李 林，魏宏波

(1.南車株機磁浮系統(tǒng)研究所，湖南 株洲 412001；2.寶雞文理學院 機械工程學院，陜西 寶雞 721016)

基于3G無線通信的機車遠程監(jiān)控系統(tǒng)*

李 林1，魏宏波2

(1.南車株機磁浮系統(tǒng)研究所，湖南 株洲 412001；2.寶雞文理學院 機械工程學院，陜西 寶雞 721016)

機車維護與檢修管理對機車的安全運行至關(guān)重要。本文提出了一種集合車輛車載信息裝置、無線傳輸系統(tǒng)和地面綜合應(yīng)用系統(tǒng)的基于3G無線通信的機車監(jiān)控系統(tǒng)，用于遠程監(jiān)視車輛運行狀態(tài)，收集與分析車輛故障信息，服務(wù)于制造商、維修單位和客戶。

無線傳輸；遠程監(jiān)控；故障診斷；機車監(jiān)控

針對各個機務(wù)段運行的機車，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)設(shè)計人員、制造人員、機務(wù)段維保人員和各個子系統(tǒng)供應(yīng)商的信息共享，以及時了解車輛各個子部件的動態(tài)信息，為協(xié)同分析并解決車輛故障提供有力保障。推廣應(yīng)用公司車輛售后的安全運行和質(zhì)量監(jiān)管，將車輛信息納入產(chǎn)品管理體系，進行全過程的收集、分析和處理，可以為后期的車輛故障診斷系統(tǒng)開發(fā)提供數(shù)據(jù)來源。以信息化帶動組織管理規(guī)范化和專業(yè)化為主要目標，可提高企業(yè)的管理水平，改進業(yè)務(wù)流程，提高企業(yè)的綜合競爭能力。

1 機車遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體要求

1.1 機車狀態(tài)監(jiān)視

實時對所有機車的所有子系統(tǒng)和設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)視。機車狀態(tài)監(jiān)視功能包括:1)當前狀態(tài)，查看所選機車的當前狀態(tài)；2)履歷狀態(tài)，查看所選機車的歷史狀態(tài)，能查看最近3年的機車狀態(tài)。

1.2 機車故障診斷

對于在線運行的機車，通過車輛控制單元對機車的狀態(tài)和故障信息進行分析、匯總和評估，將重要機車運營狀態(tài)信息、影響運營的故障信息和相應(yīng)的故障環(huán)境信息(如機車號、車輛號、設(shè)備號、故障類型、故障等級、故障日期和時間等)通過車載無線傳輸，發(fā)送給遠程的數(shù)據(jù)器[1]。機車故障診斷功能包括:1)當前故障，查看機車當前故障報告；2)故障履歷，根據(jù)給定的查詢條件，查看3個月的機車故障報告，在故障履歷中可篩選各子系統(tǒng)的故障記錄，對各個子系統(tǒng)的故障，提供專家指導。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要包含3個組成部分：車輛車載數(shù)據(jù)記錄、無線傳輸設(shè)備、區(qū)域數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用處理服務(wù)器和應(yīng)用(維護)終端工作站[2]。

圖1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖

車載部分的功能是接收車輛MVB網(wǎng)絡(luò)傳送的各類運行參數(shù)和管理數(shù)據(jù)，通過GPS系統(tǒng)獲得車輛的絕對位置信息，并將這些數(shù)據(jù)通過3G傳送到區(qū)域服務(wù)器。數(shù)據(jù)須傳送及時，但不需要實時。另外，車載裝置還具有存儲功能，在無線通信中斷情況下可以保存一定時間的車輛數(shù)據(jù)。通過公用的3G無線通信網(wǎng)，將車載數(shù)據(jù)傳送至地面，進行分析并按協(xié)議存貯在區(qū)域數(shù)據(jù)服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器針對傳回的數(shù)據(jù)進行解析，反饋車輛的運行狀態(tài)和故障分析。通過經(jīng)過授權(quán)的終端(機務(wù)段、車輛制造商、子部件供應(yīng)商)進行互聯(lián)網(wǎng)訪問并監(jiān)視機車的狀態(tài)。

3 核心關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車輛車載數(shù)據(jù)記錄及無線傳輸設(shè)備

車輛車載數(shù)據(jù)記錄及無線傳輸設(shè)備的核心是采集車輛信息和并通過無線傳輸?shù)降孛?。信息采集主要?種途徑：1)監(jiān)聽列車網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)(TCMS)MVB網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)據(jù)；2)通過列車網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)(TCMS)中的模塊轉(zhuǎn)發(fā)所需要狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)信息。近幾年，無線通信行業(yè)的發(fā)展非?？?，傳輸介質(zhì)包括電話、寬帶、衛(wèi)星通信、無線電臺和GPRS/CDMA等多種方式，其中，公共3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋地域越來越廣，且越來越穩(wěn)定[3]。本文研究的遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用意大利塞拉電子的GATE-WAY設(shè)備，其集GPS/GSM/WIRE三者為一體，從列車網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)(TCMS)MVB網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽端口數(shù)據(jù)，并通過公共移動的3G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。通過可編程邏輯，實現(xiàn)當3G網(wǎng)絡(luò)信號不暢通時，將數(shù)據(jù)暫存在設(shè)備的存貯器上，等信號穩(wěn)定時再發(fā)出。

3.2 地面數(shù)據(jù)服務(wù)器及應(yīng)用服務(wù)器開發(fā)技術(shù)

區(qū)域服務(wù)器主要是完成數(shù)據(jù)存儲、解析推理和管理工作。其主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、VPN網(wǎng)關(guān)、防火墻和應(yīng)用軟件服務(wù)器等。由VPN設(shè)備構(gòu)建的安全網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全、可靠地傳遞和訪問。VPN路由器具備硬件防火墻、VPN網(wǎng)關(guān)和路由器的功能[4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用3層結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖2所示。

圖2 客戶端3層結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

應(yīng)用軟件開發(fā)平臺系統(tǒng)由狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和維護管理3個子系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3所示。以來自外部數(shù)據(jù)接口的狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)顯示關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)；故障診斷顯示關(guān)鍵部件的故障信息；維護管理實現(xiàn)系統(tǒng)維護工作信息化，提高可靠性和可用性。

圖3 應(yīng)用軟件開發(fā)平臺

4 結(jié)語

基于3G無線通信的機車監(jiān)控系統(tǒng)是一套集合車輛車載信息裝置、無線傳輸系統(tǒng)和地面綜合應(yīng)用系統(tǒng)，可以用于遠程監(jiān)視車輛運行狀態(tài)，收集與分析車輛故障信息，服務(wù)于制造商、維修單位和客戶的綜合系統(tǒng)。大秦鐵路的應(yīng)用證明，該系統(tǒng)具有很高的推廣價值和廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

[1] 劉廣洋. 基于 GIS/GPS/GPRS的鐵路遠程列車監(jiān)控系統(tǒng)[J].工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟，2012(11)：42-43.

[2] 張渝，劉楓. 一種遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)[N].西南師范大學學報：自然科學版，2006(6)：105-109.

[3] 李相文，王曉明，周玲. 基于GPS 的列車監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].鐵路計算機應(yīng)用，2004.(11)：9-10.

[4] 王淑娟.基于嵌入式Web服務(wù)器的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].武漢：武漢理工大學，2004.

*湖南省科研資助項目(2013GK4032)南車株機資助科研項目(2013KJ12)

責任編輯馬彤

RemoteMonitoringSystemofLocomotivebasedon3GWirelessCommunication

LI lin1, WEI hongbo2

(1.Maglev System Institute，CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China；2. Dept. Electromechanical eng., Baoji Univ. Arts& Sci., Baoji 721016, China)

Maintenance and overhaul is crucial to the locomotive safety running.A remote monitoring system of locomotive based on wireless communication is proposed, and it has vehicle information and wireless transmission system and ground application system. The system is used for remote monitoring of vehicle running status, collection and analysis of vehicle fault information.

wireless transmission，remote monitor and control，fault diagnosis,locomotive monitoring

TP 87；U 289.1

：A

李林 (1981-)，男，工程師，主要從事列車電氣網(wǎng)絡(luò)控制等方面的研究。

2014-12-15