论文研究-电力机车远程实时监控专家系统的设计与实现 .pdf

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电力机车远程实时监控专家系统的设计与实现,刘春明,, 使用北斗卫星定位导航及移动通信技术和GPRS技术实现了对机车运行状态和设备状态的远程实时监控。提供了车载单元与地面监控中心�
国科技论又在线 应用服务器:面向终端用户实现各种业务逻辑的接∏。通过应用服务器,将整个系统的 数据与用户隔开,较好的实现了系统的模块化,提髙了系统的稳定性,可靠性及可移植性。 系统详细设计 3.1车载教据采集单元设计 车载单元采集电力机车运行信息、状态信息及各种设备的状态信息。电力机车的运行、 状态参数及枚障信息主要来自机车控制系统的以下几个主要部分:微机控制柜中的机箱和 机箱2、逻辑控制单元LU以及TAX机箱(机车安全信息综合监洳装置;包括:车站编号,时间, 公里标,坐标,速度等信息)。 此外车载还包括GPS定位单元。其结构如图2所示: 微机控制柜 控制箱1 制箱2 午载 串行总线 数据通信 采集N接口 TAx机箱GPs定位单元1单元 逻辑控制单元」 图2车载数据采集单元结构示总图 玍载数据釆集单元通过CpU卡管理其内部总线,控制各子模块的工作,采集并记录机车 各种运行参数及故障信息,通过内部的接口转换模块将从微柷控訇箱、LCU和TAX取得数据的 信息进行甄别、分类等预处理后经通信接口发送到卫星通信单元。 3.2系统通信设计 随着移动通信技术的发展,有多种可选的移动数据通信技术,如GSM峰窝移动通信、 无线电台通信、卫星通信、GPRS通用无线分组业务等 由于GSM网终覆盖面有限,很难覆盖铁路沿线,盲区很多;而无线电台无论是改造原 有无线电台还是增加额外的无线数据传输电台都有较大难度,而且随着列车的不断提速,短 波电台通信的效果也较差,无法使用3]。目前对于移动、长距离道讯,采用卫星通讯方式较 合适。本系统采用卫星通信作为基本遥信方式,且选用GPRS作为辅助通信方式,确保系 统的可靠运行。由于关于北斗卫星和GPRS通信方式的优、缺点有许多介绍,且不是本文主 要讨论的内容,故不作赘述。 33训度中心设计 调度中心部分由遥信服务器、中心数据库、应用服务器及客户端软件等模块组成。要 包括通信软件、调度软件、故嫜分析专家系统及机车转储数据分析软件。 由于通信数据统一存储在中心数据库上,而机车状态分析、实时监测等单元需要提供给 调度中心、机务段等多个部门,是典型的CS结构,故采用了三层架构的体系结构设计方法 进行设计和实现。调度中心主要包括:数据通信模块、中心数据库、业务逻辑及机务段、调 度中心等终端用户群 山国利技记文在线 331.数据通信及存储横块 地面数据通信模块包括卫星通信接凵与GPRS通信接凵,分别实现地面中心通过卫星通信 方式和GPRS通信方式与车载的数据双向传输。并将信息存储在中心数据库 3.32.业务逻料横块 主要用于大批量事务处理、事务支持、大型配置、信息传送和网络通信。这样业务规则 数据访问、合法性校验等工作放到中间层进行处理,客户端不需要直接与数据库进行数据交 互,而是通过 COM/DCOM通讯与中间层建立连接,由中间层与数据库进行交互,使客户端基本 实现了与业务规则无关。这种业务逻辑层的引入大大降低了数据库服务器的资源开销,提高 了系统的可维扩性和可复用性,可以在不必重新进行数据访问、业务规则等设计开发的情兄 下快速扩展为基于BS模式的系统。 1.列车的定位 由于系统中使用了两种定位方式一-GPS和北斗双星定位,故需分别对这两种方式进行 解析并存储为统一的数据格式。业务逻辑中设计了刈GPS坐标和北斗坐标转换的模块。供铁 路电子地图定位和绘制机车服务。 2.故璋诊断专家系统设计 在本系统中,业务逻辑层为一个故障诊断专家系统,它仿真机务技术人员判读故障的过 程,以标准化作业规程、各设备的典型工况参数和合理的参数变化范围、典型故障的行为佇 征为知识库。其基本结构如图3所示 知识处理模块 诊断推理模块 知识库管理系统 知识库 机车 规则 故障 知识获取系统年华) 推 诊断人 领城机 解释机制 机 专家」界 动态数据库 面 诊断结果维修建议 用户 a uu uu au u 图3故障诊断专家系统结构示意图 3.故璋树的生成 故障树分析法(FIA是分析系统可靠性和安全性的一种重要方法。故障树模型是一个以 系统最不希望发生的事件为顶事件,以可能导致顶事件发生的其它事件为底事件,并用逻糈缉 门表示事件之间关联的一种倒树状结构的逻辑图。故障树基于硏究对象结构、功能特征的行 为模型,是一种定性的因果模型。 与故障树搜索自顶向卜逐步细化的结构类似,机夲检修工程师在检修机车故障的时候 总是从故障现象着手,根据炇暲现象和所掌握的知识逐步缩小査找的范围,直到找到放障部 倥。因此,故障诊断过稈实际上就是棖据障表象,确定故障范闱的过稈,范闱从人到小,逐步 定位到真正的故障点。 国科技论叉在线 3.3.3.岩户增软伴 客户端属三层结构中的表示层,包括机车定位显示模块、机车调度模块、故障分析专家 系统,机车转储数据分炘模及其他辅助模垗组成。分別实现柷车的定位和远程调度,车 和设备的状态分析等功能。 GS(地理信息系统)在我国应用十分广泛,已逐步发展成门新兴的信息产业。本系 统使用组件式GIS软件开发技术,开发了基于MapX的铁路电子地图。通过多线程技术实现了 机车的实时跟踪定位、査找及轨迹描绘等功能。图4机车定位昂示显示了机车号分别为4013 (客车,车次为T111)和4033(货车,车次号为26387)的两辆列车的位置。 机区行态实时及卫星基系续(电了图 灰玩 F置))帮)毛」团作L 功上一视图下一观臣默认图功能置车次达择 J 图 区 号最后通讯。 河 一 噩品噩量噩 3必960n环 446.U1 地节图327.0公且 用户ib间:0411013:0:04m×00-11010:000数君车报常自动陆有 图1机车定位显示 通过对机车的各种状态数据的统计和汇总,系统能够措绘岀运行参数(如速度曲线、电 压、电流曲线等)的曲线;对于一般的故障能够通过査询故障树自动分析出故障位置、故章 六生的原因和处哩建议;对于较特殊的故障也能给出故障的汽围和处理建议,大大提扃了机 务人员排査枚障的敚率。同时,状态分析系统能对机车的各种状念行实时跟踪,记录机车 运行时的多种参数,为机车的状态修提供可靠的依据。避免了定期拆装检修所造成的人力、 物力和财力的浪费,也提高了札车的运用效率。图5是发生列午供电接地时系统给出的判断。 司机钥匙开关1 列车供电1F 司机钥匙1527 列车供电1接地继电器FE7,444 210,211车供电接惠 司机钥匙开关2 列车供电2子地继E 司机钥匙2528 列车供电2接地维电器FEE,445 图5发生列车供电接地故障时系统的判断 地面中心的客户端用户还可以通过系统提供的短消息向运行的机车发送透明指令、詟告 等各种自定义消息。最后,客户端用户还可以针对自己感兴趣的信息通过卫星通信向车载单 元请求数据信息,对各类消息的返回信息进行解析,方便用户进行实时分析和判断。 中国科技记文在线 4小结 电力机玍远程实时监控系统通过对机车的设备状态、运行状态等信息进行实时跟踪,记 录机车运行时的多种参数,经专家系统知识库的处理和分析,能够描绘出各参数的动态发展 趋势,对机车的运用情况做出预期的判断,尤其是为机车的状态修提供可靠的依据,提髙了 机车的运用效率。采用模块化、分层设计思想方法使系统有极强的灵活性和扩展性,降低了 系统升级和维护的成本和费用,兵有良好的经济效益。通过与株洲电力机车研究所提供的机 车设备联合调试和在西安杋务段的运行,证明系统有很高的稳定性和可靠性,能实时监控电 力机车的各种信息,分析机车的状态,达到了设计要求。 参考文献 1.梁晋,龚原斌,殷勤策.移动玊星通信平台在铁谘运输调庋中的应用.铁道通信信号,202(12)·9-11 2.西安机务段.韶山TE型电力机车乘务员于册.西安.西安机务段2004 3. Marybeth Luczak(美).列车远程监控. Railway Agc.Oct,203 4.陈振国.卫星通信系统与技术.北京.北京邮电学院出版社.2003 5.西安机务段.韶山πE型电丿机车检修.西安.西安机务段.2004 Design and realization of Real-Time Electric-Locomotive's Health Monitoring System Liu chunming ng School of mathematics, Physics and Information Technology, Tianshui Normal College) ⊥ bstract The operational information and cquipments' health information of the clectric locomotives are transmitted to the locomotive depot and dispatcher's center through BeiDou satellite and GPrs technique, which makes the remote bidirectional real-time monitoring on locomotive's health comes true. All information of locomotive is on-line collected by the onboard unit and roundly analyzed by the fault analysis expert system. Implementation of the system has significant effect on real time monitoring and repair according to condition of locomotives Keywords: Locomotive; Remote control; Health detection; GPS position; Repair according to 作着筒介刘春明,男,1981年生,硕上,天水帅范学院讲帅,主要研究方向:计算机网终与通信。 Email:cucmeliu@gmail.comEcucme(a,163.com 6

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