齊 鶴

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

300T 列控車載設(shè)備是中國(guó)鐵路通信信號(hào)集團(tuán)有限公司列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，從2009 年至今，已裝備了上千列高速動(dòng)車組。

300T 列控車載設(shè)備自身存儲(chǔ)空間有限，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄不夠充分。同時(shí)，由于300T 列控車載設(shè)備采用分布式設(shè)計(jì)方案，多個(gè)單元通過(guò)總線進(jìn)行連接和通信，造成Log 數(shù)據(jù)下載及分析過(guò)程也較為繁瑣，需采用筆記本電腦+USB 轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線的方式對(duì)柜內(nèi)各單元逐一進(jìn)行下載，再由相關(guān)工作人員針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行人工分析和總結(jié)。導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，故障分析處理及維護(hù)工作效率較低。

隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路的大規(guī)模發(fā)展，裝備300T 列控車載設(shè)備的高鐵列車數(shù)量越來(lái)越多，用戶對(duì)車載設(shè)備智能維護(hù)的需求也變得更加迫切。

2 數(shù)據(jù)類型

300T 列控車載設(shè)備需采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括：

1) ATPCU、C2CU、SDP、TSG、STU-V、BTM 等單元的AE-LOG 數(shù)據(jù)，包含上述單元運(yùn)行過(guò)程中的故障語(yǔ)句和代碼，可用于初步分析判斷故障原因。存儲(chǔ)于各個(gè)單元的非易失性存儲(chǔ)器中，需通過(guò)專用的下載指令從各個(gè)單元的串口進(jìn)行下載；

2) 速度信息，包括雷達(dá)RS-485 報(bào)文和脈沖數(shù)據(jù)，以及速度傳感器的脈沖數(shù)據(jù)。其中雷達(dá)RS-485報(bào)文數(shù)據(jù)包含瞬時(shí)速度、走行距離以及雷達(dá)運(yùn)行狀態(tài)等信息，脈沖數(shù)據(jù)為雷達(dá)或速度傳感器輸出至車載設(shè)備的原始信息，車載設(shè)備根據(jù)脈沖頻率計(jì)算實(shí)時(shí)速度；

3) 供電電壓，供電電源引入的干擾會(huì)對(duì)整個(gè)車載設(shè)備的運(yùn)行造成一定影響，因此記錄電源電壓會(huì)對(duì)車載設(shè)備的故障診斷起到一定的輔助作用；

4) 非接觸式I/O 采集，通過(guò)電流感應(yīng)的方式監(jiān)測(cè)緊急制動(dòng)等關(guān)鍵信號(hào)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成任何影響；

5) JRU 數(shù)據(jù)，司法記錄單元（JRU）通過(guò)車載設(shè)備的Profibus 總線、MVB 總線以及數(shù)字量接口，記錄車載設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可與AE-LOG 結(jié)合分析故障；

6) TCR 數(shù)據(jù)，記錄了軌道電路讀取器（TCR）的運(yùn)行和故障信息，可用于分析TCR 故障；

7) 電臺(tái)空口數(shù)據(jù)，可用于分析鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）通信問題；

8) 應(yīng)答器報(bào)文讀取和分析（BTRA）數(shù)據(jù)，記錄應(yīng)答器的原始報(bào)文等信息，可用于報(bào)文接收及干擾相關(guān)的問題分析。

3 數(shù)據(jù)采集及傳輸方案

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

300T 智能維護(hù)系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集及傳輸單元、用戶及管理員終端、300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器等。

數(shù)據(jù)采集傳輸單元安裝于機(jī)柜內(nèi)部，用于采集300T 車載設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器。服務(wù)器內(nèi)安裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、分析軟件及故障特征庫(kù)，用戶通過(guò)客戶端軟件查看故障數(shù)據(jù)及處理建議。

當(dāng)前Wi-Fi 及4G 無(wú)線通信技術(shù)均已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域， 300T 智能維護(hù)系統(tǒng)將Wi-Fi 及4G 無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合，用于實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

數(shù)據(jù)采集傳輸單元的傳輸通道包括以下3 種。

1）通過(guò)4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入公網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸至300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2）通過(guò)工區(qū)Wi-Fi 接入公網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸至300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器。

3）通過(guò)列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）傳輸，由DMS 數(shù)據(jù)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示，其中DMS 及DMS 數(shù)據(jù)服務(wù)器為第三方設(shè)備。

圖1 300T智能維護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Composition of 300T intelligent maintenance system

3.2 電路安全防護(hù)設(shè)計(jì)

分別采用光電隔離或非接觸式的采集方式對(duì)車載設(shè)備的各類型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并為供電和采集電路配備保險(xiǎn)絲，對(duì)各采集電路的輸入阻抗進(jìn)行限制，避免電路故障對(duì)車載設(shè)備的運(yùn)行造成影響。

對(duì)數(shù)據(jù)采集傳輸單元進(jìn)行電磁兼容檢測(cè)，確保不會(huì)因電磁干擾問題影響車載設(shè)備正常運(yùn)行。

3.3 數(shù)據(jù)通信安全設(shè)計(jì)

CTCS3-300T 列控車載設(shè)備對(duì)高速動(dòng)車組運(yùn)行安全起著至關(guān)重要的作用，數(shù)據(jù)采集傳輸單元聯(lián)網(wǎng)后所引入的網(wǎng)絡(luò)安全問題不容忽視。

為了保障網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)不受來(lái)自外部和內(nèi)部用戶的入侵和破壞，智能維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)用堡壘機(jī)，切斷終端計(jì)算機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器資源的直接訪問，采用協(xié)議代理的方式，接管終端計(jì)算機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的訪問。能夠攔截非法訪問，和惡意攻擊，對(duì)不合法命令進(jìn)行命令阻斷，過(guò)濾掉所有對(duì)目標(biāo)設(shè)備的非法訪問行為，并對(duì)內(nèi)部人員誤操作和非法操作進(jìn)行審計(jì)監(jiān)控，以便事后責(zé)任追蹤。

3.4 下載時(shí)機(jī)

雷達(dá)RS-485 報(bào)文及脈沖數(shù)據(jù)、速傳脈沖數(shù)據(jù)、供電電壓值、非接觸式I/O 采集等數(shù)據(jù)均可實(shí)時(shí)采集記錄。

AE-LOG 數(shù)據(jù)為觸發(fā)式采集，采集單元通過(guò)串口向VCU 或BTM 單元每發(fā)送一次下載指令，VCU 或BTM 單元才會(huì)向采集單元輸出一定長(zhǎng)度的AE-LOG 記錄。為避免頻繁下載占用過(guò)多資源，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響，需對(duì)AE-LOG 數(shù)據(jù)下載邏輯進(jìn)行合理規(guī)劃。采集單元向VCU 或BTM 單元發(fā)送下載指令的頻率設(shè)定為5 s 一次，下載時(shí)機(jī)如下。

定時(shí)下載：設(shè)定周期性下載，如每日回庫(kù)的檢修時(shí)間范圍內(nèi)自動(dòng)下載。

自動(dòng)重啟（故障）后下載：速度為0 的狀態(tài)下，串口檢測(cè)到ATPCU、C2CU、SDP 或TSG 的啟機(jī)信息后，開啟自動(dòng)下載。

用戶遠(yuǎn)程觸發(fā)下載：數(shù)據(jù)下載完成或檢測(cè)到再次重啟（下載未完成）時(shí)，將已下載的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器。

U 盤下載：在列車靜止的條件下，可通過(guò)采集單元USB 接口下載AE-LOG 或其他數(shù)據(jù)至U 盤。

4 分析診斷方案

智能維護(hù)系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，客戶端發(fā)起訪問并接收分析結(jié)果或由服務(wù)器主動(dòng)推送故障信息到客戶端，具體的分析診斷工作由服務(wù)器完成，如圖2 所示。

300T 數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能包括：

1) 對(duì)故障特征庫(kù)及接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理；

2) 實(shí)時(shí)分析預(yù)警，并主動(dòng)將預(yù)警信息推送至用戶終端，提示用戶進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)；

3) 接收用戶及管理員終端的分析、查詢指令，對(duì)指定數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，并將分析結(jié)果發(fā)送給用戶終端進(jìn)行顯示；

4) 支持用戶通過(guò)終端導(dǎo)入數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)分析，并將分析結(jié)果發(fā)送給用戶終端進(jìn)行顯示；

5) 權(quán)限管理：管理員可以查看全路所有列車數(shù)據(jù)，并為普通用戶建立賬戶、分配訪問權(quán)限。普通用戶僅支持查看指定列車的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，具體范圍可根據(jù)動(dòng)車組配屬表進(jìn)行配置。

用戶及管理員終端為預(yù)裝客戶端軟件的計(jì)算機(jī)，終端軟件包括如下的功能。

1) 全局視圖：顯示指定時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)故障的全部列車號(hào)，支持點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)至該車詳細(xì)信息頁(yè)面，同時(shí)應(yīng)支持通過(guò)手動(dòng)輸入列車號(hào)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。

2) 單車視圖：按照時(shí)間系實(shí)時(shí)顯示指定列車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行特殊標(biāo)記，以便于查看故障信息。

3) 實(shí)時(shí)預(yù)警：實(shí)時(shí)接收服務(wù)器推送的預(yù)警信息，并以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行顯示，點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)至該車詳細(xì)信息頁(yè)面。

4) 數(shù)據(jù)下載：支持按照指定時(shí)間及數(shù)據(jù)類型下載數(shù)據(jù)。

5) 數(shù)據(jù)導(dǎo)入分析：支持手動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析。

6) 分析報(bào)告：根據(jù)故障數(shù)據(jù)給出分析及處理建議，一鍵生成故障分析報(bào)告。

7) 處理結(jié)果反饋：故障處理完成后，應(yīng)支持并鼓勵(lì)用戶將某個(gè)故障一次或多次的處理措施進(jìn)行反饋，以便維護(hù)故障特征庫(kù)。

8) 故障履歷：支持查詢車載設(shè)備以往的故障數(shù)據(jù)、分析報(bào)告、處理措施，以及故障件、替換件的編號(hào)。應(yīng)支持按照車號(hào)及端系，和故障件編號(hào)兩種方式進(jìn)行查詢。

9) 編輯故障特征庫(kù)：管理員可手動(dòng)編輯特征庫(kù)，包括新增、修改和刪除故障特征。故障特征應(yīng)包含故障語(yǔ)句和其指向的故障原因（含處理措施），其中故障語(yǔ)句可設(shè)置各單元的相關(guān)語(yǔ)句及語(yǔ)句間的邏輯關(guān)系。

5 測(cè)試驗(yàn)證

將車載設(shè)備數(shù)據(jù)采集傳輸單元安裝在300T 機(jī)柜左側(cè)的導(dǎo)軌上，并按照配線圖將專用電纜連接到各單元指定接口或端子處。

車載設(shè)備數(shù)據(jù)采集傳輸單元上電后，對(duì)其進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置車型、車號(hào)、車端及TSG 單/雙套等信息。

車載設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括供電電壓、速度脈沖、雷達(dá)報(bào)文等均能夠正常顯示，通過(guò)測(cè)量或與JRU 數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以確認(rèn)電壓及脈沖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

采用斷開部分單元供電開關(guān)、修改繼電器配線或雷達(dá)速傳配線等方式模擬現(xiàn)場(chǎng)故障，并通過(guò)分析軟件客戶端進(jìn)行分析，能夠準(zhǔn)確定位故障原因，給出處理建議。

6 總結(jié)

本文研究的300T 車載設(shè)備智能維護(hù)系統(tǒng)，解決了當(dāng)前CTCS3-300T 列控車載設(shè)備數(shù)據(jù)記錄不充分的問題，并將分析診斷過(guò)程智能化、便捷化，免去了現(xiàn)場(chǎng)下載數(shù)據(jù)以及人工分析的繁瑣操作。能夠有效降低現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備維護(hù)工作的效率和故障處理的準(zhǔn)確率。

該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析診斷基于故障特征庫(kù)，故障特征庫(kù)由管理員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理的反饋進(jìn)行維護(hù)和更新。隨著現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，該系統(tǒng)的故障特征庫(kù)將不斷得到補(bǔ)充和完善，分析診斷的準(zhǔn)確率也必將得到進(jìn)一步的提高。