专利名称：旅客列车运行监测与在线故障诊断系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种故障诊断系统，特别涉及一种旅客列车运行监测与 在线故障诊断系统。
技术背景现行旅客列车的监控体系是车辆乘务员随车监控车辆状态，而这种监控 实际上大多是凭人的感觉与少数定量的监测系统如轴温报警系统等，车辆实 际运营的状态如转向架的工作状态、制动系统的工作状态、车电的工作状态 只有当发生重大事故的时候方能察觉出来，而这时的损失已经很大。为避免旅客列车故障影响列车的安全运行，铁路系统一般采用定期检修 和事后维修的方法来保证旅客列车的车况。这种检修方式存在"过剩维修" 和"不足维修"的缺点，造成大量人力物力的浪费，并且无法完全避免因列 车故障引起的安全事故发生。随着铁路向高速重载化发展，旅客列车行车安全的实时监测、故障诊断、 列车的运行控制、检修的快速高效性等问题更显得重要，急需一个可靠而完 善的旅客列车运行监测与在线故障诊断系统。 实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提供一种旅客列车运行监测与在线故 障诊断系统，它利用现代网络通信技术将列车各相互独立的状态监测模块联 结成为网络系统，对列车的运行状况进行监测，保证列车的安全运行。本实用新型解决上述技术问题的技术方案是包括列车在线诊断主机、网关、若干个车辆故障在线诊断分机、若干个车辆监测数据采集模块，车辆 监测数据采集模块经MVB (Multifunction Vehicle Bus)总线与车辆故障
在线诊断分机相连，车辆故障在线诊断分机通过网关经WTB (Wire Train Bus)总线与列车在线诊断主机相连。上述的旅客列车运行监测与在线故障诊断系统中，所述列车在线诊断主 机由电源、诊断主机模块、LCD显示器、功能键盘、无线转储收发器及USB 转储接口组成，所述诊断主机模块包括ARM嵌入式系统、FPGA模块、SRAM 阵列、E2PR0M阵列、PDIUSBD12接口芯片、驱动接口、列车总线接口， ARM 嵌入式系统、FPGA模块、SRAM阵列、E2pR0M阵列、PDIUSBD12接口芯片、驱 动接口、列车总线接口分别与在线诊断主机总线相连，列车总线接口经网关 与列车在线诊断分机相连，驱动接口与LCD显示器、功能键盘及无线转储收 发器相连，PDIUSBD12接口芯片与USB转储接口。上述的旅客列车运行监测与在线故障诊断系统中，所述车辆故障在线诊 断分机包括信号调理电路、A/D转换器、DSP处理器、存储器、显示器、USB 接口电路、总线接口、通信电路，信号调理电路的输出接A/D转换器的输入， A/D转换器的输出与DSP处理器总线相连，DSP处理器还分别和存储器、显 示器、USB接口电路、总线接口、通信电路相连。上述的旅客列车运行监测与在线故障诊断系统中，所述车辆设备状态监 测与数据采集模块由电气数据釆集器、机械数据采集器、环境管路监测数据 釆集器组成；电气数据采集器包括供电监测、空调监测、车门监测、电空制 动监测；机械数据采集器包括对转向架、轮对及轴承、车体及车架的状态监 测；环境管路数据采集器采集旅客信息、温度湿度、音频及视频使用信息、 烟火报警信号、空气管路监测信息、气动装置监测信息。本实用新型的有益效果本实用新型利用现代网络通信技术将列车各相
互独立的状态监测模块联结成为网络系统，由各车辆备状态监测与数据采集 模块采集车辆的电气部分、机械部分、环境管路等数据，系统通过对动态过 程监测与记录，发现关系到车辆运行安全的各零部件的维修与养护情况是否 良好，而结合动态的记录与评估建立的专家系统，可以对车辆动力学系统的 性能变化趋势进行预测，实行基于定量分析的质量控制与动态管理，实现车 辆的无病态或微病态运行，防止列车安全事故的发生。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明。
图l为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型中列车在线诊断主机的具体实施框图。 图3为本实用新型中列车在线诊断主机软件模块图。 图4为本实用新型中车辆故障在线诊断分机的结构图。 图5为车辆故障在线诊断分机的具体实施框图。 图6为本实用新型中车辆监测数据采集模块的结构图。 图7为本实用新型车辆监测网络拓扑结构图。
具体实施方式
参见图1，图1是旅客列车运行监测与在线故障诊断系统的结构框图。 它包括列车在线诊断主机、网关、若干个车辆故障在线诊断分机及车厢显示 器、若干个车辆设备状态监测与数据采集模块，系统利用列车总线(WTB)将全 列车的车辆故障在线诊断分机连为一体，使列检人员在列车上任何位置都可 方便地了解全列车主要设备的运行情况。其中，车辆设备状态监测与数据采 集模块采集车辆运行中各关键部件的状态数据，经MVB总线传输到车辆故障 在线诊断分机，也可以将各种传感器检测到的信号经过变换后通过车辆总线
(MVB)直接传送到车辆故障诊断分机;车辆故障诊断分机将这些相互独立的状 态监测模块联结成为网络系统，对于不同类型的故障，采取不同的处理方法 和故障诊断措施，诊断结果通过乘务室显示器显示，为列检人员提供故障信
息和对故障的处理意见，同时，通过网关经WTB总线与列车在线诊断主机相 连；而列车总线(WTB)则将车辆各自的故障诊断子系统连成一体，构成整个列 车的故障诊断系统。车辆诊断分机和各监测模块完成每辆车的运行状态监测 与故障诊断，列车在线诊断主机实现全车的故障综合诊断，并完成组网、数 据管理、数据存储功能。
参见图2，图2是列车在线诊断主机的具体实施结构框图。它由电源、 诊断主机模块、LCD显示器、功能键盘、无线转储收发器及USB转储接口等 组成；其中，诊断主机模块包括ARM嵌入式系统、FPGA模块、SRAM阵列、E2pR0M 阵列、PDIUSBD12接口芯片、驱动接口、列车总线接口。该诊断主机以ARM 嵌入式系统为核心，设计成低功耗、高性能、高可靠的专用便携式系统。图 3所示为列车在线诊断主机软件模块图，列车状态监测与故障诊断的软件由 操作系统、底层驱动程序以及应用软件组成。操作系统采用嵌入式实时多任 务操作系统(如VxWorks、 uC/0S-II等)；底层驱动程序主要包括显示设备、 输入输出设备、总线接口等的驱动程序；应用软件包括信息采集处理程序、 显示程序、故障诊断程序等。应用软件按照结构化、模块化、通用化的设计 原则进行设计，整个程序分为故障捕获模块、数据处理模块、故障诊断模 块、数据存储模块四大模块。系统由列车在线诊断主机通过列车总线对每一 车辆设置的诊断分机进行管理、监控。总之，列车在线诊断主机综合利用ARM 嵌入式系统接口功能强和FPGA内嵌软DSP核心数据处理能力强的特点，结合
SRAM阵列、E2PR0M阵列、外围通信接口而形成，且列车在线诊断主机留有足 够的接口余量，可满足整车状态监控与故障诊断的要求。
车辆故障在线诊断分机的结构组成见图4，包括信号调理电路、A/D转 换器、DSP处理器、存储器、显示器、USB接口电路、总线接口、通信电路， 信号调理电路的输出接A/D转换器的输入，A/D转换器的输出与DSP处理 器总线相连，DSP处理器还分别与存储器、显示器、USB接口电路、总线接 口、通信电路相连。图5为车辆故障在线诊断分机的具体实施结构图，它采 用以DSP为核心的结构，配置系统运行必需的SBSRAM和保存参数及测试数据 的E2PR0M，由大规模可编程逻辑器件CPLD分配系统地址和进行列车速度测 量；图5中以振动监测为例，系统采用的传感器振动温度组合传感器，振动、 冲击信号经模拟信号调理电路、A/D转换器进入DSP系统，数字温度信号由 RS485总线直接读取(其温度传感与现有的轴温报警器方式一样)；诊断结果 经车辆总线MVB送到诊断分机。本车辆故障在线诊断分机采用总线式分布结 构，具有集成度高、抗干扰能力强、稳定性好、成本低等特点。能对铁路机 车车辆及其他旋转机械进行不解体的实时状态监测和在线故障诊断，为了将
车载系统测量的数据转储到地面作进一步分析，系统提供了 USB接口快速转 储。系统设置的MVB接口，用于连接列车上符合TCN标准的其他设备，以实 现列车系统设备间的数据交换和共享。采用DSP为核心的诊断分机结构，使 系统结构大大简化，减少仪器自身的故障，既降产品低成本，又提高了可靠 性。
参见图6，本实用新型的车辆设备状态监测与数据采集模块分电气数据 采集器、机械数据采集器、环境管路监测数据采集器三大类。电气数据采集
器包括供电监测、空调监测、车门监测、电空制动监测等；机械数据采集器 包括对转向架、轮对及轴承、车体及车架等的状态监测；环境管路数据采集 器釆集旅客信息、温度湿度、音频及视频使用信息、烟火报警信号、空气管 路监测信息、气动装置监测信息等。
参见图7，图7是本实用新型的车辆监测网络拓扑结构图。以旅客列车 为例，车辆目前已配备的车载安全装置有轴温报警器、电子防滑器、自动 门、车电设备监测和火灾报警等。其中，轴温报警器采用集中式轴报器，无 主机和分机，在各车厢的乘务员室安装报警显示器，显示发生轴温报警的车 厢顺位号、轴位号、温度，发出音响报警。电子防滑器主机安装在各车厢的 乘务员室，车厢的走行部装有车轮速度传感器和自动排风阀。在列车停车过 程中，通过对车轮的走行速度进行采样分析，并控制放风阀的动作，避免车 轮的滑行。自动门主控器装在车厢乘务员室，可控制车厢门打开和关闭，同 时显示、控制门的位置状态等。车电设备监测和火灾报警装置已研制成功， 可监测车厢内外配电柜、大线连接座、分线盒端子等温度及车厢内关键部位 的烟度情况，在各车厢乘务员室的主机上显示监测状态和发出音响提示、报 警。网络视频监测可进行车厢监测，防止盗窃、破坏等行为的发生。但目前 的实际情况是以上几项车载装置，除集中轴报器具有各车厢之间数据传递 功能外，其余的均为各车厢单独工作，本车厢的运用情况是否正常无法在其 它车厢査看。由于车辆检修人员需要间隔一定的时间才能巡检一次，因此不 利于车辆行进中的实时监测和及时发现险情。为解决以上问题，充分列车现 有装备的监测信息，本实用新型采用图7所示的车辆网络拓扑结构，将以上 几项车载装置按照TCN标准组成网络系统，从而实现资源共享，使本实用新 型的实施成本大大降低。
权利要求1、一种旅客列车运行监测与故障在线诊断系统，其特征在于包括列车在线诊断主机、网关、若干个车辆故障在线诊断分机及车厢显示器、若干个车辆设备状态监测与数据采集模块；车辆设备状态监测与数据采集模块采集车辆运行中各关键部件的状态数据，经MVB总线传输到车辆故障在线诊断分机，诊断结果通过车厢显示器显示；车辆故障在线诊断分机通过网关经WTB总线与列车在线诊断主机相连，构成整个列车的故障诊断系统。
2、 根据权利要求1所述的旅客列车运行监测与故障在线诊断系统，其特 征在于所述列车在线诊断主机由电源、诊断主机模块、LCD显示器、功能 键盘、无线转储收发器及USB转储接口组成，所述诊断主机模块包括ARM嵌 入式系统、FPGA模块、SRAM阵列、E2PR0M阵列、PDIUSBD12接口芯片、驱动 接口、列车总线接口， ARM嵌入式系统、FPGA模块、SRAM阵列、E2pR0M阵歹lJ、 PDIUSBD12接口芯片、驱动接口、列车总线接口分别与在线诊断主机总线相 连，列车总线接口经网关与列车在线诊断分机相连，驱动接口与LCD显示器、 功能键盘及无线转储收发器相连，PDIUSBD12接口芯片与USB转储接口 。
3、 根据权利要求1所述的旅客列车运行监测与故障在线诊断系统，其特 征在于所述车辆故障在线诊断分机包括信号调理电路、A/D转换器、DSP 处理器、存储器、显示器、USB接口电路、总线接口、通信电路，信号调理 电路的输出接A/D转换器的输入，A/D转换器的输出与DSP处理器总线相 连，DSP处理器还分别和存储器、显示器、USB接口电路、总线接口、通信 电路相连。
4、 根据权利要求1所述的旅客列车运行监测与故障在线诊断系统，其特 征在于所述车辆设备状态监测与数据采集模块由电气数据采集器、机械数 据采集器、环境管路监测数据采集器组成；电气数据采集器包括供电监测、 空调监测、车门监测、电空制动监测；机械数据采集器包括对转向架、轮对 及轴承、车体及车架的状态监测；环境管路数据采集器采集旅客信息、温度湿度、音频及视频使用信息、烟火报警信号、空气管路监测信息、气动装置 监测信息。
专利摘要本实用新型公开了一种旅客列车运行监测与故障在线诊断系统，包括列车在线诊断主机、网关、若干个车辆故障在线诊断分机及车厢显示器、若干个车辆设备状态监测与数据采集模块；车辆设备状态监测与数据采集模块采集车辆运行中各关键部件的状态数据，经MVB总线传输到车辆故障在线诊断分机，诊断结果通过车厢显示器显示；车辆故障在线诊断分机通过网关经WTB总线与列车在线诊断主机相连，构成整个列车的故障诊断系统。本实用新型将列车各相互独立的状态监测模块联结成为网络系统，通过对动态过程监测与记录，可以对车辆动力学系统的性能变化趋势进行预测，实行基于定量分析的质量控制与动态管理，保证车辆的安全运行。
文档编号B61L23/00GK201016001SQ200620051588
公开日2008年2月6日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者余小华, 剑 张, 陈艳子, 黄采伦 申请人:湖南科技大学