機車運行信息檢測系統的設計與實現

殷大勇

摘 要：隨著我國新時代科學技術的不斷發展，我國機車實際運行之中的信息檢測系統的相關技術設計也得到了新的發展，但是在現階段我國機車實際運行之中的信息檢測系統的設計依然存在諸多不足之處，值得引起相關研究人員的高度重視，我國新時代科學技術的飛速提高為我們帶來了諸多便利，但也逐漸使新時代科學研究面臨了極大的挑戰與發展要求。本文重點針對機車實際運行之中的信息檢測系統的設計與實現進行探討和分析以供廣大機車實際運行信息檢測系統設計者的參考，以期為我國新時代機車實際運行之中的信息檢測系統的發展提供有效助力。

關鍵詞：機車;實際運行;信息檢測系統;設計

對內燃機車實際運行狀態進行檢測與分析的基礎在于機車的各個部件的實際運行產生的數據，特別是在實際的機車實際運行中檢測到的一系列動態數據。現階段我國新生產的一些機車都已經配備了具有一些特殊功能的設備系統，其中就包括機車信息的監測系統，但在此之前進行生產的各種類型的機車并沒有安裝這個設備系統，除此之外，不一樣的管理與實際運行模式對于機車信息監測系統的實際運行要求也并不是完全相同的。DF4B/4C機車本來是經過機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置（或簡稱為TAX控制裝置）對一些機車的實際運行數據進行記錄，但是記錄機車維護數據所得出的相關數據資料卻很少，也就是說，機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數據的動態記錄，各個項監控數據的綜合利用有利于機車在運用過程中所體現出的各種狀況進行更為深入、科學的綜合分析。所以相關機車實際運行之中的信息檢測系統研究設計者開發了DF4B/4C機車實際運行信息及時的監測系統，和原有的機車上的TAX記錄器相互配合，對機車牽引運用時的電、油、水等系統的實際運行情況數據進行及時的記錄。經過各類數據分析軟件對于機車實際運行數據所進行的一系列分析判斷，為掌握設備與部件的實際應用中的技術狀態，為機車在使用過程中的預防性維修、檢修提供真實可靠、有效的依據。安全一直是鐵路運輸事業的第一要點，在整個鐵路基本的安全管理體系之中，鐵路實際運行當中的安全又一直處于最為關鍵的地位，監測機車上的設備與系統這一重要措施對安全具有重要又要聯系。

一般情況下也稱機車信息監測系統為機車的“黑匣子”。一般認為在國外是對機車“黑匣子” 開始進行研究是從七十年代起，并不斷開發出很多非常實用的新式產品，而在我國國內生產的第一代火車上的機車“黑匣子”始于七十年代末，主要是在仿制對國外產品進行研究。隨著鐵路各種行車設備的不斷改善和不斷更新，相關的鐵路部門經過不懈的努力先后開發了很多種機車“黑匣子”，這些“黑匣子”在確保機車安全實際運行的監管之中具有非常重要的作用。比如說株州的電力研究所研究開發的JK2ooo型機車通行監控記錄裝置等等，對機車地面實際運行狀態進行及時的監測 ，對機車在實際運行時的速度、距高、前方可以進行充分的了解，使機車的實際通行安全系數得到了進一步的提升。

現階段我國新生產的機車基本上都已經配置了一些具體功能的機車信息監測系統。但在我國早期的機車生產中，機車并沒有安裝這個設備。除此以外，因為不同的管理模式對于機車信息監測系統的實際需要也并不是相同的，DF4B/4C機車原本應有的機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置就細致的記錄了部分機車在實際運行中的數據，但是對于機車相關的維護數據記錄并不是很多，也就是說機車在牽引實際運行的實際狀態之下，缺少機車各個實際運行情況數據的動態記錄，對各種監控數據綜合利用對機車在適時過程中體現出的各種狀況進行綜合分析是身份不利的。所以相關研究設計者開發了DF4B/4C機車的實際運行信息檢測系統，和機車上原本安裝的的TAX記錄器一起相互配合，記錄機車在進行牽引實際運行時所需要注意的油、電、水等系統的具體實際運行情況數據，為機車的預防性檢修提供真實的參照依據。

一、機車實際運行之中的信息檢測系統相關的設計思想

現階段已經進行裝車了的某些機車實際運行信息檢測裝置一般采用的是單片機型設計，功能和性能都較為簡單和固定，缺少一定的靈活性和擴展性，在進行機車實際運行時難以對現場實際運行數據進行足夠的分析。經過多個單片機進行組合的模塊化系統并沒有得到充分的形成，使裝置本身的一系列故障的維修產生很大的困難。

隨著我國現階段嵌入式的系統性價比以應用為中心的發展趨勢不斷的提高，機車應用使用現階段通用嵌入式的工業級控制裝置，可在很大程度上提高應用系統的實際開發周期，有效提高機車實際運行之中的信息檢測系統的實際可靠性和綜合工作效率。

新型機車中實際運行的及時信息檢測系統和裝置的主要應用在于機車車頭部分，這種系統裝置的主要設計思想就是使用工業級的標準嵌入式控制裝置硬件作為基礎，主要使用標準的嵌入式的實用性操作系統，而外部設備在實際設計中則主要使用較為常規的設備。主要對通用可視化的開發工具進行使用。模塊化系統設計靈活，快速，功能強大且可擴展。該軟件可根據需要進行機載擴展調試，可在機車實際運行現場進行數據分析，模塊化結構使設備本身的維護非常方便。

現階段我國新生產的機車基本上都已經配置了一些具體功能的機車信息監測系統。但在我國早期的機車生產中，機車并沒有廣泛安裝這個設備，經過多個單片機進行組合的模塊化系統并沒有得到充分的形成，使裝置本身的一系列故障的維修產生很大的困難。在現階段設計之中要對機車信息監測系統進行廣泛普及，在設計時各類數據分析軟件對于機車實際運行數據所進行的一系列分析判斷，使用標準的嵌入式的實用性操作系統和較為常規和保險的設備進行設計。DF4B/4C機車原本應有的機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置就細致的記錄了部分機車在實際運行中的數據，同時也用新時代機車信息監測系統對其中存在的一些問題進行了彌補，機車信息監測系統和機車實際運行過程中信息安全方面的檢測裝置相互配合，具有重要意義。過去的機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數據的動態記錄，各個項監控數據的綜合利用對于機車在運用過程中所體現出的各種狀況進行更為深入、科學的綜合分析，而新的機車實際運行之中的信息檢測系統對此有了巨大的改進，對我國綜合鐵路運輸實力的發展提供了有效助力。

二、機車實際運行之中的信息檢測系統硬件設計

（一）系統功能要求

原DF4 B機車上的TAX監控裝置記錄了一些機車實際運行數據，如時標，車速，信號，公共小時標記，總量，標距，數量，本地機器，貨運公交車，機車編號，部門編號，車站編號，駕駛員編號，乘客編號，機車編號和型號等信息。該項目在DF4B機車控制臺上安裝了機車實際運行信息的及時的監控裝置，記錄機車的各種及時的實際運行情況。除了保留TAX監控裝置在原車上提供的各種機車實際運行數據外，還根據維護需要增加差壓。怠速，接地，總過流，故障勵磁，固定發電，機車卸載，水溫，油溫，燃油壓力，滑動壓力，輔助電壓，充放電電流，6電機分流，主電壓，主電流等采集數據。在機車實際運行期間及時的檢測并記錄機車的動態實際運行數據。

（二）系統硬件設備設計

1、嵌入式核心控制裝置

根據系統設計思路，核心控制裝置必須能夠取代傳統的PC和PLC，支持標準顯示，并提供完整的高級語言開發環境和工具。它具有強大的數據處理能力和速度，并具有網絡接口和USB接口，允許連接到CF卡等存儲設備。在比較了幾個嵌入式控制裝置之后，我們選擇了ICP DAS的WinCon-8000嵌入式工業控制裝置系統。該控制裝置主機使用 W-8331模塊，內置 IntelStrongARM32位 CPU，時鐘2。06 MHz，內存64 MBSDRAM，32 MBFLASHMemory，采用 CF卡做電子盤，選用3擴展槽底板。

WinCon-8000是一個嵌入式控制裝置，具有實際運行Windows CE。NET操作系統的常規PC和PLC功能。Windows CE。NET是一種廣泛用于智能設備的及時的多任務嵌入式操作系統。它可以根據特定應用程序為輕量級應用程序進行定制，并支持多CPU架構。支持VisualBasic。NET，VisualC#，EmbeddedVisualC++等開發工具。Windows CE繼承了傳統的Windows圖形界面，Windows平臺上的應用軟件可以經過簡單的修改和移植在Windows CE平臺上連續使用。經過 WinCon-8000提供的 WinConSDK，在普通微機上利用微軟的 VisualStudio. NET和 EmbeddedVisualC++開發環境直接開發應用程序，然后將其下載到 WinCon-8000中去執行。開發環境隨時可用，為開發功能強大的圖形應用程序奠定了基礎。

WinCon-8000具有VGA接口，允許用戶使用支持以太網，USB，鍵盤，鼠標和CF卡的LCD顯示器替換HMI顯示器。設有 RS232、485串口，支持多種 I/ O模塊，如 I-7000， I-8000，I-87 K的擴展I / O模塊支持定時計數器/頻率計。選擇WinCon-8000作為主控制裝置，為機車數據分析提供便利。記錄的數據可以傳輸到地面微型計算機進行分析，或者可以在顯示器安裝在機車和鍵盤上后直接監視和處理，從而可以在機車上輕松維護和調試。

2、模擬量輸入通道

本系統中需要測量的模擬量有：1～6電機分流、主發電電壓、主發電電流、水溫、油溫、油壓、十四種模擬量，如輔助發電、燃油壓力、電池充放電電流和柴油機轉速。

機車上使用的模擬輸入模塊應該基于惡劣的環境和高可靠性，而價格是次要因素。因此，我們選擇ICP DAS的I-7000系列I-7018模塊作為模擬輸入通道。I-7018是一個8通道模擬輸入模塊。該機器使用兩個i-7018模塊實現14個模擬輸入。

3、開關量通道

我已經為模擬輸入通道選擇了I-7000系列模塊。I-8042（16通道隔離數字I / O）模塊用作數字輸入通道。

需要在此設備中收集的開關量是差壓，水溫，固定發電，空轉，8個開關量，如主回路接地，主回路過流，本地機車卸載和故障勵磁。使用了一塊I-8042的8個通道。

4、速度采集通道

為了收集機車柴油發動機速度，需要速度獲取通道。選擇ICP I-8080（4通道計數頻率裝置）模塊來收集機車柴油發動機轉子的脈沖輸出，并根據頻率計算轉速。

（三）電源與機箱設計

該系統的其他模塊包括一個電源轉換模塊（ph75 s110-24）和一個速度開關量調節板。一個信號調理板，一個機箱，四個航空插座，四個按鈕開關，八個指示燈。

檢測裝置采用31cm×24。5cm×19。5cm工業機箱，所有鍵盤，顯示器和鼠標插座均安裝在機箱上。面板上的八個指示燈指示設備的實際運行狀態，面板上的四個按鈕開關控制數據轉錄操作。經過4個航空插座在現場連接所有數據收集點。為了避免影響機車的原始信號系統，信號采集采用高阻抗輸入電路，并采取一系列信號隔離，放大，變換和傳輸措施。例如，在一些高速，強干擾信號通道中，增加了隔離變壓器以將信號源與電路隔離。經過設計濾波器電路來抑制電源干擾，大大降低了器件崩潰的可能性，并且提高了器件的可靠性。

該軟件由三部分組成：機內數據采集軟件，車載數據分析軟件和地面數據分析軟件。

機內數據采集軟件每隔1秒驅動每個I / O通道收集每個信息點的數據，同時接收TAX盒的數據，形成幀長120B的記錄。TAX盒輸出的時間是標準時間，根據精度每一到十秒記錄一幀數據。如果兩次收集的數據變化不大，則每十秒記錄一幀數據;如果收集的數據兩次變化很大，則每一秒記錄一幀數據。存儲一幀數據所需的存儲空間是120B。當存儲器幾乎滿時，根據先進先出數據備份策略消除第一記錄數據。確保始終記錄著最近幾天的數據。

三、機車實際運行之中的信息檢測系統中的數據分析軟件

數據經過存儲器轉錄傳輸到地面計算機，地面計算機實際運行地面數據分析軟件讀取存儲器的原始數據。執行數據格式驗證，挑選不完整記錄，并根據駕駛員編號或時間分段繪制機車實際運行狀態數據曲線。該軟件由德爾福開發，用時間戳繪制機車各數據的實際運行曲線。可以根據時間，公里標記等來搜索和查詢記錄的數據。實際運行曲線提供各種數據回放分析模式，包括水平和垂直數據比較，使記錄的數據可視，真實地再現機車在實際運行狀態下的各種實際運行情況信息。機車在進行牽引運用時，缺少機車各個實際運行情況數據的動態記錄，各個項監控數據的綜合利用對于機車在運用過程中所體現出的各種狀況進行更為深入、科學的綜合分析具有重要意義，使地面分析人員直觀地判斷機車的實際運行狀況，為機車的維護提供科學依據。

收集器記錄的數據也可以經過數據格式轉換程序轉換成其他地面處理軟件所需的數據格式，方便用戶使用其他商業地面數據處理軟件。同時，地面數據分析軟件向維護信息庫提供數據。采用通用的功能強大的工業級微控制裝置組成系統，盡管成本高，對機車這樣的關鍵性設備來說，依然是可以接受的方案。本裝置主要由哈密的新通公司進行組織研制的，主要被使用于車頭維護相關的數據的采集和獲取，進行在DF4B機車上的實際運行試驗，經過合理、科學、有效的實際運行試驗能夠充分體現這一系統的實際運行足夠穩定可靠，各個方面的優點和功能都能夠被充分發揮，進而達到這一系統一開始預計的設計目的。新的機車實際運行之中的信息檢測系統對機車地面實際運行狀態進行及時的監測 ，對機車在實際運行時的速度、距高、前方可以進行充分的了解，使機車的實際通行安全系數得到了進一步的提升。

四、總結

隨著我國新時代科學技術的不斷發展，我國機車實際運行之中的信息檢測系統的設計與實現也取得了重要的成就，值得引起相關研究工作者的高度重視，以期為我國機車實際運行之中的信息檢測系統的設計與實現提供有效助力。廣大相關科研工作者在新時代應當重點針對機車實際運行之中的信息檢測系統的設計與實現進行更加深入的探討和分析，廣大機車實際運行之中的信息檢測系統設計者應當對現階段的實際運行信息檢測系統的優勢與不足有清晰地認識，以期為我國新時代機車實際運行之中的信息檢測系統的發展提供有效助力，使新的機車實際運行之中的信息檢測系統得到巨大的改進，對我國綜合鐵路運輸實力的發展提供了有效助力。

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