專利名稱：網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于列車(chē)監(jiān)控和預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全 監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，交通運(yùn)輸體系的骨干。在鐵路、公路、水 運(yùn)、航空和管道五種運(yùn)輸方式中，鐵路擔(dān)負(fù)著我國(guó)的大部分運(yùn)輸任務(wù)，發(fā)揮 了重要的作用。鐵路車(chē)輛有客運(yùn)車(chē)輛、貨運(yùn)車(chē)輛、特種車(chē)輛等?？蛙?chē)車(chē)輛是 鐵路客運(yùn)的裝載工具，因此，必須經(jīng)常保持?jǐn)?shù)量足夠、質(zhì)量良好的車(chē)輛，才 能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。開(kāi)展客運(yùn)車(chē)輛安全與健康維護(hù)，掌握客車(chē) 車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，做好車(chē)輛的運(yùn)用、檢修工作，是客車(chē)車(chē)輛部門(mén)廣大工作者 的基本任務(wù)。
列車(chē)提速可以說(shuō)是改革開(kāi)放后最顯見(jiàn)的成果之一，但是此成果的取得飽 含鐵路職工巨大的奉獻(xiàn)、辛勞與擔(dān)心；無(wú)人不對(duì)鐵路的"夕發(fā)朝至"備感
欣慰，但欣慰的背后隱含著技術(shù)的多方面不確定性?，F(xiàn)行運(yùn)營(yíng)旅客列車(chē)的管 理體系是車(chē)輛乘務(wù)員隨車(chē)監(jiān)控車(chē)輛狀態(tài)，而這種監(jiān)控實(shí)際上大多是依靠人的
感覺(jué)與少數(shù)定量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如軸溫報(bào)警系統(tǒng)等。車(chē)輛實(shí)際運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)如轉(zhuǎn)向 架的工作狀態(tài)、制動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、車(chē)電的工作狀態(tài)只有當(dāng)發(fā)生重大事故 的時(shí)候方能察覺(jué)出來(lái)，而此時(shí)的損失已經(jīng)很大，如運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的車(chē)電引起的 火災(zāi)事故、制動(dòng)系統(tǒng)工作不正常引起的閘瓦過(guò)熱、踏面擦傷、空氣彈簧漏氣、 減振器失效、轉(zhuǎn)向架晃動(dòng)加劇等等，這些事故有些乘務(wù)員根本無(wú)從知道。如 何監(jiān)測(cè)這些故障保證旅客列車(chē)運(yùn)輸安全的同時(shí)提高檢修效率、減少損耗，這 就需要一個(gè)可靠而完善的客車(chē)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與在線故障診斷系統(tǒng)。
上世紀(jì)80年代初，以單片微機(jī)為代表的微計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用到列車(chē)控制及故障診斷、顯示系統(tǒng)。工業(yè)控制總線技術(shù)和控制方法的不斷進(jìn)步和推廣 應(yīng)用，使得許多原來(lái)用硬連接線不便或不可能實(shí)現(xiàn)的功能成為可能。而隨 著人們對(duì)鐵路運(yùn)輸要求的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在
鐵路領(lǐng)域逐步形成了所謂的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)TCN (Train Communication Network)。
早期的機(jī)車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)僅用于傳動(dòng)裝置的控制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展以及控制、服務(wù)對(duì)象的增多，人們把計(jì)算機(jī)在鐵道系統(tǒng)的應(yīng)用依次劃 分為6個(gè)層次公司管理、鐵路運(yùn)營(yíng)、列車(chē)控制、機(jī)車(chē)車(chē)輛控制、傳動(dòng)控 制和過(guò)程驅(qū)動(dòng)，為了完成這些功能，必須依賴鐵路計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。列車(chē)通信 網(wǎng)絡(luò)是在串行通信總線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，并從原來(lái)不同公司的企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)推向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成了列車(chē)通信與控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬 件系列和全方位的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、維護(hù)、管理軟件工具。
由于先進(jìn)微處理器應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，加上巨大的市場(chǎng)前景，各
大廠商競(jìng)相研發(fā)，現(xiàn)在車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)主要有西門(mén)子的SIBAS16、 SIBAS32, Adtranz公司的MICAS-S、 MICAS-S2、 MITRAC以及ALST0M公司的AGATE系 統(tǒng)。其中SIBAS16、 SIBAS32、 MICAS-S是基于早期自行定義的協(xié)議來(lái)建立 列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的。MICAS-S2將網(wǎng)絡(luò)分成列車(chē)總線和車(chē)廂總線，列車(chē)總線 采用FSK (頻移鍵控)，波特率為19. 2kbps,車(chē)廂總線MVB (多功能車(chē)廂總 線)采用RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，局部總線采用雙絞線，遠(yuǎn)程總線采用光纜, 波特率為1. 5Mbps。MITRAC則是在MICAS-S2的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的分布式列 車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)，其協(xié)議已完全符合TCN的標(biāo)準(zhǔn)。AGATE則是以WORLDFIP總線 協(xié)議為基礎(chǔ)建立網(wǎng)絡(luò)的，通信波特率為2.5Mbps。三者皆可根據(jù)需要建立 主從式的分級(jí)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)。加拿大的BOMBARDIER公司和日本的川崎公司則基 于L0NW0RKS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了列車(chē)網(wǎng)絡(luò)。
早期列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的典型代表是SIEMENS公司的SIBAS系統(tǒng)(西門(mén)子 鐵路自動(dòng)化系統(tǒng))和ABB公司的MICAS系統(tǒng)，1983年SIEMENS公司開(kāi)始推 出以80186為核心的SIBAS-16系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用通用型模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 利用總線將各模塊連結(jié)起來(lái)；根據(jù)模塊的不同組合及軟件系統(tǒng)的編程，使 SIBAS-16控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的機(jī)車(chē)(電力機(jī)車(chē)/動(dòng)車(chē)組、內(nèi)燃機(jī) 車(chē)/動(dòng)車(chē)組、地鐵、輕軌動(dòng)車(chē)組等)，可以完成對(duì)主變流器的斬波控制、交直流機(jī)車(chē)的整流/逆變控制、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的變頻控制以及機(jī)車(chē)故障監(jiān)控、
列車(chē)自動(dòng)控制、乘客信息服務(wù)等多種功能。1992年SIEMENS公司又推出了 以32位微機(jī)80386為核心的SIBAS-32系統(tǒng)。相應(yīng)地ABB公司推出了在我 國(guó)機(jī)車(chē)上廣泛使用的MICAS系統(tǒng)，以及隨后的MICAS-S, MICAS-S2等系統(tǒng)。 在MICAS-S2系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)級(jí)與機(jī)車(chē)控制級(jí)之間的數(shù)據(jù)交換就是由MVB總線 (由光纖導(dǎo)體組成的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)車(chē)串行數(shù)據(jù)總線一多功能機(jī)車(chē)總線)完成的。
1988年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC )電氣牽引設(shè)備(TC9 )成立了第22 工作組(WG22)與國(guó)際鐵路聯(lián)盟聯(lián)合著手制訂了列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)TCN (Train Communication Network)標(biāo)準(zhǔn)IEC61375。根據(jù)定義，這里所說(shuō)的列車(chē)通 信網(wǎng)絡(luò)(TCN),是指進(jìn)行通信的車(chē)輛及列車(chē)總線的集合。并確定鉸接式列 車(chē)總線WTB (Wire Train Bus)和多功能車(chē)輛總線MVB (Multifunction Vehicle Bus, a Vehicle Bus)(車(chē)輛總線的一種)作為列車(chē)總線和車(chē)輛 總線，WTB是為開(kāi)式列車(chē)(由一組車(chē)輛構(gòu)成的列車(chē)，其組成在正常運(yùn)行中 是可以改變的；而在正常中其組成不會(huì)改變的列車(chē)如地鐵、城郊列車(chē)、高 速動(dòng)車(chē)組則稱為閉式列車(chē))中互相連接的機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)計(jì)的串行數(shù)據(jù)通信總 線，當(dāng)然也可能應(yīng)用于其他場(chǎng)合。MVB用于連接車(chē)輛內(nèi)部設(shè)備，實(shí)際上主 要用于(但也并非專用于)對(duì)有互操作性和互換性要求的互連設(shè)備之間的 串行數(shù)據(jù)通信總線。圖2是TCN的結(jié)構(gòu)(這個(gè)結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展，傳感器/執(zhí)行 機(jī)構(gòu)總線可以成為結(jié)構(gòu)中的第三層，這一層不是列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的主題, 因?yàn)樗勺鳛閭鞲衅骺偩€所連車(chē)輛總線設(shè)備的一個(gè)部分來(lái)考慮)，圖中列 車(chē)總線和車(chē)輛總線都連到節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)起網(wǎng)關(guān)的作用。這個(gè)層次是概念上 的，節(jié)點(diǎn)可以沒(méi)有車(chē)輛總線，也允許節(jié)點(diǎn)連接幾個(gè)車(chē)輛總線。
TCN列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)是一種現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)或者稱廣義的 現(xiàn)場(chǎng)總線，是廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的串行雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)(以下 統(tǒng)稱現(xiàn)場(chǎng)總線)。其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)(或底層)數(shù)據(jù)的收集和執(zhí)行設(shè)備的 控制，完成系統(tǒng)管控設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相互之間的信息交換。 其應(yīng)用領(lǐng)域大致可以分為過(guò)程工業(yè)中的連續(xù)控制、制造業(yè)的離散控制及 運(yùn)動(dòng)控制、電力監(jiān)控及變配電領(lǐng)域電氣開(kāi)關(guān)的控制、車(chē)輛及其它可移動(dòng)設(shè) 備內(nèi)部的測(cè)控、環(huán)境監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)以及其它地域分散的一般 自動(dòng)化領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳遞與集中等。由圖2所示的TCN列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)整個(gè)列 車(chē)，每節(jié)機(jī)車(chē)或車(chē)輛的車(chē)輛總線通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)連接。機(jī)車(chē) 或車(chē)輛上的各種設(shè)備則直接掛在車(chē)輛總線上。這樣，包括機(jī)車(chē)車(chē)輛的控制、 檢測(cè)、故障診斷等信息的傳輸，都可以方便地通過(guò)列車(chē)總線和車(chē)輛總線及 其對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)叫枰@些信息的設(shè)備。如微機(jī)控制系統(tǒng)、故障診斷 系統(tǒng)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障 預(yù)警系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括故障診斷 管理控制器、鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采 集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器；所述的鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采 集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器均與所述的故障診斷管理 控制器連接。
所述的電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括供電監(jiān)控電路、空調(diào)控制電路、車(chē)門(mén) 控制電路和電控制動(dòng)電路；所述的機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括輪對(duì)及軸溫檢 測(cè)電路、轉(zhuǎn)向架檢測(cè)電路以及車(chē)體車(chē)架檢測(cè)電路；所述的輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采 集器包括空氣管路檢測(cè)電路、氣動(dòng)裝置檢測(cè)電路、溫度濕度檢測(cè)電路和煙 火報(bào)警電路。
本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明由故障診斷管理控制器通過(guò)電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù) 采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器采集列車(chē)上的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)行信號(hào),并對(duì) 這些數(shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和處理，并且，本系統(tǒng)通過(guò)鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線 接口與列車(chē)上其他車(chē)廂的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障精密診斷主機(jī)及網(wǎng)關(guān)通信連 接，共享數(shù)據(jù)和信息。因此，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成度高，通信能力強(qiáng)，能為列車(chē) 提供實(shí)時(shí)的故障診斷，最大限定保障列車(chē)的安全運(yùn)行。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為T(mén)CN基本結(jié)構(gòu)；
圖3為基于列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的旅客列車(chē)故障診斷系統(tǒng)方案。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示， 一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于， 包括故障診斷管理控制器、鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī) 械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器；所述的鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電 氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器均與所述的 故障診斷控制器連接。所述的電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括供電監(jiān)控電路、空調(diào) 控制電路、車(chē)門(mén)控制電路和電控制動(dòng)電路；所述的機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括 輪對(duì)及軸溫檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)向架檢測(cè)電路以及車(chē)體車(chē)架檢測(cè)電路；所述的輔助 部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括空氣管路檢測(cè)電路、氣動(dòng)裝置檢測(cè)電路、溫度濕度檢測(cè) 電路和煙火報(bào)警電路。因此，所述系統(tǒng)一般應(yīng)包括走行部振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、 制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、車(chē)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、防滑器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、車(chē)門(mén)火災(zāi)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)等部分。
列車(chē)是由車(chē)列連掛上機(jī)車(chē)，并配備相應(yīng)的列車(chē)標(biāo)志組成。列車(chē)按性質(zhì)和
用途的不同，可以分為旅客列車(chē)、混合列車(chē)、軍用列車(chē)、貨物列車(chē)、專運(yùn) 列車(chē)等。 一般而言我們將列車(chē)分為旅客列車(chē)與貨運(yùn)列車(chē)。對(duì)開(kāi)展故障預(yù)警技 術(shù)而言,現(xiàn)階段列車(chē)的主要區(qū)別在于國(guó)內(nèi)普通旅客列車(chē)和貨物列車(chē)與機(jī)車(chē)沒(méi) 有電或者控制網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，貨車(chē)更是沒(méi)有電源的。而新型高速列車(chē)則有列車(chē) 通信網(wǎng)絡(luò)將整列車(chē)連成一個(gè)電的系統(tǒng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)信息的交換與傳輸。 對(duì)于貨運(yùn)列車(chē)，本發(fā)明利用無(wú)線傳感器技術(shù)對(duì)貨物列車(chē)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)于 旅客列車(chē)，本發(fā)明利用圖2所示的實(shí)施例。
圖3是基于列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的旅客列車(chē)故障診斷系統(tǒng)方案，系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛的 監(jiān)測(cè)分電氣部分、機(jī)械部分、空氣管路及其它部分進(jìn)行。對(duì)于機(jī)械部分，系 統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程的檢測(cè)與記錄，發(fā)現(xiàn)關(guān)系到車(chē)輛運(yùn)行安全的各零部件的維修 與養(yǎng)護(hù)情況是否良好，而結(jié)合動(dòng)態(tài)的記錄與評(píng)估建立的專家系統(tǒng)，可以對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的性能變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)行基于定量分析的質(zhì)量控制與動(dòng) 態(tài)管理，從根本上防止動(dòng)力學(xué)問(wèn)題及相關(guān)問(wèn)題的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的無(wú)病態(tài)或 微病態(tài)運(yùn)行，從防止故障出現(xiàn)的源頭做起，減少車(chē)輛系統(tǒng)磨耗，使得整個(gè)車(chē) 輛運(yùn)營(yíng)的力學(xué)環(huán)境更加符合要求，降低車(chē)上各種設(shè)備的事故發(fā)生率，提高旅 客運(yùn)營(yíng)的舒適度，為整個(gè)鐵路的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)綜合的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
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權(quán)利要求
1、一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括故障診斷管理控制器、鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器；所述的鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器均與所述的故障診斷管理控制器連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)，其特 征在于，所述的電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括供電監(jiān)控電路、空調(diào)控制電路、 車(chē)門(mén)控制電路和電控制動(dòng)電路；所述的機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器包括輪對(duì)及軸 溫檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)向架檢測(cè)電路以及車(chē)體車(chē)架檢測(cè)電路；所述的輔助部分?jǐn)?shù) 據(jù)采集器包括空氣管路檢測(cè)電路、氣動(dòng)裝置檢測(cè)電路、溫度濕度檢測(cè)電路 和煙火報(bào)警電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)安全監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括故障診斷管理控制器、鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器；所述的鉸鏈?zhǔn)搅熊?chē)總線接口、電氣部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器、機(jī)械部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器和輔助部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器均與所述的故障診斷控制器連接。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成度高，通信能力強(qiáng)，能為列車(chē)提供實(shí)時(shí)的故障診斷，最大限定保障列車(chē)的安全運(yùn)行。
文檔編號(hào)B61L23/00GK101654112SQ20091004432
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者靖 王, 庶 陳, 陳特放, 黃采倫 申請(qǐng)人:中南大學(xué)