基于轨道交通车辆的远程故障诊断系统设计研究

竭 宝， 陈 敏

（中车大连电力牵引研发中心有限公司， 辽宁 大连 116000）

引言

轨道交通车辆故障诊断系统尤为重要，其属于车辆网络控制系统中的主要构成部分。在实际应用期间，要完成对相关数据的有效采集、分析、处理以及调用等过程，在获取相关信息后，通过观察运行状态并及时上报故障，实现对车载系统的有效监测与诊断。

1 系统主体框架

远程故障诊断系统主要应用的是分布式控制方法，其中车辆的通信网络主要凭借多功能车辆总线，进而实现对车辆信号的传导及控制[1]。按照网络结构划分，故障诊断系统设备主要包括事件记录仪和数据采集单元。数据采集需要保持对总线上所有子设备的连接，并且能够准确的记录和储存轨道交通车辆的运行状态及故障信息。而事件记录仪则可以借助网络途径，对车辆发生的重要事件过程进行拍摄及储存，然后再借助特定的诊断软件予以分析。轨道交通车辆远程故障诊断系统的关键，主要由车载装置与地面服务器组成，两者会借助移动通信网络紧密连接在一起。在满足合理性条件后，能够及时提供具有价值的故障诊断参考信息，确保满足实行性、便利性条件（主体框架见图1）。

2 系统软件配备及实现

2.1 软件开发环境状态

选用的数据采集软件主要依据VxWorks 操作系统与OpenPCS 集成开发环境，在实际应用期间，满足工业自动化系统标准。世界记录仪软件主要依据操作系统，并且利用MySQL 确保能够对相关数据进行管理分析。

2.2 软件架构

总体上软件架构包含数据采集单元和事件记录仪两部分，在系统通电正常工作期间，能够及时将获得的数据信息置入到内存中，然后利用MVB 总线予以收集，真正实现通信的过程。由于数据采集信息应用的是VxWorks 操作系统，在应用期间可以和其它系统保持通用。在建筑上层控制程序执行PLC 任务期间，能够实现对需要执行文件的详细分析[2]。而事件记录仪则主要应用Linus 操作系统，它能够实现和MVB通信，有效记录故障事件的发生过程，并且确保和底层参数相通用。在底层驱动配置期间，应用事件记录软件可以和MVB 端口进行有效连接，满足文件储存格式调整或转换等需求。上述两种软件架构详见表1。

表1 软件架构

2.3 软件实现过程

2.3.1 文件系统配置单元

在操作中应当满足Linux 操作系统对MVB 总线的合理配置，涉及到的具体项目包含地址信息、以太网IP 地址、故障诊断信息等。

2.3.2 初始化模块

该模块要能够满足以太网模块、MVB 总线、硬件设备系统等初始化要求，并且在设备开启以后，需要保证程序的正确性，避免出现程序跑飞等意外情况，为实现通信安全奠定基础[3]。

2.3.3 MVB 通信单元

顺利签订MVB 通信协议，按照标准化操作要求对端口部位的参数予以配置，并且完成对端口各项数据结构的定义，为实现通信创造条件。MVB 通信单元包含主控制器与FPGA，主控制器可以应用Philips 生成的处理器，能够执行数据校验、协议转换等功能，而FDGA 则主要发挥出对MVB 总线控制器的功能，使其完成信号转换和解码项目。

2.3.4 底层驱动单元

该驱动单元要能够对接口实施驱动，在具体设计期间还可以有效植入故障记录的功能模块，在保证记录数据的准确性基础上，为接口端传输实施驱动。

2.3.5 数据采集单元自检模块

在执行自检功能时，要确保能够准确检测任务初始化状态和正常运行状态，在工作阶段实时任务监视，如果某一环节出现异常或者存在明显的缺陷，能够及时报警或者实现对操作系统的重新启动。

2.3.6 文件记录单元

该单元能够将车辆运行涉及到的相关数据及事件借助文件的形式保存下来，操作人员通过这些文件内容，在利用诊断软件的基础上便于及时寻找出故障，最终实现正常运行。值得注意的是，在面对文件记录单元时，从用户层、内核层、驱动层、硬件层，上述四个层次的文件格式可能存在差别，在传输、转码期间要保证数据信息准确无误。

2.3.7 分析诊断单元

在以太网通信连接的基础上，保证能够和诊断软件相联系，满足对目标文件上传及下载的需求，为有效维护、分析和诊断提供依据[4]。具体操作中，在软件的调试功能下，还应当满足对变量强制赋值的条件，确保调试过程的合理性。

3 故障诊断和数据分析

3.1 通信接口

在对故障实时诊断及数据分析时，需要将以太网和PC 端相连接，同时，也应满足车辆配备的无线客户端模块和地面安装的接入点相匹配，确保数据采集单元和地面服务器的连接[5]。如果检测到相关故障，就会通过无线设备及时上传，应用局域网将故障信息予以汇总后，再通过特定的管理服务器实时处理，地面服务器在接收到传输的信息后，实现对车辆故障数据的分类和整理，经过特定分析转化成对应的图形或者表格，为管理人员及时判断故障提供有效依据。

3.2 故障诊断

在轨道交通车辆的系统存在故障时，TCN 网络会及时反应出故障信息，然后通过车载装置完成对故障信息的抓取，并将上述信息实施处理，完成精确诊断，并将结果利用无线通信技术发送至地面服务器，从而能够快速观察到故障信息的具体状态。按照故障的具体划分，主要包含三个级别，当诊断出不同级别的故障时，凭借网络控制系统能够呈现出不同信息，最终选择有效的方法进行处理（故障诊断见图2）。

首先，若呈现一级故障信息，这种状况通常会对列车的运营及服务造成严重影响，针对该故障必须立刻采取相关措施。其次，若判断属于二级故障信息，这种情况不会造成显著的故障问题，通常会选择让列车继续行驶，在到达目的地之后再予以处理。最后，如果发现属于三级故障信息，这就表明列车的运营和服务所受影响微乎其微，不会造成列车事故，选择维护的时间可以按照定期计划来执行。在执行数据分析期间可以应用WEBTIP 软件，WEBTIP 软件划分为维护与数据监视两部分，针对维护工具可通过有效的导入获取数据库中的文件资料，然后再进行解析。数据监控工具执行动态监测过程，详细记录的数据可以应用时间表格或者曲线走势的方法进行呈现。

4 结语

轨道交通车辆的远程故障诊断系统属于关键核心，该诊断系统通常含有各种硬件设备、操作及诊断软件、监视模块及维护工具项目等。此次研究通过对远程故障诊断系统的设计，整体上以MVB 接口来获取车辆运行期间的运行数据及故障信息，并且利用以太网接口下载的方式，实现对各子系统的调查分析。在按照此设计予以实现后，能够完成对车辆状态数据和故障数据的下载，使工作效率得到提升，有效预防安全事故的发生，确保远程故障诊断系统的科学性和有效性。