢測單元檢測另一節(jié)車的升弓電磁閥1YV上的導線534是否有電,網(wǎng)壓表線104-100是否有100伏左右的交流電,若534-400無電,網(wǎng)壓表線104-100無100伏左右的交流電,則診斷為升后弓異常。
故障2:主斷路器合不上:
首先由檢測單元檢測“主斷”扳鍵開關400SA上的導線537(合閘信號)是否有電,導線537-400有電,再由檢測單元檢測導線541是否有電,若導線541-400有電,則診斷為正常;若導線541-400無電,則診斷為主斷器合不上異常。繼續(xù)按診斷邏輯樹進行診斷:檢測單元檢測導線544是否有電,若導線544有電,則檢測①輔接地是否顯示,輔接地繼電器285KE上的導線756-400是否有電;②Ⅰ架、Ⅱ架主接地是否顯示,主接地繼電器97KE、98KE上的導線701-400,702-400是否有電;③原邊過流繼電器101KC動作,原邊過流保護燈上的導線706是否有電;④電機電流是否過載,檢測牽引電機燈上的導線708-400是否有電;⑤是否緊急跳主斷,檢測導線804-400是否有電;⑥機車是否處于零電壓,檢測零壓燈上的導線705-400是否有電;⑦是否次邊過流,檢測導線552-400是否有電;⑧是否輸出分主斷信號544-400有電。
故障3:輔接地:
檢測單元檢測輔接地燈上的導線756-400有電。
故障4:主接地:
檢測單元檢測主接地繼電器97KE、98KE上的導線701-400,702-400有電。
故障5:控制回路接地:
檢測單元檢測控制回路接地燈上的導線757-400有電。
故障6:原邊過流:
檢測單元檢測原邊過流保護燈上的導線706有電。
故障7:牽引電機過載:
檢測單元檢測牽引電機保護燈上的導線708有電。
故障8:零電壓:
檢測單元檢測零壓燈上的導線705-400有電。
故障9:次邊過流:
檢測單元檢測導線552-400是否有電
故障10:輔過流:
檢測單元檢測上輔過流燈上的導線755-400有電。
故障11;劈相機起動故障:
檢測單元檢測“劈相機”起動按鈕404SA上的導線562是否有電,導線562-400有電,再由檢測單元檢測方式選擇開關591QS上的導線564、563是否有電,選擇開關591QS置于“0”位,為手動控制,564-400有電;選擇開關591QS置于“1”位,為自動控制,563-400有電(自起劈相機);最后由檢測單元檢測劈相機故障隔離開關242QS上的導線579、570是否有電,242QS置于“1”位,579-400有電,為劈相機正常工作狀態(tài);242QS置于“2”位,570-400有電;為用通風機1代替劈相機,此時通風機1通過電容分相起動后代替劈相機的功能。如果檢測單元檢測導線564、563任一有電,579有電,劈相機信號燈上的導線718無電或劈相機接觸器201KM上的導線573有電,劈相機起動電阻接觸器213上的導線571有電,則為劈相機起動正常。如果檢測單元檢測導線564、563任一有電,579有電,劈相機信號燈上的導線718有電或劈相機接觸器201KM上的導線573無電,劈相機起動電阻接觸器213上的導線571無電,則為劈相機起動故障。劈相機信號燈上的導線718無電或劈相機接觸器201KM上的導線573有電后,延時15秒后劈相機起動電阻接觸器213上的導線571不失電,則為劈相機起動電阻接觸器吸合動作時間超過門限值,進行聲光報警提示。
故障12:牽引通風機控制故障:
檢測單元檢測導線546有電,242QS置于“1”位,579-400有電,通風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關575QS、576QS置于“0”位,504-400、505-400無電,牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580、牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582同時有電,則通風機控制正常。
檢測單元檢測導線546有電,242QS置于“1”位,579-400有電,通風機Ⅰ隔離開關575QS置于“1”位,通風機Ⅱ隔離開關576QS置于“0”位,504-400有電即牽引通風機Ⅰ切除,505-400無電,牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580無電,牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582有電,則診斷為通風機Ⅰ切除,通風機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導線546有電,242QS置于“1”位,579-400有電,通風機Ⅰ隔離開關575QS置于“0”位,通風機Ⅱ隔離開關576QS置于“1”位,504-400無電,505-400有電即牽引通風機Ⅱ切除,牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580有電,牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582無電,則診斷為通風機Ⅰ工作,通風機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導線546有電,242QS置于“1”位,579-400有電,通風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關575QS、576QS置于“0”位,504-400、505-400無電,牽引通風機Ⅰ接觸器205KM上的導線580或牽引通風機Ⅱ接觸器206KM上的導線582無電,則通風機控制異常。
故障13:制動風機控制故障:
檢測單元檢測導線548有電,制動風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關581QS、582QS置于“0”位,498-400、499-400有電,制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594同時有電,則制動風機控制正常。
檢測單元檢測導線548有電,制動風機Ⅰ隔離開關581QS置于“1”位、制動風機Ⅱ隔離開關582QS置于“0”位,498-400無電、499-400有電,制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593無電、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594有電,則診斷為制動風機Ⅰ切除,制動風機Ⅱ工作。
檢測單元檢測導線548有電,制動風機Ⅰ隔離開關581QS置于“0”位、制動風機Ⅱ隔離開關582QS置于“1”位,498-400有電、499-400無電,制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593有電、制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594無電,則診斷為制動風機Ⅰ工作,制動風機Ⅱ切除。
檢測單元檢測導線548有電,制動風機Ⅰ、Ⅱ隔離開關581QS、582QS置于“0”位,498-400、499-400有電,制動風機Ⅰ接觸器209KM上的導線593或制動風機Ⅱ接觸器210KM上的導線594無電,則制動風機控制異常。
故障14:牽引控制故障:
檢測單元檢測導線402、403和406有電,兩位置轉換開關方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導線434有電,兩位置轉換開關工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導線429有電,則診斷為牽引向前正常。如果檢測單元檢測導線402、403和406有電,而導線434或429無電,診斷為牽引向前異常。
檢測單元檢測導線402、404和406有電,兩位置轉換開關方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導線425有電,兩位置轉換開關工況鼓“牽引”位的電磁閥107YVT和108YVT上的導線429有電,則診斷為牽引向后正常。如果檢測單元檢測導線402、404和406有電,而導線425或429無電,診斷為牽引向后異常。
故障15:制動控制故障:
檢測單元檢測導線402、403和405有電,兩位置轉換開關方向鼓“向前”位的電磁閥107YVF和108YVF上的導線434有電,兩位置轉換開關工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導線431有電,則診斷為制動向前正常。如果檢測單元檢測導線402、403和405有電,而導線434或431無電,診斷為制動向前異常。
檢測單元檢測導線402、404和405有電,兩位置轉換開關方向鼓“向后”位的電磁閥107YVBW和108YVBW上的導線425有電,兩位置轉換開關工況鼓“制動”位的電磁閥107YVB和108YVB上的導線431有電,則診斷為制動向后正常。如果檢測單元檢測導線402、404和405有電,而導線425或431無電,診斷為制動向后異常。
故障16:“預備”燈不滅:
當調速手柄離開0位時,檢測單元檢測412線有電,預備燈上的703線應無電。如果導線412有電,而703線也有電,則診斷為“預備”燈不滅。在未隔離轉向架和線路接觸器的情況下,“預備好”邏輯構成的條件為“主斷閉合”且“勵磁接觸器91KM閉合”且“勵磁接觸器92KM閉合”且“線路接觸器好(由線路接觸器12KM、22KM、32KM、42KM信號串聯(lián))”。診斷計算機按“主斷路器 勵磁接觸器 線路接觸器”順序檢查各種條件是否滿足,如果查詢到某一條件不滿足,則輸出相應結果。如果422線無電,則診斷為91KM未閉合;如果435線無電,則診斷為92KM未閉合;如果661線無電,則診斷為12KM未閉合;如果662線無電,則診斷為22KM未閉合;如果663線無電,則診斷為32KM未閉合;如果666線無電,則診斷為42KM未閉合。
故障17:無壓無流:
當調速手柄離開0位時,檢測單元檢測412線有電,預備燈上的703線無電 “預備”燈滅,而牽引電機無電流時,則診斷為無電壓無電流。
故障18:勵磁過流:
檢測單元檢測勵磁過流燈上的導線710有電
補充說明:
架一切除信號牽引通風機Ⅰ隔離開關575QS上的線504-400有電;
架二切除信號牽引通風機Ⅱ隔離開關576QS上的線505-400有電;
操縱端信號419-400有電;
零位信號420-400有電;
網(wǎng)壓信號103-100,為交流信號按40KV對應160V、25KV對應100V、24KV對應96V、19KV對應76V;
架壓表,為直流信號,按1500KV對應7.5V;
牽引電機的過流保護整定值:1300A
牽引電機的電壓限制值:1020V
3、數(shù)據(jù)采集處理部分
為整個車上系統(tǒng)的核心,采用標準的工業(yè)機箱結構,由上位機板(PC/104主機板)和下位機板(開關量檢測板、模擬量檢測板、頻率量檢測板、信息處理單元板、電源板等)組成。各部分對于所采集的同類數(shù)據(jù)量均有預留。
1)主機板采用高速微處理器ARM和嵌入式的實時多任務操作系統(tǒng),支持多種外圍硬件設備,該板帶有存儲器,可存儲大容量數(shù)據(jù)文件。該板主要負責信息的處理(數(shù)據(jù)記錄、故障判斷分析、數(shù)據(jù)的實時傳送控制等)以及調試、協(xié)調各模塊之間的工作。
2)開關量檢測單元檢測的項目內容如下:
3)模擬量檢測單元檢測的項目內容如下:
4)頻率量檢測單元檢測的項目內容如下:
5)電子柜檢測單元截取電子柜的有用數(shù)據(jù)信息,作為相應的判斷依據(jù),因本檢測單元采用RS485總線,只接收信息,故不會對電子柜產(chǎn)生任何負面影響。同時,本單元還接收機車監(jiān)控設備的公共信息,包括時間、速度、公里標、車次、區(qū)段號、車站號、司機號、副司機號和機車號等。這些信息對進行故障診斷及事故分析具有重要的意義。
四、通訊
車上通訊共分為兩個部分,在數(shù)據(jù)采集處理部分,信息處理單元板通過串口方式與各個單元之間進行通訊。在信息處理單元板與兩端的ARM主機板顯示屏之間,為提高抗干擾能力,采用CAN總線進行通訊。
五、數(shù)據(jù)轉儲
通過ARM主機上面的高速USB接口,用優(yōu)盤將記錄的機車數(shù)據(jù)轉儲至地面計算機。方式內容為機車整個運行過程中詳細的機車狀態(tài)信息和故障記錄以及公共信息。