独立式智能列车故障诊断系统

刘文鸿 李辉 王雪峰 任俊利 石方圆

摘要： 本文介绍的独立式智能列车故障诊断系统解决了诊断系统功能、HMI显示功能和列车控制监视功能相互独立的技术问题。诊断系统程序更新不影响列车控制监控程序的正常运行，降低诊断系统更新带来的意外风险，提高列车运行的安全性。同时该诊断系统更新具有流量少、速度快等特点，通过3G网络、城域网络或Wi-Fi实现诊断系统远程更新的功能，方便列车维护人员对诊断系统更新工作。

【关键词】轨道交通 车载 故障诊断 智能 独立 多线程

轨道交通为国民出行带来极大便利的同时，轨道车辆运营安全和车载列车故障诊断系统的研究就显得越发重要。车载列车故障诊断系统为司机和维护人员提供宝贵的应急故障处理和维修信息。

当前车载故障诊断系统一般是集成在TCMS列车网络控制系统的CCU中央控制器中，CCU在负责列车控制和监控功能外，还负责对列车数据进行分析和故障诊断，将符合判断条件的故障信息通过通讯协议传递给HMI人机交互界面显示出来。由于诊断系统功能与控制监视功能编写在一个可执行文件中，在更新诊断系统功能时，列车控制监视程序也被更新，如果控制监视程序在编码或编译阶段发生意外更改，这样会对列车的运行安全造成隐患。

本文介绍的诊断系统方案中，ccu不再负责列车的故障诊断功能，在HMI中实现诊断功能，诊断系统的可执行文件独立于其它TCMS软件，诊断系统程序更新不影响列车控制监控程序和HMI显示程序的正常运行，因此称之为独立式智能列车故障诊断系统。1独立式智能列车故障诊断系统整体技术方案

l.1 TCMS列车网络控制系统软件结构

1.1.1 列车控制和监视程序

该程序提供列车主要控制逻辑功能，包括对列车状态监视、列车运行控制以及子系统管理等主要功能。

1.1.2 HMI显示程序

该程序提供HMI主要的显示功能、与ccu通信功能、以及故障信息显示功能。

1.1.3 诊断系统程序

该诊断系统程序提供故障判断逻辑、故障等级、故障分类、故障详细描述、故障处理应急方案、以及故障诊断系统版本管理，而且允许诊断系统程序更新采用补丁升级和整体升级的方式。

1.2 独立式智能列车故障诊断程序更新方式

如图1所示，更新方式一：整体更新方式即删除原有的故障诊断配置文件，上载新版配置文件；更新方式二：补丁追加方式为保留原有故障诊断配置文件，而向其中追加需要更新的配置文件。

如图2所示，在HMI系统中设置了诊断系统程序更新服务器，维护人员客户端可以通过以太网通信与服务器相连接，为了增加安全性，服务器要求客户端连接进行密码验证，并且记录客户端MAC地址、硬盘串号硬件信息，以及客户端操作记录等。

当诊断程序需要升级时，例如从1.2.6版本升级到1.2.8版本时，客户端软件自动检测版本差异，并将只有差异的诊断配置文件打包发布给HMI进行诊断系统的升级，这样避免由于升级全部文件导致流量大、升级缓慢的情况。当以打补丁的方式进行升级次数过多时，客户端会提示进行诊断系统配置文件整体更新，这样可以解决由于补丁式升级带来文件琐碎的不利。

如图3所示，该设计方案尤其适用于通过3G网络进行远程诊断系统更新。

1.3 独立式智能列车故障诊断系统工作原理

如图4所示，诊断系统程序直接对MVB总线数据进行采集，并分线程轮询故障判断逻辑，当故障判断逻辑成立时，即故障产生时，诊断系统程序将相应的故障信息和处理方案放到HMI共享内容中，此时HMI显示程序从共享内容中读取故障信息和处理方案并进行显示。

1.4 独立式智能列车故障诊断系统多线程扫描机制

HMI直接采集列车总线上的所有数据。依据故障诊断级别A级、B级、C级，HMI在处理上采用多线程处理，如图5所示，具体设置3个线程分别对大故障、中故障、小故障进行周期性扫描，对高等级故障扫描线程周期短，以确保对大故障检测实时性。

1.5 应用实施例

以selctron平台搭建列车网络控制系统，HMI选用pixy公司的901NC型号的显示屏，参照本文设计对HMI程序进行CAN网络通信程序开发，诊断系统开发，升级服务器配置。最终车载故障诊断系统完全在HMI中实现，诊断系统的升级不影响到列车控制程序的运行。

2 独立式智能列车故障诊断系统解决的问题

（1）诊断系统完全在HMI中实现，诊断系统更新不会影响列车控制监视功能，降低由于诊断系统更新造成的潜在隐患，即使在车辆运营中也能够进行诊断系统的更新。

（2）诊断系统更新可以是整体更新方式，也可以是补丁升级的方式，有效缩短系统更新时间，减少更新流量。

（3）通过3G网络、城域网络或Wi-Fi网络，列车司机或维护人员能够在第一时间快速便捷的升级列车诊断系统。

（4）采用多線程的方式扫描不同级别的故障，实现重大故障先诊断的功能，提高了故障诊断的效率。

参考文献

[1]邵位，列车故障诊断专家系统智能技术研究[D].大连交通大学，2013.