专利名称：机车故障诊断方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机车故障诊断方法和系统，尤其涉及一种对机车的故障进行监测和诊 断的方法和系统。
背景技术：
由于机车在线的运行时间长，工作环境恶劣，运营密度也很高，一旦发生故障会影 响整条铁路线路的运行，因此机车运行的可靠性、可用性、可维护性和安全性(RAMS)是判 断机车质量优劣的重要标准。铁路运营安全一直是非常重要的问题，为提升机车的可靠性 和安全性，针对机车的某一功能或系统开发了对应的诊断设备，但是这些设备均是相互独 立的，往往单独采集和处理信号，再将结果传递给控制系统或通过继电器辅助触点接入保 护回路中。但是此类设备不能完整的检测机车的整体状态、也无法对机车故障进行全面的 诊断，并且需要考虑其安装空间和布线条件，不但增加了机车制造成本，还大大加大了机车 的故障率。所以现有技术中均没有对整车故障进行分析的系统，也没有完善的分析方法。随着技术的不断进步，铁路装备也不断升级，微机网络控制系统已经在机车上普 遍使用，其强大的功能已经得到了人们的认可，一些单元已经具备了初步的故障诊断能力， 但对于机车故障定义模糊，不能提供进行故障操作建议，还不能形成一套完整的体系。另外 原有的系统还没有完整的故障数据记录，故障提示的内容还很简单，且不具备故障导向的 能力，维护时比较复杂。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供了一种机车故障诊断方法和系 统，可以对机车整体的所有设备进行监控，对出现故障的机车设备进行故障处理。并可保存 故障信息，建立一套完整的故障诊断分析方法和系统，使机车故障诊断功能更加完善。为实现上述目的，本发明提供了一种机车故障诊断方法，所述方法包括获取采样装置对机车设备进行监测时所采集的监测数据；将所述监测数据与数据库中的所述机车设备的故障信息中的设备变量状态或数 据阈值进行对比处理，如果所述监测数据的变量状态异常或采样数值超过所述故障数据阈 值，则从所述数据库中调用所述机车设备的所述故障信息的故障提示信息并显示，在机车 控制单元存储设备中保存此次所述机车设备的所述故障信息及所述监测数据；根据所述机车设备的所述故障提示信息对所述机车设备进行故障处理。为实现上述目的，本发明提供了一种机车故障诊断系统，所述系统包括数据库，用于保存机车设备的包括设备状态和故障数据阈值的故障信息，以及所 述故障信息的故障提示信息；采样装置，用于对机车设备进行监测，采集监测数据；故障分析装置，用于将所述监测数据与故障信息中的变量状态或故障数据阈值进 行对比处理，如果所述监测数据的变量状态异常或数值超过所述故障数据阈值，则从所述数据库中调用所述机车设备的所述故障信息的故障提示信息并显示，保存所述机车设备的 所述故障信息及所述检测数据；诊断装置，用于根据所述机车设备的所述故障提示信息对所述机车设备进行故障处理。因此本发明的机车故障诊断方法和系统，可以对机车整体的所有设备进行监控， 对出现故障的机车设备进行故障处理，并保存故障提示信息，由此建立一套完整的故障诊 断分析方法和系统，使机车故障诊断功能更加完善。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。图1为本发明故障诊断系统的结构示意图；图2为本发明的机车故障诊断系统的下载单元的结构示意图；图3为机车设备故障周期的流程图；图4为本发明机车故障诊断方法实施例一的流程图；图5为本发明机车故障诊断方法中步骤202和步骤203的诊断流程图；图6为本发明机车故障诊断方法实施例二的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。本发明机车故障诊断方法和系统提供了一套完整的机车故障诊断的分析方法和 系统，以应用于机车的设计和运用中，降低机车故障率，提高运营效率，并且为故障导向为 基础提高维护效率。通过对信号采样、故障判断、故障报警保护或维护确定故障诊断过程， 通过故障的诊断及故障导向作用，达到故障预警、故障保护以及故障查找和故障维护的作用。图1为本发明故障诊断系统的结构示意图，如图所示，本发明故障诊断系统具体 包括采样装置1、故障分析装置2、诊断装置3、数据库4。数据库4用于保存机车设备的包括设备状态和故障数据阈值的故障信息，以及故 障信息的故障提示信息，数据库具体存储有预设的机车设备的故障信息的故障名称、设备 状态、故障数据阈值、故障代码，根据故障对机车设备的影响设置的故障等级、故障优先等 级，以及预设的故障信息的故障提示信息；采样装置1用于对机车设备进行信号监测，提取 监测数据；故障分析装置2用于将监测数据与故障信息中的设备状态和故障数据阈值进行 对比处理，如果监测数据的状态异常或超过故障数据阈值，则从数据库4中调用机车设备 的故障信息的故障提示信息，并保存机车设备的故障信息及检测数据；诊断装置3，用于根5据机车设备的故障提示信息对机车设备进行故障处理，通过外部电路、继电器、发声、发光 设备对设备进行保护或发出声光提示信息。另外还可以包括显示单元5，用于按照故障优先级显示故障信息和故障提示信息。采样装置1主要对机车设备状态进行监测，采集检测数据，主要包括模拟量信号 监测和数字量信号监测。模拟信号的采集包括控制命令监测和模拟量状态检测，控制命令监测主要是对司 机指令(如司控器、制动控制器等)进行监测；模拟量信号监测主要是对电压、电流、压力、 速度、温度等模拟量信号进行采集，在相关位置的设置相应传感器。传感器测量范围应大于 被测电路最大值，所有传感器输出电压或电流等级尽量保持一致，减少硬件开发的投入。如 果监测数据超过故障数据阈值则说明状态异常，或监测数据不在正常范围内则说明采样设 备异常，触发故障。数字量信号监测主要是对开关器件状态进行监测，保证动作可靠，如主断状态信 号，受电弓滑板压力开关状态、高压隔离开关状态信号、变压器温度开关信号、主接触器状 态信号、预充电接触器状态信号、变流模块状态信号、辅助接触器状态信号、辅助断路器状 态信号、辅助热保护继电器状态信号、各制动阀状态信号等。这些监测数据的信号经采集 后，由各控制单元进行逻辑运算，与各个监测数据的设备状态进行对比，确定各设备状态是 否正常，如果监测数据与设备变量状态不一致则说明状态异常，触发故障。由于故障检测关系到机车运营安全性，所以应考虑整个故障诊断系统的冗余性， 所有监测信息应同时反馈到采样装置1的主、从设备中。故障分析装置2对接收到采样装置1提取的检测数据进行转化、判断，若有故障进 行故障保护并且可以通过显示单元对故障进行报警和提示。故障分析装置2包括几个控制 单元主处理单元20、牵引控制单元21、辅助控制单元22、制动控制单元23、输入输出(I/ 0)单元对，各个单元的作用如下主处理单元20 完成对机车网络通讯的管理，对整车控制逻辑和故障状态进行判 断；牵引控制单元21 根据司机指令完成牵引控制，并对牵引传动系统进行实时监测 和故障诊断；辅助控制单元22 主要功能是实现机车辅助变流系统控制，并监测辅助变流系统 状态，并完成辅助负载的管理；制动控制单元23 主要功能是根据司机指令完成制动控制、并对制动系统进行监 测；输入输出(I/O)单元M 对机车重要信号进行采集，并根据指令，发出控制指令。而显示单元5显示机车主要状态信息和故障信息，对司机故障操作进行提示，并 且通过相应按键控制命令设定和状态设定。通常情况下，除输入输出单元M和显示单元5没有逻辑运算能力，其他设备都能 对系统功能进行控制，并且采集相应的数据信号，达到控制的目的。各单元还通过机车的通 信网络进行通讯，将机车各单元的状态信息和故障信息发送到相关单元，以便控制系统根 据故障的情况调整设备工作状态，优化控制策略。诊断装置3通过外部电路、继电器、发生、发光设备对机车设备进行保护或发出声光提不信息。本发明的机车故障诊断系统还包括下载单元，图2为本发明的机车故障诊断系统 的下载单元的结构示意图，如图所示，下载单元6用于下载机车设备的故障信息。下载单元 6的故障下载需在机车故障诊断系统工作的情况下进行，故障分析装置2的组成单元，主处 理单元20、牵引控制单元21、辅助控制单元22和制动控制单元23，以及显示单元5上都有 专用的维护接口，任一接口都可通过连接电缆60上与下载单元(例如维护电脑)6连接，通 讯建立后，数据通过箭头所示的方向传递到下载单元6。可以下载整车或单独设备的故障信 息数据，且对于下载的数据应考虑适用性，下载数据的文件采用通用文件格式，例如最好采 用电子表格形式。故障是指设备的正常运转或运行被中断，故障处理需要围绕着故障周期建立。如 图3所示，为机车设备故障周期的流程图，具体包括如下步骤步骤101，检测设备状态；步骤102，对故障进行逻辑判断，是否具有故障；如果无，则说明设备正常则执行 步骤101，如果是，则说明设备发生故障，执行步骤103 ；步骤103，对故障进行报警和提示；步骤104，进行故障保护；步骤105，进行故障查找；步骤106，判断设备是否损坏或到期，如果到期则更换部件，结束，如果损坏则执行 步骤107 ；步骤107，进行故障排除，排除完成后，执行步骤101。图4为本发明机车故障诊断方法实施例一的流程图，如图所示，本发明机车故障 诊断方法实施例一具体包括如下步骤步骤201，获取采样装置对机车设备进行监测时所采集的监测数据；即如上述机车故障诊断系统中的采样装置对机车设备进行信号检测，获取到状态信号；步骤202，将监测数据与数据库中的机车设备的故障信息中的变量状态或故障数 据阈值进行对比处理，如果监测数据的变量状态异常或数值超过故障数据阈值，则从数据 库中调用机车设备的故障信息的故障提示信息并显示，保存此次机车设备的故障信息及相 关监测数据；步骤203，根据机车设备的故障提示信息对机车设备进行故障处理。图5为本发明机车故障诊断方法中步骤202和步骤203的诊断流程图，此两个步 骤的故障维护和诊断应当为一套完善的过程，通过故障诊断首先应保证人员和设备的安 全，具体包括如下步骤步骤301，实时监测机车设备状态，对采样装置的状态进行检测；步骤302，故障判断逻辑的定义是根据采样装置反馈状态进行判断；采样装置1监测到的检测数据主要包括模拟量信号监测和数字量信号监测，将这 些检测数据与预设的变量状态或故障数据阈值进行对比处理，如果变量状态异常或数值超 过故障数据阈值，则说明该设备产生了故障；在故障逻辑的定义中应避免故障的误判，通常在接收到机车设备异常状态后，即监测数据超过故障数据阈值，开始延时或计数，若延时或计数完成后设备状态恢复正常，则 视为误报，重新采样，若异常状态仍未消除则触发故障；步骤303，故障发生后，触发故障报警和提示；确定故障发生，根据故障信息的故 障代码从数据库中调用机车设备的该故障信息的故障提示信息；步骤304，由于控制策略的不同根据故障信息对机车设备进行自动保护或人工干 预而实现对故障设备的保护；步骤305，自动保护将故障逻辑加入到设备的控制逻辑中，通过故障保护电路对设 备进行保护并触发报警，人为干预往往通过触发的显示或语音报警，由工作人员判断是否 故障，若故障则通过手动的方式切除或隔离相应设备，机车回段后，根据故障提示的内容， 下载故障数据，判断故障位置，对故障设备进行维护；步骤306，故障消除后机车恢复运行。图6为本发明机车故障诊断方法实施例二的流程图，如图所示，本发明机车故障 诊断方法实施例二具体包括如下步骤步骤401，建立 机车故障诊断方法的硬件和软件基础；硬件系统应包括图1中包含的设备，并应尽量考虑故障诊断系统硬件与机车微机 网络控制系统兼容。为使故障诊断系统合理清晰，更利于故障判断和分析，需对故障进行准 确合理的命名和定义，合理确认故障信息中的故障代号、故障名称，根据故障对机车运营造 成的影响定义故障等级；根据故障等级和显示需求定义故障优先等级；通过信号采样，判 断故障，并通过通信网络传递故障信息；步骤402，预设机车设备的故障信息的故障名称、设备状态、故障数据阈值、故障代 码，根据故障对机车设备的影响设置故障等级、故障优先等级，以及预设故障信息的故障提 不信息；包括机车故障诊断系统的总体定义，在故障维护系统进行故障维护和诊断设计之 初需对故障维护系统进行总体定义，具体的定义如下故障和事件分类故障维护系统用于为操作和维护服务，故障的分类应当简单、清 晰，根据故障对机车运营造成的影响，可以将故障和事件定义重大故障、次级故障、一般故 障、事件记录。优先级定义由于机车为一个庞大的系统，为了使有用的信息正确、客观、及时地 显示给司乘人员，需确定故障的优先等级，并在提示时对重要的故障进行筛选，这对故障查 询和分析有重要作用，故障优先级根据故障设备对系统影响定义，即重大故障大于次级故 障大于一般故障大于事件记录，在同类故障或事件中无优先级。故障代码、名称故障定义是一件比较复杂的工作，不但要考虑到其整体性和完整 性，还需考虑到其实用性，如果故障定义简单明了往往能对故障提示和故障导向起到至关 重要的作用。为准确定义故障，在故障信息中对故障的定义分为故障代码和故障名称，二者
--对应。故障代码为方便故障记录和查找故障代码应该包括故障等级aa、故障位置编 码bb和故障序号cc，aa、bb、cc可以分别由2个16进制数表示，则故障代码可表示为 aa-bb-cc, aa定义见表1，位置编码和故障序号根据机车实际情况定义。故障名称故障名称与故障代码对应，故障名称包括故障等级和故障内容，故障等级AA用2个字母表示见表1 ；另外故障内容用英语简称表示XXXXXX，限值长度为6位字母。 即故障代码可以表示为AA_XXXXXX。表1故障等级代号定义
权利要求
1.一种机车故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括获取采样装置对机车设备进行监测时所采集的监测数据；将所述监测数据与数据库中的所述机车设备的故障信息中的设备变量状态或数据阈 值进行对比处理，如果所述监测数据的变量状态异常或采样数值超过所述故障数据阈值， 则从所述数据库中调用所述机车设备的所述故障信息的故障提示信息并显示，在机车控制 单元存储设备中保存此次所述机车设备的所述故障信息及所述监测数据；根据所述机车设备的所述故障提示信息对所述机车设备进行故障处理。
2.根据权利要求1所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述获取采样装置对机车 设备进行数据监测时的监测数据前还包括预设机车设备的故障信息的故障名称、设备变 量状态、故障数据阈值、故障代码，根据所述故障对所述机车设备的影响设置故障等级、故 障优先等级，以及预设所述故障信息的故障提示信息。
3.根据权利要求2所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述方法还包括将预设后 的所述故障信息和故障提示信息保存到所述数据库中。
4.根据权利要求2所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述如果所述监测数据的 变量状态异常或数值超过所述故障数据阈值，则从所述数据库中调用所述机车设备的所述 故障信息的故障提示信息具体包括如果所述监测数据的变量状态异常或数值超过所述故 障数据阈值，则根据所述故障信息的故障代码从所述数据库中调用所述机车设备的所述故 障信息的故障提示信息。
5.根据权利要求2所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述显示具体包括按照所 述故障优先级显示所述故障信息和故障提示信息。
6.根据权利要求1所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述方法还包括通过机车 网络传输所述故障信息。
7.根据权利要求1所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述方法还包括下载所述 机车设备的所述故障信息。
8.根据权利要求1所述的机车故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述机车设备的 所述故障提示信息对所述机车设备进行故障处理具体包括根据所述机车设备的所述故障 提示信息对所述机车设备进行恢复或隔离维护处理。
9.一种机车故障诊断系统，其特征在于，所述系统包括数据库，用于保存机车设备的包括设备状态和故障数据阈值的故障信息，以及所述故 障信息的故障提示信息；采样装置，用于对机车设备进行监测，采集监测数据；故障分析装置，用于将所述监测数据与故障信息中的变量状态或故障数据阈值进行对 比处理，如果所述监测数据的变量状态异常或数值超过所述故障数据阈值，则从所述数据 库中调用所述机车设备的所述故障信息的故障提示信息并显示，保存所述机车设备的所述 故障信息及所述检测数据；诊断装置，用于根据所述机车设备的所述故障提示信息对所述机车设备进行故障处理。
10.根据权利要求9所述的机车故障诊断系统，其特征在于，所述数据库具体存储有 预设的机车设备的故障信息的故障名称、设备变量状态、故障数据阈值、故障代码，根据所述故障对所述机车设备的影响设置的故障等级、故障优先等级，以及预设的所述故障信息 的故障提示信息。
11.根据权利要求9所述的机车故障诊断系统，其特征在于，所述系统还包括显示单 元，用于按照所述故障优先级显示所述故障信息和故障显示信息。
12.根据权利要求9所述的机车故障诊断系统，其特征在于，所述系统还包括下载单 元，用于下载所述机车设备的所述故障信息。
全文摘要
本发明公开了一种机车故障诊断方法和系统，方法包括获取采样装置对机车设备进行监测时所采集的监测数据；将监测数据与数据库中的机车设备的故障信息中的设备变量状态或数据阈值进行对比处理，如果监测数据的变量状态异常或采样数值超过故障数据阈值，则从数据库中调用机车设备的故障信息的故障提示信息并显示，在机车控制单元存储设备中保存此次机车设备的故障信息及监测数据；根据机车设备的故障提示信息对机车设备进行故障处理。因此本发明的机车故障诊断方法和系统，可以对机车整体的所有设备进行监控，对出现故障的机车设备进行故障处理，并保存故障信息，由此建立一套完整的故障诊断分析方法和系统，使机车故障诊断功能更加完善。
文档编号G01M17/08GK102042909SQ20091020483
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者仝雷, 谢曲波, 高健 申请人:中国北车集团大同电力机车有限责任公司