车辆检测技术客车行车安全监测诊断系统.docx
- 文档编号:29494129
- 上传时间:2023-07-24
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:589.24KB
车辆检测技术客车行车安全监测诊断系统.docx
《车辆检测技术客车行车安全监测诊断系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《车辆检测技术客车行车安全监测诊断系统.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
车辆检测技术客车行车安全监测诊断系统
第十五章客车行车安全监测诊断系统
随着我国旅客列车提速范围越来越大,运行速度越来越高,途中停靠站少,确保旅客列车运行安全的任务十分艰巨。
在运行中及时发现和防止故障的发生和扩大,并采用相应信息化检修作业,成为目前保证旅客列车运行安全急需解决的问题。
车辆运行中基础制动系统作用是否良好,车辆转向架性能是否恶化,车辆供电系统是否处于安全状态,防滑器工作状态是否正常,有无擦伤超限的车轮,空气弹簧工作状态,轴承温度是否超限报警,配电室等重点防火部位有无火灾险情等等。
这些涉及列车运行中安全的问题都必须在运行状态下及时发现并采取相应对策,才能使旅客列车运行安全得到保证。
对上述危及旅客列车运行安全主要因素进行实时监测诊断、记录和存储,集中显示和报警,故障定位指导维修;运行中车载监测诊断系统通过无线通信装置与地面数据管理与专家系统双向通信并和局域网联网,实现客车运用状态的信息化监控和运用状态的动态检修与管理。
这是本系统的设计目标。
KAX-1客车行车安全监测诊断系统实现了旅客列车运行中的安全监测与诊断、报警、记录与存储,并实现了“车-地”、“车-人”、“地-地”的双向数据通信,它的应用必将为客车的安全监控、信息化状态检修与质量管理提供强有力的技术平台。
对我国目前提速客车危及行车安全的主要因素进行现场分析,确定本系统监测诊断重点主要针对目前客车故障多发部位、发生故障危及运行安全而人工难以检测和判断的部位以及只有在运行工况下才能检测到的部位,即客车的走行部、基础制动系统和车辆供电系统。
系统各功能级监测单元硬件上为独立模块。
系统以基本配置(车辆走行部动力学、基础制动系统、车电、防滑器)为基础,其余功能块(轴温、火警、车门、车厢显示器、无线通讯等)为可选件,系统组态灵活。
KAX-1客车行车安全监测诊断系统由三个分系统组成:
车载安全监测诊断系统;无线通信系统;地面数据管理与专家系统。
第一节KAX-1客车行车安全监测诊断系统的特点和组成
一KAX-1客车行车安全监测诊断系统的特点
KAX-1的车载系统的硬件结构由三部分构成:
车厢级主机、列车网络、列车级主机。
集车载实时监测诊断与记录;无线通讯;地面实时监测终端与数据库管理为一体的信息化的客车行车安全监控系统。
监测重点针对危及列车运行安全以及在运行状态下人工难以发现与判断的主要因素:
即车辆转向架、制动系统以及车辆的供电安全状态。
列车级主机以QNX多任务实时操作系统为平台。
QNX多任务实时操作系统比目前常用的WINDOWS操作系统在实时性、稳定性、可靠性等方面有很大提高,并且具有模块化程度高、剪裁自如、易于扩展的特点。
地面数据库与专家系统的数据存档、查询、诊断、联网功能,为车辆应用和管理部门提供一个车辆应用管理、动态质量控制的信息化技术平台。
二KAX-1客车行车安全监测诊断系统的技术条件
1系统诊断分级:
车厢级功能诊断与列车级综合诊断两级。
2车厢级功能监测:
车辆转向架与车体、制动系统、防滑器、车厢级显示器。
3列车通讯网络:
结构:
车厢级与列车级两级层次结构;类型:
列车级LonWorks现场总线,车厢级LonWorks现场总线;传输介质:
屏蔽双绞线(符合TB/T1484-2001标准);可传输距离:
1000m;
4适应编组数:
1-20辆。
5通讯方式:
车载移动卫星双向通讯;无线通讯GPRS;无线通讯GSM;无线局域网通讯。
6工作环境温度:
-40℃~+70℃;
7工作环境相对湿度:
不大于95%。
8工作电压:
DC110/DC48伏或AC220伏(50Hz),电压波动范围符合TB/T3201-2001标准的规定。
9绝缘性能:
符合TB/T3201-2001标准的12.2.9.1项规定。
10耐振性能:
符合TB/T1333-1996标准的5.9项规定。
11电磁兼容(EMC):
参照GB/T17626-1998标准执行。
12车厢级机厢、模盒设计标准:
参照IEC6029-3标准执行。
13电源功率:
车厢级:
约75W,(AC220V50Hz/DC110V/DC48V);列车级管理器:
约100W(AC220V50Hz)。
14外形尺寸及重量:
车厢级主机(宽×高×深):
482.5×266×255(mm)。
车厢级主机重量:
约15Kg。
列车级主机:
(宽×高×深):
275×133×255(mm)。
列车级主机重量:
约5Kg。
15安装方式:
车厢级主机:
壁挂式4-M8螺钉固定安装;列车管理器:
壁挂式4-M6螺钉固定安装。
16适应车型:
25T、25K、25G、动车组等。
三工作原理
对列车运行中危及行车安全的主要设备(供电系统、空调系统、车下电源、车门、烟火报警、轴温报警器、防滑器、制动系统、车体、转向架动力学性能、轮对状态等等)的工作状态。
通过GPRS通讯设备实现远程监控;通过车上的GPS装置实时向地面报告列车运行位置信息;车辆到站后通过WLAN与地面联网,自动下载数据,并通过地面专家系统进行数据统计,分析车辆各设备的性能,定位故障指导维修,消除安全隐患;通过WEB终端查询系统形成车辆段、路局、铁道部三级监控中心,实现车辆安全运用、维修、管理和监督。
四TCDS设备组成
TCDS设备由车载安全监控系统、车载无线发射装置、客列检WLAN联网设备、客车整备所、车辆段、铁路局、铁道部TCDS设备组成。
第二节车载安全监测诊断系统
一车载安全监测诊断系统组成
由连接同一列车上不同车厢的列车网络(列车总线)TBUS和连接同一车厢内不同功能级监测诊断子系统的车厢网(车厢总线)VBUS所组成,车厢总线上的各功能级监测诊断子系统由车厢网关(Gateway)进行通信管理,它既是车厢网络通信管理器,又是列车网与车厢网的网关。
如图15-1所示。
图15-1KAX-1客车运行安全监测诊断系统组成
客车行车安全监测系统为基于LonWorks网络的分布式微机监视诊断系统。
其拓扑结构为车厢级和列车级两级层次网络结构的LonWorks列车通讯网络系统,即两级总线式结构。
由连接同一列车上不同车厢的列车网络(列车总线)TBUS和连接同一车厢内不同功能级监测诊断子系统的车厢网(车厢总线)VBUS所组成,收发器采用双绞线收发器FTT-10A,传输介质采用双绞屏蔽线,传输速率78.5Kb/S,传输距离2700米。
车厢总线上的各功能级监测诊断子系统由车厢网关(Gateway)进行通讯管理,它既是车厢网络通讯管理器,又是列车网与车厢网的网关。
如下图15-4所示。
车厢总线上的各功能级监测诊断子系统由车厢网关(Gateway)进行通讯管理。
列车总线上的列车网络管理器根据各车厢的监测诊断报告再进行全列车综合诊断,得出本列车各车厢的监测诊断报告(集中显示和报警)。
列车网络管理器还担负组网(网络初运行)以适应车辆编组变动时各车厢的车号、车厢顺位号、运行方向的识别任务。
本系统分为功能级和列车级两级监测诊断。
对于列车级监测诊断系统来说,车厢级功能监测诊断子系统是基本监测诊断单元。
各车厢是相同的,物理上是独立的。
车厢里的各功能级监测诊断子系统则只担负本车厢某一部件或功能的监测和诊断(如制动系统监测诊断子系统的任务是监测诊断制动系统的工作状态)。
车厢级不能诊断或诊断条件不充分的则通过列车级综合诊断来实现(如关门车、折角塞门关闭、转向架状态等)。
如图15-2所示。
图15-2系统两级监测诊断
车厢级网络系统由六个功能级监测诊断子系统,一个显示节点和车厢网关通过LON车厢总线组成车厢级网络系统。
各功能级子系统诊断报告与过程数据,通过显示节点显示,并通过车厢网关和列车总线传送给列车网络管理器,如图15-3所示。
图1
5-3车厢级各功能级监测诊断子系统
车厢级网络系统将防滑器的车辆参考速度变量传送给车门监测节点和车辆转向架状态监测节点,作为两节点的诊断条件;将基础制动监测节点监测的制动/缓解工况变量提供给车辆监测节点、防滑器监测节点,作为诊断条件输入;将防滑器、制动节点的有关信息变量传送给车辆节点参与系统诊断。
二25T型空调客车列车监控网络
25T型空调客车列车监控系统能够自动监测车厢的各种参数,以确保设备和车辆运行安全。
列车监控系统由位于各个车厢的综合控制柜、智能节点和位于监控室的主控站以及通讯网线组成。
综合控制柜主要由供电控制、空调控制、防滑器、轴温报警器等组成。
智能节点主要有烟火报警器、车门控制器、逆变器、充电机等部件。
监控网络主要由与相应控制器相连的网关组成。
系统构成框图如图15-4所示。
1车厢级网络系统
目前,本系统由四个功能级监测诊断子系统,一个显示节点和车厢网关通过LonWorks车厢总线组成车厢级网络系统。
各功能级子系统诊断报告与过程数据,通过车厢网关和列车总线传送给列车级主机(列车网络管理器)。
如图15-5所示。
车厢级网络系统将安装有防滑器的车辆参考速度变量传送给车门监测节点和车辆转向架状态监测节点,作为两节点的诊断条件;将基础制动监测节点监测的制动/缓解工况变量提供给车辆监测节点、防滑器监测节点,作为诊断输入条件,将防滑器、制动节点的有关变量传送给车辆节点参与系统诊断。
主控站
列车级LonWorks网线I路
列车级LonWorks网线II路
N#车
代理节点
PLC
网关
控制器
轴温
网关
烟火
网关
防滑
网关
车辆级LonWorks网线
车门1、2
网关
逆变充电
网关
控制器
网路选择开关
综合控制柜
图15-4 KAX-1客车行车安全监测诊断系统构成框图
车厢级网络采用背板总线方式,车厢级主机的制动节点、车辆节点、防滑器节点、显示节点及代理节点分别以板卡方式与车厢级总线连接。
车厢级显示节点除具有显示本车功能节点状态的功能外还具有修改车顺号和车厢制造号的功能。
2车辆级LonWorks网络线
由双绞屏蔽线组成,线号为LW1A、LW1B;该网线在综合柜处留有连接一、二位端门控器和充电器的接线端子。
网线应处于导通和保持对地绝缘良好状态。
3网关
将轴温报警器等带有RS-232C或RS-485通讯口的设备与车辆级LonWorks网络连接起来,通过网关进行电平转换与协议转换,实现信息交换。
网关按RS-232C或RS-485硬件接口不同分为二大类;按协议转换所需软件不同分为PLC(232)、轴报(485)、防滑器(232/485)、烟火(485)、车门(485)、逆变器(485)等网关。
其中防滑器网关有铁科院(232)和SAB(485)二种,分别对应铁科院和SAB防滑器;逆变器网关有二种,分别对应SMA和国产逆变器,不能互换。
额定输入电压:
直流24V;输入电压波动范围:
20V~27V;输入功率:
3W。
4 KAX-1车厢级主机及各功能模块
(1)车厢级主机 车厢级主机中包括一个6U(1U为44.45mm,6U为266.7mm)模块,它有两个Lon Works网关,均为本车厢的代理节点,它汇总本车厢各节点的信息向列车级管理器转发,并且接收列车级管理器发送的命令。
车厢级各监测诊断子系统集中安装在一台6U(266.7mm)高的19吋机厢内,机厢内每一个板卡担负某一个独立功能,通过机厢下面的端子排与外围设备、列车网和传感器连接。
如图15-6所示
车厢级主机上有7块功能独立的模盒板卡,其功能分述如下表15-1:
表15-1 车厢级主机板卡指示灯状态列表
板卡代号
板卡功能
指示灯代号
意 义
正常状态
故障状态
PW1
DC110V/48V电源转换为24V
“ON-OFF”
“PD”
“ON-OFF”:
来电
“PD”:
24V正常
“ON-OFF”:
亮
“PD”:
亮
“ON-OFF”灭:
未来电
“PD”灭:
无电源输出
FH
进口防滑器联网接口
D1
D2
D1:
板卡电源指示
D2:
进口防滑器接受数据状态显示
D1:
一直点亮;
D2点亮:
接受进口防滑器数据有效
DI熄灭:
板卡电源故障
D2长灭:
与进口防滑器通讯故障
WG2
网关,实现列车网和车厢网之间的数据交换。
D1
电源状态指示灯
开机后常亮
熄灭,板卡电源故障
D2
列车网终端指示打
点亮:
终端
熄灭:
非终端
终端:
熄灭
非终端:
点亮
D3
列车网SP灯
开机后闪烁一下就灭
从未闪烁或连续闪烁
D4
车厢网SP灯
开机后闪烁一下就灭
从未闪烁或连续闪烁
D11
电源状态指示灯
开机后常亮
熄灭,说明无电源
D22
列车网终端指示打
点亮:
终端
熄灭:
非终端
终端:
熄灭
非终端:
点亮
D33
列车网SP灯
开机后闪烁一下就灭
从未闪烁或连续闪烁
D44
车厢网SP灯
开机后闪烁一下就灭
从未闪烁或连续闪烁
ZX1
1端转向架系统监测
D1
电源状态指示灯
主机电源打开后,
D1-D6全部闪烁,
然后:
D1--点亮
D2-D6---熄灭
D1熄灭:
板卡电源故障
D2-D5点亮:
板卡故障。
D6点亮:
传感器故障,
D2
存储区指示灯
D3
先进先出存储区指示灯
D4
网卡指示灯
D5
电子盘指示灯
D6
传感器指示灯
ZX2
2端转向架系统监测
D1
电源状态指示灯
主机电源打开后,
D1-D6全部闪烁,
然后:
D1---点亮D2-D6---熄灭
D1熄灭:
板卡电源故障
D2-D5点亮:
板卡故障。
D6点亮:
传感器故障,
D2
存储区指示灯
D3
先进先出存储区指示灯
D4
网卡指示灯
D5
电子盘指示灯
D6
传感器指示灯
ZD
制动系统监测
D1
运行/传感器/诊断报告三功能指示灯
1秒间隔连续闪烁
0.5秒间隔连续闪烁为传感器故障。
0.2秒间隔连续闪烁为诊断报警。
不亮和长亮不闪烁为板卡故障
XS
车厢级调试用显示模块
LD
显示车厢顺位号
显示车厢顺位号
熄灭无显示或
显示非法代码
(2)车厢级主机上各板卡的连接器插座,一一对应于从车厢级端子排(XDZP)引上来的带插头电缆线,连接时应避免插错位置。
(3)必须先关断PW1卡电源后再拔出板卡。
拔卡前先松开小面板上下的螺钉(小面板螺钉有防脱落功能)和DB插头螺钉,并拔出电缆插头。
(4)板卡插入车厢级主机前,必须确认PW1卡电源处于关断状态。
插卡时要确认该板卡原来规定的机厢位置,并注意对准机厢导轨后才能顺着导轨凹槽推入机厢母板插座。
固定好小面板螺钉,最后固定好插头螺钉。
5车辆制动监测诊断子系统
本子系统监测列车支管和制动管路的风压,诊断制动机的制动/缓解工况,报告有无制动/缓解作用不良、自然制动、自然缓解故障;并为列车级综合诊断是否有折角塞门关闭、关门车事件的发生提供诊断依据;在列车级主机全程记录、存贮诊断事件报告、列车管和制动管路风压的过程数据。
下载到地面数据库专家系统的过程数据与报告,可实现查询、比较、再次诊断和故障确认。
在车厢级为防滑器、车辆转向架状态监测诊断子系统提供制动、缓解状态报告。
测点安装布置如图15-7所示。
图15-7中,LC为列车管压力监测传感器,必须安装在列车支管截断塞门后面的气路上。
ZD为制动管压力监测传感器,必须安装在空重车阀和车辆缓解塞门后面靠近制动缸的气路上。
6车辆转向架状态监测诊断子系统
在车辆一/二端的车体、转向架上安装加速度传感器。
监测轮轴与一系/二系悬挂系统,并根据车体的信号监测整个车辆系统的状态。
系统开发的总体考虑是,通过对铁道车辆动力学系统加速度输出的监测,同时计算系统的时间历程的特征数据并且对车辆系统振动状况进行评估。
将此特征数据经列车网络传输到列车级主机,而后通过地面专家系统对车辆的状态以及车辆状态变化过程进行进一步的判断。
因而,系统的功能分两方面:
车厢功能级实时监测与状态评估。
监测车辆转向架及车体横向、垂向振动加速度,报告本车前转向架/后转向架、一系/二系横向/垂向振动情况;转向架失稳情况;判断轮轴系统是否工作正常,车轮踏面异常(擦伤/剥离);一系悬挂故障;空气弹簧系统故障诊断与报警等。
图15-8转向架与车体监测传感器安装布局图
在图15-8中,ZX1为一位端转向架加速度传感器,监测一位端转向架的垂向与横向振动状况;CT1为一位端车体监测加速度传感器,监测一位端车体的垂向与横向振动状况。
ZX2为二位端转向架加速度传感器,监测二位端转向架的垂向与横向振动状况;CT2为二位端车体监测加速度传感器,监测二位端车体的垂向与横向振动状况。
各路加速度模拟量信号通过接线盒和车下电缆线传送到车厢级主机的J6和J7监测诊断板卡。
7防滑器工作状态监测子系统
防滑器联网,报告防滑器有无故障,若有故障,则指出故障部位,指导维修;报告本车厢防滑器执行防滑保护动作情况。
防滑器向车厢总线发送车辆速度(参考速度或理论速度)和执行防滑保护的情况。
作为车辆转向架节点的诊断判断输入条件。
8车厢显示节点
本系统的车厢显示节点配上便携式显示器作为车厢级人机接口,用于车厢级各节点的调试确认;本车厢车辆工厂制造号和车厢顺位号也可在车厢显示节点上进行人工设置和修改。
板卡上的“LD”显示器显示本车厢顺位号。
三、列车级主机
列车级主机与列车级管理器采用嵌入式实时操作系统,系统运行内核很小,并且使用的资源优化为最少,仅在需要的几个进程之间交换信息,系统运行稳定,可以随时掉电而不会伤害系统本身。
列车级主机具有数据存贮功能,它可以将全列制动节点、车辆节点和防滑器节点的事件信息和故障信息进行存贮,并在车厢级过程数据的基础上在列车级对全列数据进行进一步的分析和对比,从而在列车级形成对制动故障和车辆故障的进一步诊断和故障报警。
故障信息通过串口与四方研究所的主机进行通讯,由其发送给地面接收装置。
事件信息和故障信息可以通过USB口下载到移动存贮设备中,供地面专家系统导入地面数据库进行数据分析。
列车级显示器显示整列车的安全监测诊断信息。
列车级显示器可以集中显示当前所有车辆的制动系统、车辆系统和防滑器系统的所有信息,当某一个或多个车厢出现潜在安全隐患时,列车级显示器发出报警提示信息,并给出故障发生的定位信息和故障参数。
列车级显示器采用触摸屏方式,可以方便地查阅全列信息、单个车厢信息以及分系统信息和故障历史信息。
列车级显示器程序采用嵌入操作系统编程,系统可以在各种条件下开/关机,系统性能不受影响。
列车级主机包含两个LonWorks管理网卡,分别管理A、B两个列车级网络。
列车级CPU选择两个网卡中的一个作为管理主节点,它汇总各个车厢代理节点发送来的信息并进行存贮和分析,CPU将另外一个网卡作为从节点。
当管理主节点所在的网络中有一个或多个车厢级代理节点出现问题时,可以在从节点网络中选取车厢级代理节点发送的信息,保证列车级数据的完整性。
列车级显示器和列车级主机之间通过串口进行数据通讯。
1列车级主机(列车网管理器)的结构
列车级主机面板如图15-9所示。
列车级主机是一台3U(1U为44.45mm,3U为132.5mm)结构壁挂式机厢,外接带电阻式触摸显示屏的工业级专用装置。
由五块板卡组成。
它担负安全监测诊断系统列车通讯网络的运行管理,列车级双向数据通讯,列车级综合诊断,集中显示与报警,各功能节点诊断报告和过程数据的记录,“人-机”交互,并完成“车-地”双向无线通讯功能。
图15-9 列车级主机面板
2列车级主机的显示
在系统正常启动运行,用户所见的一般为此页面,见图15-10。
该页面包含了本次列车所有车厢的综合信息,列车级主机以简明的显示界面,将实时获得的数据以方便直观的形式呈现给用户。
显示器为触摸式显示屏,通过触摸屏幕相应位置即可完成对系统的各种操作。
人机交互界面主要包括五个主要页面:
主页面,车厢监测,系统监测,修改车号,查看记录。
触摸屏主页面即显示此页。
本页面信息包括:
左上方为列车速度表及速度变化曲线;右上方为列车管压力表及头尾车列车管压力变化曲线;中部的左边给出系统的颜色方案的定义,右边给出系统的一些重要操作提示或编组信息;下方的表格囊括了所有车厢监测各子系统的状况,横向为车厢号,纵向为监测系统名称,纵横相交的方格以颜色变化的实心圆表示对应车厢的相应子系统状态。
界面下方的五个按钮分别对应上述页面,触摸相应按钮,可切换至相应页面。
主页面综合显示全列车运行概况(如编组信息、运行速度、列车管压力等)以及全列各车厢各监测项目的监测诊断报告(以灰、黄、黑三种颜色表示正常、故障、通讯故障);主页面下方设有车厢监测,系统监测,修改车号,查看记录软按钮、通过软按钮便可实现显示内容的切换。
(1)列车级主机显示的主页面如下图:
图15-10 列车级主机显示的主页面
(2)车厢监测页面:
见图15-11车厢检测页面。
包含单节车厢各子系统的监测数据,包括防滑器、制动系统、转向架。
页面上方设有各车厢顺位号按钮,触摸相应按钮可直接切换至该车厢的监测页。
按钮的颜色为红色时表示该车厢有一个或多个报警/故障,可以直接切换至车厢的监测页。
制动系统监测内容包括:
制动系统工作状态、制动机状态、列车管压力、制动缸压力。
防滑器监测内容包括:
四条轴的传感器、防滑阀状态、滑行次数;右下方为本车速度、列车管压力、制动缸压力变化曲线。
其列车管压力、制动缸压力时间历程曲线在制动或防滑器出现问题时起辅助分析的作用。
转向架监测内容包括:
一端及二端转向架横向振动状态、车辆垂向振动状态、二系工作状况、轮对踏面、转向架横向状态以及转向架垂向传感器的监测值。
(3)系统页面:
见图15-12系统检测页面。
此页面按各子系统归类显示监测数据,可以在需要察看某子系统在整列车的运行状况时直观地看到整列车该子系统的状态。
由防滑器,制动系统,转向架三个子页面组成,按下方的切换按钮可切换至相应的子系统监测页面。
所有页面的前三项为车厢顺号、车辆制造号及通讯状态。
图15-11 车厢检测页面
图15-12 系统检测页面
(4)修改车号:
见图15-13修改车号页面。
本页面显示列车组网信息(车号与车顺号)。
可对网络各节点的车号和车顺号进行修改,达到与实际编组情况一致的目的。
左边为列车编组情况,右边可以通过选择左边的车辆,改变车厢顺号或车辆制造号,确认无误后按确认按钮完成修改。
说明:
改变车厢顺号及车辆制造号时,先选中需要改变的车厢,再选中需要改变的输入框,然后使用输入辅助面板完成修改。
注意:
车厢号输入不大于20,制造号不长于6位数。
图15-13 修改车厢顺号
(5)查看记录:
提供列车本次运行后发生的所有报警
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 车辆 检测 技术 客车 行车 安全 监测 诊断 系统