基于軌道交通車輛的遠程故障診斷系統設計研究

竭 寶， 陳 敏

（中車大連電力牽引研發中心有限公司， 遼寧 大連 116000）

引言

軌道交通車輛故障診斷系統尤為重要，其屬于車輛網絡控制系統中的主要構成部分。在實際應用期間，要完成對相關數據的有效采集、分析、處理以及調用等過程，在獲取相關信息后，通過觀察運行狀態并及時上報故障，實現對車載系統的有效監測與診斷。

1 系統主體框架

遠程故障診斷系統主要應用的是分布式控制方法，其中車輛的通信網絡主要憑借多功能車輛總線，進而實現對車輛信號的傳導及控制[1]。按照網絡結構劃分，故障診斷系統設備主要包括事件記錄儀和數據采集單元。數據采集需要保持對總線上所有子設備的連接，并且能夠準確的記錄和儲存軌道交通車輛的運行狀態及故障信息。而事件記錄儀則可以借助網絡途徑，對車輛發生的重要事件過程進行拍攝及儲存，然后再借助特定的診斷軟件予以分析。軌道交通車輛遠程故障診斷系統的關鍵，主要由車載裝置與地面服務器組成，兩者會借助移動通信網絡緊密連接在一起。在滿足合理性條件后，能夠及時提供具有價值的故障診斷參考信息，確保滿足實行性、便利性條件（主體框架見圖1）。

2 系統軟件配備及實現

2.1 軟件開發環境狀態

選用的數據采集軟件主要依據VxWorks 操作系統與OpenPCS 集成開發環境，在實際應用期間，滿足工業自動化系統標準。世界記錄儀軟件主要依據操作系統，并且利用MySQL 確保能夠對相關數據進行管理分析。

2.2 軟件架構

總體上軟件架構包含數據采集單元和事件記錄儀兩部分，在系統通電正常工作期間，能夠及時將獲得的數據信息置入到內存中，然后利用MVB 總線予以收集，真正實現通信的過程。由于數據采集信息應用的是VxWorks 操作系統，在應用期間可以和其它系統保持通用。在建筑上層控制程序執行PLC 任務期間，能夠實現對需要執行文件的詳細分析[2]。而事件記錄儀則主要應用Linus 操作系統，它能夠實現和MVB通信，有效記錄故障事件的發生過程，并且確保和底層參數相通用。在底層驅動配置期間，應用事件記錄軟件可以和MVB 端口進行有效連接，滿足文件儲存格式調整或轉換等需求。上述兩種軟件架構詳見表1。

表1 軟件架構

2.3 軟件實現過程

2.3.1 文件系統配置單元

在操作中應當滿足Linux 操作系統對MVB 總線的合理配置，涉及到的具體項目包含地址信息、以太網IP 地址、故障診斷信息等。

2.3.2 初始化模塊

該模塊要能夠滿足以太網模塊、MVB 總線、硬件設備系統等初始化要求，并且在設備開啟以后，需要保證程序的正確性，避免出現程序跑飛等意外情況，為實現通信安全奠定基礎[3]。

2.3.3 MVB 通信單元

順利簽訂MVB 通信協議，按照標準化操作要求對端口部位的參數予以配置，并且完成對端口各項數據結構的定義，為實現通信創造條件。MVB 通信單元包含主控制器與FPGA，主控制器可以應用Philips 生成的處理器，能夠執行數據校驗、協議轉換等功能，而FDGA 則主要發揮出對MVB 總線控制器的功能，使其完成信號轉換和解碼項目。

2.3.4 底層驅動單元

該驅動單元要能夠對接口實施驅動，在具體設計期間還可以有效植入故障記錄的功能模塊，在保證記錄數據的準確性基礎上，為接口端傳輸實施驅動。

2.3.5 數據采集單元自檢模塊

在執行自檢功能時，要確保能夠準確檢測任務初始化狀態和正常運行狀態，在工作階段實時任務監視，如果某一環節出現異常或者存在明顯的缺陷，能夠及時報警或者實現對操作系統的重新啟動。

2.3.6 文件記錄單元

該單元能夠將車輛運行涉及到的相關數據及事件借助文件的形式保存下來，操作人員通過這些文件內容，在利用診斷軟件的基礎上便于及時尋找出故障，最終實現正常運行。值得注意的是，在面對文件記錄單元時，從用戶層、內核層、驅動層、硬件層，上述四個層次的文件格式可能存在差別，在傳輸、轉碼期間要保證數據信息準確無誤。

2.3.7 分析診斷單元

在以太網通信連接的基礎上，保證能夠和診斷軟件相聯系，滿足對目標文件上傳及下載的需求，為有效維護、分析和診斷提供依據[4]。具體操作中，在軟件的調試功能下，還應當滿足對變量強制賦值的條件，確保調試過程的合理性。

3 故障診斷和數據分析

3.1 通信接口

在對故障實時診斷及數據分析時，需要將以太網和PC 端相連接，同時，也應滿足車輛配備的無線客戶端模塊和地面安裝的接入點相匹配，確保數據采集單元和地面服務器的連接[5]。如果檢測到相關故障，就會通過無線設備及時上傳，應用局域網將故障信息予以匯總后，再通過特定的管理服務器實時處理，地面服務器在接收到傳輸的信息后，實現對車輛故障數據的分類和整理，經過特定分析轉化成對應的圖形或者表格，為管理人員及時判斷故障提供有效依據。

3.2 故障診斷

在軌道交通車輛的系統存在故障時，TCN 網絡會及時反應出故障信息，然后通過車載裝置完成對故障信息的抓取，并將上述信息實施處理，完成精確診斷，并將結果利用無線通信技術發送至地面服務器，從而能夠快速觀察到故障信息的具體狀態。按照故障的具體劃分，主要包含三個級別，當診斷出不同級別的故障時，憑借網絡控制系統能夠呈現出不同信息，最終選擇有效的方法進行處理（故障診斷見圖2）。

首先，若呈現一級故障信息，這種狀況通常會對列車的運營及服務造成嚴重影響，針對該故障必須立刻采取相關措施。其次，若判斷屬于二級故障信息，這種情況不會造成顯著的故障問題，通常會選擇讓列車繼續行駛，在到達目的地之后再予以處理。最后，如果發現屬于三級故障信息，這就表明列車的運營和服務所受影響微乎其微，不會造成列車事故，選擇維護的時間可以按照定期計劃來執行。在執行數據分析期間可以應用WEBTIP 軟件，WEBTIP 軟件劃分為維護與數據監視兩部分，針對維護工具可通過有效的導入獲取數據庫中的文件資料，然后再進行解析。數據監控工具執行動態監測過程，詳細記錄的數據可以應用時間表格或者曲線走勢的方法進行呈現。

4 結語

軌道交通車輛的遠程故障診斷系統屬于關鍵核心，該診斷系統通常含有各種硬件設備、操作及診斷軟件、監視模塊及維護工具項目等。此次研究通過對遠程故障診斷系統的設計，整體上以MVB 接口來獲取車輛運行期間的運行數據及故障信息，并且利用以太網接口下載的方式，實現對各子系統的調查分析。在按照此設計予以實現后，能夠完成對車輛狀態數據和故障數據的下載，使工作效率得到提升，有效預防安全事故的發生，確保遠程故障診斷系統的科學性和有效性。