王　磊，安剛虎，崔江涵

（1.南京南車(chē)浦鎮(zhèn)城軌車(chē)輛有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000；2.青島海能電氣有限公司，山東 青島 266000）

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基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)的地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王磊1，安剛虎2，崔江涵1

（1.南京南車(chē)浦鎮(zhèn)城軌車(chē)輛有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000；2.青島海能電氣有限公司，山東 青島 266000）

摘要：地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)是地鐵調(diào)試的關(guān)鍵步驟，為了提高試驗(yàn)效率和可靠性，必須對(duì)其進(jìn)行在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。文章針對(duì)地鐵車(chē)輛分布式采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸上存在的困難，提出了一種基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)的地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)方案，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷的功能，可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的地鐵車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛；在線監(jiān)測(cè)；分布式數(shù)據(jù)采集；故障診斷；無(wú)線傳輸

地鐵車(chē)輛地面靜調(diào)試驗(yàn)是地鐵調(diào)試的關(guān)鍵步驟，調(diào)試工作復(fù)雜、零碎，需耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。為了提高調(diào)試效率，保證試驗(yàn)安全運(yùn)行，對(duì)地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是十分必要的。

目前，整個(gè)基于無(wú)線采集技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還處于一個(gè)較低的水平，其中電話網(wǎng)自組網(wǎng)、電臺(tái)數(shù)傳的自動(dòng)控制方式在抗干擾性、穩(wěn)定性等方面存在著明顯的不足，監(jiān)測(cè)的距離也存在一定的限制；而打電話、發(fā)傳真的人工控制方式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，排除隱患，運(yùn)行效率低，不便于管理，也不能滿足靈活監(jiān)測(cè)、迅速部署的現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)管理的要求。為了提高檢測(cè)精度、實(shí)時(shí)性，降低成本，本文提出了一種基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)的地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用無(wú)線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，提高了地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，降低了監(jiān)測(cè)的成本；運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與管理實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了異地間的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障的智能診斷，提高了地鐵車(chē)輛工作狀態(tài)判斷的速度；設(shè)計(jì)出了操作方便、友好的監(jiān)控界面，解決了采集點(diǎn)分散、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心集中監(jiān)控、集中管理、集中維護(hù)。

1　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外研究的地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)裝置大部分為便攜式在線監(jiān)測(cè)儀器，屬于半在線監(jiān)測(cè)，檢測(cè)精度低、實(shí)時(shí)性差，并且無(wú)法對(duì)被監(jiān)測(cè)地鐵車(chē)輛的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用的要求，基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)的地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下3個(gè)功能：接收遠(yuǎn)端無(wú)線模塊輸出的監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)；上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息和智能判斷故障；上位機(jī)監(jiān)控界面顯示地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息［1］。從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有較高的實(shí)時(shí)性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力。根據(jù)對(duì)地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求和性能需求的分析，本文設(shè)計(jì)了如圖1所示的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無(wú)線數(shù)據(jù)采集和上傳、信息處理、監(jiān)控界面顯示3個(gè)部分組成。在遠(yuǎn)端采集地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息并且運(yùn)用無(wú)線模塊發(fā)送，無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息，然后通過(guò)串口通訊將接收到的地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)信息上傳到PC機(jī)，由信息處理模塊進(jìn)行存儲(chǔ)并分析，智能判斷地鐵車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)。為了便于用戶操作、查詢(xún)和報(bào)警，系統(tǒng)的監(jiān)控界面應(yīng)友好、直觀、易操作。

圖1　地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)打破了傳統(tǒng)的地鐵車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)架，采用硬件采集，軟件分析的設(shè)計(jì)方案，即定時(shí)或即時(shí)采集地鐵車(chē)輛數(shù)據(jù)，然后利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［2］。地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將所有采集到的地鐵車(chē)輛的狀態(tài)信息進(jìn)行存檔，以便查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)或者繪制模擬信號(hào)曲線圖，進(jìn)而了解整個(gè)地鐵車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)。

2　在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在每組監(jiān)測(cè)點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)箱）下方均裝有無(wú)線采集單元，將采集到的地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線傳輸方式發(fā)送到監(jiān)控中心的基礎(chǔ)上；監(jiān)控中心接收遠(yuǎn)端傳送來(lái)的地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息，將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機(jī)內(nèi)；主機(jī)對(duì)采集到的信息進(jìn)行合并，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，隨時(shí)提取歷史數(shù)據(jù)并對(duì)新接收到的采集信息進(jìn)行各種處理［3］。

2.1無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊

無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊是基于無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)的地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必不可少的部分，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。電源向采集板卡和單片夾供電，單片機(jī)將采集到的地鐵車(chē)輛信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，上位PC機(jī)通過(guò)串口連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收遠(yuǎn)端無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來(lái)的地鐵車(chē)輛信息。

圖2　無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊硬件基本結(jié)構(gòu)圖

采集板卡采集的調(diào)試信號(hào)分布于駕駛室、一位端、二位端、車(chē)下等不同的電氣柜中，有開(kāi)關(guān)量信號(hào)也有模擬量信號(hào)?；谝陨咸攸c(diǎn)數(shù)據(jù)采集模塊采用分布采集，集中管理的方式［4］，每個(gè)分布式采集系統(tǒng)最多可采集和處理96路信號(hào)。信號(hào)采集主板有6個(gè)插槽，每個(gè)插槽可連接不同信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換板，隔離轉(zhuǎn)換板有開(kāi)關(guān)量輸入板、開(kāi)關(guān)量輸出板、模擬量輸入板3種，可以根據(jù)不同需求進(jìn)行搭配連接。

2.2信息處理模塊

PC機(jī)讀取到存儲(chǔ)器內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息后，由無(wú)線數(shù)據(jù)處理模塊把接收到的相關(guān)數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中以便服務(wù)器呈現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息；同時(shí)還可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)定的試驗(yàn)判定信息與剛采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、判斷，了解地鐵車(chē)輛設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)地進(jìn)行處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)及時(shí)判斷出地鐵設(shè)備出現(xiàn)的狀況，并給出警示，以維持地鐵車(chē)輛在安全的工作狀態(tài)運(yùn)行。

由于地鐵車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需能夠存儲(chǔ)大量甚至海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)是目前使用較廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，具有真正的表和索引數(shù)據(jù)分區(qū)技術(shù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于設(shè)備的功能缺陷或者硬件故障，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不可預(yù)料的情況?，F(xiàn)有的設(shè)備故障診斷主要依賴(lài)于人工的經(jīng)驗(yàn)判斷，往往在造成一定影響后才被發(fā)現(xiàn)，并且故障源的鎖定對(duì)技術(shù)人員的熟悉程度要求較高；同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中記錄的大量歷史數(shù)據(jù)由于沒(méi)有得到很好地利用而被浪費(fèi)。因此為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的損失和充分利用記錄的歷史數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)針對(duì)地鐵運(yùn)行狀態(tài)智能故障的判斷，設(shè)計(jì)出服務(wù)器監(jiān)控軟件。該軟件基于Windows 2007平臺(tái)，主要用Microsoft Visual Studio 2008進(jìn)行開(kāi)發(fā)［5］，整個(gè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

處理器單元通過(guò)串口讀取無(wú)線采集模塊接收到的地鐵車(chē)輛在線狀態(tài)信息，然后存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元。處理器單元也可以讀取存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的信息并在顯示單元顯示，輸入單元可以對(duì)處理器單元進(jìn)行各種輸入操作。

圖3　監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)圖

本服務(wù)器監(jiān)控軟件中，通過(guò)輸入單元設(shè)定信號(hào)采集板卡采集的信號(hào)名稱(chēng)、采集板卡的電源電壓、試驗(yàn)步驟信息，從而確定智能判定系統(tǒng)的理想狀態(tài)信息，存入存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)庫(kù)中；通過(guò)通訊接口讀取采集到的現(xiàn)實(shí)信息，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的理想狀態(tài)信息作比較，從而判定地鐵車(chē)輛是否正常工作，若非正常工作，指出故障并提出可能的故障原因，在顯示單元中顯示。

2.3監(jiān)控界面顯示模塊

根據(jù)地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)狀態(tài)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)的要求，監(jiān)控界面應(yīng)該具有實(shí)時(shí)在線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息分析、地鐵車(chē)輛狀態(tài)信息轉(zhuǎn)存等功能。服務(wù)器監(jiān)控軟件整體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4　監(jiān)控軟件整體結(jié)構(gòu)圖

本監(jiān)控軟件系統(tǒng)進(jìn)入主頁(yè)面，設(shè)置好地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)信息之后，保證串口打開(kāi)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)時(shí)接收和存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)來(lái)的信息，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較，以判斷試驗(yàn)是否成功。監(jiān)控軟件還可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、信息曲線圖繪制、Excel表格導(dǎo)出、模擬信息曲線圖轉(zhuǎn)存等［6］。

3　結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越受到用戶的重視。為了提高地鐵車(chē)輛地面調(diào)試實(shí)驗(yàn)的效率，本文針對(duì)于監(jiān)測(cè)信息量大且位置分散的地鐵地面試驗(yàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，提出了基于無(wú)線采集技術(shù)地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，使用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，編寫(xiě)了用戶操作簡(jiǎn)單、友好的服務(wù)器在線監(jiān)控軟件，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，達(dá)到了對(duì)地鐵車(chē)輛調(diào)試數(shù)據(jù)的各項(xiàng)要求，實(shí)現(xiàn)了地鐵車(chē)輛地面試驗(yàn)監(jiān)控的自動(dòng)化。

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On-line Monitoring System for Ground Test of Metro Vehicle Based on Wireless Data Acquisition Technology

Wang Lei1， An Ganghu2， Cui Jianghan1
（1. CSR Nanjing Puzhen Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China； 2. Qingdao Haineng Electric Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract:The ground test of Metro vehicles is the key step in the subway debuggin， in order to ensure it's reliability and improve the efficiency of the test， on-line operating state of the metro vehicles should be monitored. According to the data transmission the difficulties of distributed data acquisition system， a real-time monitoring method for the ground test of metro vehicles based on wireless data acquisition technology is proposed with abilities of data storage analysis， state control and failure diagnosis. Through the system， a widely-range and real-time monitoring for metro vehicle operation state is achieved.

Key words:metro vehicle； on-line monitoring； distributed data acquisition； fault diagnosis； wireless transmission

中圖分類(lèi)號(hào)：U231+.92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672–9889（2016）03–0089–03

收稿日期：（2015-12-25）

作者簡(jiǎn)介：王磊（1980-），男，江蘇無(wú)錫人，工程師，主要從事地鐵、鐵路客車(chē)等軌道交通車(chē)輛制造及車(chē)輛研發(fā)、調(diào)試工作。