机车运行信息检测系统的设计与实现

殷大勇

摘 要：随着我国新时代科学技术的不断发展，我国机车实际运行之中的信息检测系统的相关技术设计也得到了新的发展，但是在现阶段我国机车实际运行之中的信息检测系统的设计依然存在诸多不足之处，值得引起相关研究人员的高度重视，我国新时代科学技术的飞速提高为我们带来了诸多便利，但也逐渐使新时代科学研究面临了极大的挑战与发展要求。本文重点针对机车实际运行之中的信息检测系统的设计与实现进行探讨和分析以供广大机车实际运行信息检测系统设计者的参考，以期為我国新时代机车实际运行之中的信息检测系统的发展提供有效助力。

关键词：机车;实际运行;信息检测系统;设计

对内燃机车实际运行状态进行检测与分析的基础在于机车的各个部件的实际运行产生的数据，特别是在实际的机车实际运行中检测到的一系列动态数据。现阶段我国新生产的一些机车都已经配备了具有一些特殊功能的设备系统，其中就包括机车信息的监测系统，但在此之前进行生产的各种类型的机车并没有安装这个设备系统，除此之外，不一样的管理与实际运行模式对于机车信息监测系统的实际运行要求也并不是完全相同的。DF4B/4C机车本来是经过机车实际运行过程中信息安全方面的检测装置（或简称为TAX控制装置）对一些机车的实际运行数据进行记录，但是记录机车维护数据所得出的相关数据资料却很少，也就是说，机车在进行牵引运用时，缺少机车各个实际运行情况数据的动态记录，各个项监控数据的综合利用有利于机车在运用过程中所体现出的各种状况进行更为深入、科学的综合分析。所以相关机车实际运行之中的信息检测系统研究设计者开发了DF4B/4C机车实际运行信息及时的监测系统，和原有的机车上的TAX记录器相互配合，对机车牵引运用时的电、油、水等系统的实际运行情况数据进行及时的记录。经过各类数据分析软件对于机车实际运行数据所进行的一系列分析判断，为掌握设备与部件的实际应用中的技术状态，为机车在使用过程中的预防性维修、检修提供真实可靠、有效的依据。安全一直是铁路运输事业的第一要点，在整个铁路基本的安全管理体系之中，铁路实际运行当中的安全又一直处于最为关键的地位，监测机车上的设备与系统这一重要措施对安全具有重要又要联系。

一般情况下也称机车信息监测系统为机车的“黑匣子”。一般认为在国外是对机车“黑匣子” 开始进行研究是从七十年代起，并不断开发出很多非常实用的新式产品，而在我国国内生产的第一代火车上的机车“黑匣子”始于七十年代末，主要是在仿制对国外产品进行研究。随着铁路各种行车设备的不断改善和不断更新，相关的铁路部门经过不懈的努力先后开发了很多种机车“黑匣子”，这些“黑匣子”在确保机车安全实际运行的监管之中具有非常重要的作用。比如说株州的电力研究所研究开发的JK2ooo型机车通行监控记录装置等等，对机车地面实际运行状态进行及时的监测 ，对机车在实际运行时的速度、距高、前方可以进行充分的了解，使机车的实际通行安全系数得到了进一步的提升。

现阶段我国新生产的机车基本上都已经配置了一些具体功能的机车信息监测系统。但在我国早期的机车生产中，机车并没有安装这个设备。除此以外，因为不同的管理模式对于机车信息监测系统的实际需要也并不是相同的，DF4B/4C机车原本应有的机车实际运行过程中信息安全方面的检测装置就细致的记录了部分机车在实际运行中的数据，但是对于机车相关的维护数据记录并不是很多，也就是说机车在牵引实际运行的实际状态之下，缺少机车各个实际运行情况数据的动态记录，对各种监控数据综合利用对机车在适时过程中体现出的各种状况进行综合分析是身份不利的。所以相关研究设计者开发了DF4B/4C机车的实际运行信息检测系统，和机车上原本安装的的TAX记录器一起相互配合，记录机车在进行牵引实际运行时所需要注意的油、电、水等系统的具体实际运行情况数据，为机车的预防性检修提供真实的参照依据。

一、机车实际运行之中的信息检测系统相关的设计思想

现阶段已经进行装车了的某些机车实际运行信息检测装置一般采用的是单片机型设计，功能和性能都较为简单和固定，缺少一定的灵活性和扩展性，在进行机车实际运行时难以对现场实际运行数据进行足够的分析。经过多个单片机进行组合的模块化系统并没有得到充分的形成，使装置本身的一系列故障的维修产生很大的困难。

随着我国现阶段嵌入式的系统性价比以应用为中心的发展趋势不断的提高，机车应用使用现阶段通用嵌入式的工业级控制装置，可在很大程度上提高应用系统的实际开发周期，有效提高机车实际运行之中的信息检测系统的实际可靠性和综合工作效率。

新型机车中实际运行的及时信息检测系统和装置的主要应用在于机车车头部分，这种系统装置的主要设计思想就是使用工业级的标准嵌入式控制装置硬件作为基础，主要使用标准的嵌入式的实用性操作系统，而外部设备在实际设计中则主要使用较为常规的设备。主要对通用可视化的开发工具进行使用。模块化系统设计灵活，快速，功能强大且可扩展。该软件可根据需要进行机载扩展调试，可在机车实际运行现场进行数据分析，模块化结构使设备本身的维护非常方便。

现阶段我国新生产的机车基本上都已经配置了一些具体功能的机车信息监测系统。但在我国早期的机车生产中，机车并没有广泛安装这个设备，经过多个单片机进行组合的模块化系统并没有得到充分的形成，使装置本身的一系列故障的维修产生很大的困难。在现阶段设计之中要对机车信息监测系统进行广泛普及，在设计时各类数据分析软件对于机车实际运行数据所进行的一系列分析判断，使用标准的嵌入式的实用性操作系统和较为常规和保险的设备进行设计。DF4B/4C机车原本应有的机车实际运行过程中信息安全方面的检测装置就细致的记录了部分机车在实际运行中的数据，同时也用新时代机车信息监测系统对其中存在的一些问题进行了弥补，机车信息监测系统和机车实际运行过程中信息安全方面的检测装置相互配合，具有重要意义。过去的机车在进行牵引运用时，缺少机车各个实际运行情况数据的动态记录，各个项监控数据的综合利用对于机车在运用过程中所体现出的各种状况进行更为深入、科学的综合分析，而新的机车实际运行之中的信息检测系统对此有了巨大的改进，对我国综合铁路运输实力的发展提供了有效助力。

二、机车实际运行之中的信息检测系统硬件设计

（一）系统功能要求

原DF4 B机车上的TAX监控装置记录了一些机车实际运行数据，如时标，车速，信号，公共小时标记，总量，标距，数量，本地机器，货运公交车，机车编号，部门编号，车站编号，驾驶员编号，乘客编号，机车编号和型号等信息。该项目在DF4B机车控制台上安装了机车实际运行信息的及时的监控装置，记录机车的各种及时的实际运行情况。除了保留TAX监控装置在原车上提供的各种机车实际运行数据外，还根据维护需要增加差压。怠速，接地，总过流，故障励磁，固定发电，机车卸载，水温，油温，燃油压力，滑动压力，辅助电压，充放电电流，6电机分流，主电压，主电流等采集数据。在机车实际运行期间及时的检测并记录机车的动态实际运行数据。

（二）系统硬件设备设计

1、嵌入式核心控制装置

根据系统设计思路，核心控制装置必须能够取代传统的PC和PLC，支持标准显示，并提供完整的高级语言开发环境和工具。它具有强大的数据处理能力和速度，并具有网络接口和USB接口，允许连接到CF卡等存储设备。在比较了几个嵌入式控制装置之后，我们选择了ICP DAS的WinCon-8000嵌入式工业控制装置系统。该控制装置主机使用 W-8331模块，内置 IntelStrongARM32位 CPU，时钟2。06 MHz，内存64 MBSDRAM，32 MBFLASHMemory，采用 CF卡做电子盘，选用3扩展槽底板。

WinCon-8000是一个嵌入式控制装置，具有实际运行Windows CE。NET操作系统的常规PC和PLC功能。Windows CE。NET是一种广泛用于智能设备的及时的多任务嵌入式操作系统。它可以根据特定应用程序为轻量级应用程序进行定制，并支持多CPU架构。支持VisualBasic。NET，VisualC#，EmbeddedVisualC++等开发工具。Windows CE继承了传统的Windows图形界面，Windows平台上的应用软件可以经过简单的修改和移植在Windows CE平台上连续使用。经过 WinCon-8000提供的 WinConSDK，在普通微机上利用微软的 VisualStudio. NET和 EmbeddedVisualC++开发环境直接开发应用程序，然后将其下载到 WinCon-8000中去执行。开发环境随时可用，为开发功能强大的图形应用程序奠定了基础。

WinCon-8000具有VGA接口，允许用户使用支持以太网，USB，键盘，鼠标和CF卡的LCD显示器替换HMI显示器。设有 RS232、485串口，支持多种 I/ O模块，如 I-7000， I-8000，I-87 K的扩展I / O模块支持定时计数器/频率计。选择WinCon-8000作为主控制装置，为机车数据分析提供便利。记录的数据可以传输到地面微型计算机进行分析，或者可以在显示器安装在机车和键盘上后直接监视和处理，从而可以在机车上轻松维护和调试。

2、模拟量输入通道

本系统中需要测量的模拟量有：1～6电机分流、主发电电压、主发电电流、水温、油温、油压、十四种模拟量，如辅助发电、燃油压力、电池充放电电流和柴油机转速。

机车上使用的模拟输入模块应该基于恶劣的环境和高可靠性，而价格是次要因素。因此，我们选择ICP DAS的I-7000系列I-7018模块作为模拟输入通道。I-7018是一个8通道模拟输入模块。该机器使用两个i-7018模块实现14个模拟输入。

3、开关量通道

我已经为模拟输入通道选择了I-7000系列模块。I-8042（16通道隔离数字I / O）模块用作数字输入通道。

需要在此设备中收集的开关量是差压，水温，固定发电，空转，8个开关量，如主回路接地，主回路过流，本地机车卸载和故障励磁。使用了一块I-8042的8个通道。

4、速度采集通道

为了收集机车柴油发动机速度，需要速度获取通道。选择ICP I-8080（4通道计数频率装置）模块来收集机车柴油发动机转子的脉冲输出，并根据频率计算转速。

（三）电源与机箱设计

该系统的其他模块包括一个电源转换模块（ph75 s110-24）和一个速度开关量调节板。一个信号调理板，一个机箱，四个航空插座，四个按钮开关，八个指示灯。

检测装置采用31cm×24。5cm×19。5cm工业机箱，所有键盘，显示器和鼠标插座均安装在机箱上。面板上的八个指示灯指示设备的实际运行状态，面板上的四个按钮开关控制数据转录操作。经过4个航空插座在现场连接所有数据收集點。为了避免影响机车的原始信号系统，信号采集采用高阻抗输入电路，并采取一系列信号隔离，放大，变换和传输措施。例如，在一些高速，强干扰信号通道中，增加了隔离变压器以将信号源与电路隔离。经过设计滤波器电路来抑制电源干扰，大大降低了器件崩溃的可能性，并且提高了器件的可靠性。

该软件由三部分组成：机内数据采集软件，车载数据分析软件和地面数据分析软件。

机内数据采集软件每隔1秒驱动每个I / O通道收集每个信息点的数据，同时接收TAX盒的数据，形成帧长120B的记录。TAX盒输出的时间是标准时间，根据精度每一到十秒记录一帧数据。如果两次收集的数据变化不大，则每十秒记录一帧数据;如果收集的数据两次变化很大，则每一秒记录一帧数据。存储一帧数据所需的存储空间是120B。当存储器几乎满时，根据先进先出数据备份策略消除第一记录数据。确保始终记录着最近几天的数据。

三、机车实际运行之中的信息检测系统中的数据分析软件

数据经过存储器转录传输到地面计算机，地面计算机实际运行地面数据分析软件读取存储器的原始数据。执行数据格式验证，挑选不完整记录，并根据驾驶员编号或时间分段绘制机车实际运行状态数据曲线。该软件由德尔福开发，用时间戳绘制机车各数据的实际运行曲线。可以根据时间，公里标记等来搜索和查询记录的数据。实际运行曲线提供各种数据回放分析模式，包括水平和垂直数据比较，使记录的数据可视，真实地再现机车在实际运行状态下的各种实际运行情况信息。机车在进行牵引运用时，缺少机车各个实际运行情况数据的动态记录，各个项监控数据的综合利用对于机车在运用过程中所体现出的各种状况进行更为深入、科学的综合分析具有重要意义，使地面分析人员直观地判断机车的实际运行状况，为机车的维护提供科学依据。

收集器记录的数据也可以经过数据格式转换程序转换成其他地面处理软件所需的数据格式，方便用户使用其他商业地面数据处理软件。同时，地面数据分析软件向维护信息库提供数据。采用通用的功能强大的工业级微控制装置组成系统，尽管成本高，对机车这样的关键性设备来说，依然是可以接受的方案。本装置主要由哈密的新通公司进行组织研制的，主要被使用于车头维护相关的数据的采集和获取，进行在DF4B机车上的实际运行试验，经过合理、科学、有效的实际运行试验能够充分体现这一系统的实际运行足够稳定可靠，各个方面的优点和功能都能够被充分发挥，进而达到这一系统一开始预计的设计目的。新的机车实际运行之中的信息检测系统对机车地面实际运行状态进行及时的监测 ，对机车在实际运行时的速度、距高、前方可以进行充分的了解，使机车的实际通行安全系数得到了进一步的提升。

四、总结

随着我国新时代科学技术的不断发展，我国机车实际运行之中的信息检测系统的设计与实现也取得了重要的成就，值得引起相关研究工作者的高度重视，以期为我国机车实际运行之中的信息检测系统的设计与实现提供有效助力。广大相关科研工作者在新时代应当重点针对机车实际运行之中的信息检测系统的设计与实现进行更加深入的探讨和分析，广大机车实际运行之中的信息检测系统设计者应当对现阶段的实际运行信息检测系统的优势与不足有清晰地认识，以期为我国新时代机车实际运行之中的信息检测系统的发展提供有效助力，使新的机车实际运行之中的信息检测系统得到巨大的改进，对我国综合铁路运输实力的发展提供了有效助力。

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