胡明忠 林建一

摘 要:為了保障動車組的安全運行和檢修維護的需要,開發(fā)設計了動車組隨車監(jiān)測記錄儀。該記錄儀可以實時采集動車組的運行數(shù)據(jù),也可以通過串行通訊接收其它車載設備的實時運行數(shù)據(jù),并用大容量U盤組成了海量信息存儲系統(tǒng),實現(xiàn)了長達31天的動車組運行數(shù)據(jù)和故障信息的采集、記錄和保存。為分析動車組運行狀況、查找動車組運行故障、提供檢修參考依據(jù)建立了重要基礎。

關鍵詞:數(shù)據(jù)采集故障記錄海量存儲檢修維護

中圖分類號:U266 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0012-02

隨著投入運行的高速動車組的數(shù)量不斷增長,對動車組的維護、檢修工作量也不斷增加。由于動車組的運行-檢修機制的特殊性,要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成動車組的全部維護、檢修工作。這是一項非常艱巨的任務。

為了幫助動車組的檢修技術人員迅速、準確地分析動車組的運行狀況、查找動車組運行時可能發(fā)生的故障,我們研制了動車組隨車監(jiān)測記錄儀。

動車組的運行參數(shù)數(shù)據(jù)量極大,它包括以下幾個方面的數(shù)據(jù)[1]:

①司機的操作參數(shù):司機手柄位置信號,司機室各控制開關信號等;

②動車組設備的運行參數(shù):接觸網(wǎng)壓、牽引變壓器的電壓、電流,牽引電動機的電壓、電流,各輔助發(fā)電機組的電壓、電流,制動系統(tǒng)的風壓等;

③動車組的運行參數(shù):速度、牽引功率、制動功率等;

④其他參數(shù):日期、時間等。

對上述所有數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié),要滿足分析動車組運行工況和故障工況的要求,每秒鐘需要記錄的數(shù)據(jù)量為256個字節(jié)。這樣,動車組若運行24小時需記錄的數(shù)據(jù)量為256X3600X24=22118400字節(jié)。而若要求保存31天數(shù)據(jù)以備查用,所以機車數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)必須具有記錄和保存22118400X31=685670400字節(jié)(686兆字節(jié))的能力。對于這高達六百多兆字節(jié)數(shù)據(jù)量的存儲,一般單片機數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)無法采用常用的存儲空間擴展技術來實現(xiàn)(標準單片機的地址空間為64K字節(jié),采用一些特殊的存儲空間擴展技術后,可將地址空間擴展到數(shù)兆字節(jié)[2][3])。我們所設計的動車組隨車監(jiān)測記錄儀,采用了高性能的嵌入式單片機,可以實時采樣、記錄動車組電氣控制柜中的邏輯控制信號,也可以采用485串行通訊總線記錄其它車載設備的實時運行數(shù)據(jù),并用大容量U盤組成了海量信息存儲系統(tǒng),實現(xiàn)了長達31天的動車組運行數(shù)據(jù)和故障信息的采集、記錄和保存。

1 動車組隨車監(jiān)測記錄儀的組成

動車組隨車監(jiān)測記錄儀的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

記錄儀以嵌入式單片機為控制核心,組合了輸入信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)顯示電路、485串行通訊電路、實時時鐘電路、U盤存儲系統(tǒng)電路和USB高速數(shù)據(jù)傳輸接口電路等。嵌入式單片機通過輸入信號調(diào)理電路采集動車組的運行參數(shù),加入日期和實時時間,并可根據(jù)需要加入通過485通訊接口從其他車載設備傳輸過來的數(shù)據(jù),最后按256個字節(jié)一幀打包后存入U盤存儲器。

記錄儀的USB高速數(shù)據(jù)傳輸接口可以將所保存的數(shù)據(jù)上載到筆記本電腦中。

圖1中,動車組隨車監(jiān)測記錄儀具有顯示實時采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)顯示電路,可以幫助技術人員在現(xiàn)場讀取有關數(shù)據(jù),便于在現(xiàn)場監(jiān)測動車組的運行狀態(tài)。

2 嵌入式單片機數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)

動車組隨車監(jiān)測記錄儀采用了英飛凌公司生產(chǎn)的具有較高性能和較強抗干擾能力的XC164CS嵌入式單片機為控制核心。該嵌入式單片機的程序空間和內(nèi)存空間都較大(128KFlashROM和6K片上RAM),便于完成復雜的數(shù)據(jù)處理并具有較強的功能擴展能力[4]。

嵌入式單片機數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的U盤存儲系統(tǒng)程序框圖見圖2。在設計U盤存儲系統(tǒng)電路時,考慮到今后的發(fā)展我們采用了2GB的大容量U盤作為存儲介質(zhì),保證了足夠的數(shù)據(jù)儲存空間,實現(xiàn)了長達31天的機車運行數(shù)據(jù)和故障信息的采集、記錄和保存。

在記錄儀中還采用了獨立的實時時鐘電路DS12C887A。由時鐘電路提供的日期和時間可以使記錄的參數(shù)具有精確的時間定位。當分析機車運行狀況或故障狀況時,精確的時間定位是必不可少的。而獨立實時時鐘電路有利于提高時間精度并簡化電路、提高記錄儀的可靠性和可維護性。

嵌入式單片機數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的主程序框圖參見圖3。

圖3中,當采集完動車組的邏輯控制信號、加入日期和時間后,應該先計算CRC校驗碼并加入幀中。若需要加入從其它外部車載設備傳輸過來的數(shù)據(jù),再拆包數(shù)據(jù)幀,加入外部通訊數(shù)據(jù)后重新計算CRC校驗碼并重新按256個字節(jié)一幀打包。這樣,以保證每一個數(shù)據(jù)幀的準確性與完整性。

3 數(shù)據(jù)傳輸信號自動檢測軟件模塊設計

當技術人員需要用筆記本電腦讀取動車組隨車監(jiān)測記錄儀所記錄的數(shù)據(jù)時,可以使用專用信號傳輸電纜通過USB2.0高速數(shù)據(jù)傳輸接口將數(shù)據(jù)上載到筆記本電腦。

動車組隨車監(jiān)測記錄儀自動檢測專用信號傳輸電纜的接入與斷開,并通過握手信號與筆記本電腦建立通訊。由于采用了CRC校驗碼(循環(huán)冗余碼校驗)以及錯誤數(shù)據(jù)重發(fā)機制,使得高速數(shù)據(jù)傳輸模塊具有一定的軟件容錯能力,從而保證了即使在機車運行時存在強干擾的環(huán)境下,數(shù)據(jù)傳輸也有較高的可靠性。

記錄儀對傳輸電纜的自動檢測模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

在圖4所示的傳輸電纜自動檢測模塊中,采用查詢方式讀取USB接口狀態(tài)。若有傳輸電纜接入USB接口。則嵌入式單片機保存完當前數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)幀、顯示正在與筆記本電腦通訊的信息后,即向筆記本電腦傳輸所記錄的數(shù)據(jù)。由于采用了USB2.0高速數(shù)據(jù)傳輸模式,故在數(shù)分鐘內(nèi)即可將所有數(shù)據(jù)傳輸完畢。

動車組隨車監(jiān)測記錄儀還可以與其它車載設備之間通過具有較強的抗干擾能力的RS485總線傳輸所需要的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

我們設計的動車組隨車監(jiān)測記錄儀安裝于上海鐵路局和鄭州鐵路局的CRH2動車組后,經(jīng)過一年多的運行表明:該記錄儀具有抗干擾能力強、可靠性高、數(shù)據(jù)采集準確可靠、數(shù)據(jù)記錄容量大等優(yōu)點。并在實際故障分析中提供了有效的數(shù)據(jù)證據(jù)。

動車組隨車監(jiān)測記錄儀為分析動車組運行狀況、查找動車組運行故障、提供檢修參考依據(jù)做出了貢獻,因此具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 連級三.電力牽引控制系統(tǒng).北京:中國鐵道出版社,2007.

[2] 何立民.單片機應用技術選編.北京:北京航空航天大學出版社,1995.

[3] 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計.北京:北京航空航天大學出版社,1995.