专利名称：网络化列车安全监测与故障预警系统的制作方法
技术领域：
本发明属于列车监控和预警技术领域，具体涉及一种网络化列车安全 监测与故障预警系统。
背景技术：
铁路是国家的重要基础设施，交通运输体系的骨干。在铁路、公路、水 运、航空和管道五种运输方式中，铁路担负着我国的大部分运输任务，发挥 了重要的作用。铁路车辆有客运车辆、货运车辆、特种车辆等。客车车辆是 铁路客运的装载工具，因此，必须经常保持数量足够、质量良好的车辆，才 能满足国民经济高速发展的需要。开展客运车辆安全与健康维护，掌握客车 车辆的运行状态，做好车辆的运用、检修工作，是客车车辆部门广大工作者 的基本任务。
列车提速可以说是改革开放后最显见的成果之一，但是此成果的取得饱 含铁路职工巨大的奉献、辛劳与担心；无人不对铁路的"夕发朝至"备感
欣慰，但欣慰的背后隐含着技术的多方面不确定性。现行运营旅客列车的管 理体系是车辆乘务员随车监控车辆状态，而这种监控实际上大多是依靠人的
感觉与少数定量的监测系统如轴温报警系统等。车辆实际运营的状态如转向 架的工作状态、制动系统的工作状态、车电的工作状态只有当发生重大事故 的时候方能察觉出来，而此时的损失已经很大，如运行中发现的车电引起的 火灾事故、制动系统工作不正常引起的闸瓦过热、踏面擦伤、空气弹簧漏气、 减振器失效、转向架晃动加剧等等，这些事故有些乘务员根本无从知道。如 何监测这些故障保证旅客列车运输安全的同时提高检修效率、减少损耗，这 就需要一个可靠而完善的客车运行监测与在线故障诊断系统。
上世纪80年代初，以单片微机为代表的微计算机开始应用到列车控制及故障诊断、显示系统。工业控制总线技术和控制方法的不断进步和推广 应用，使得许多原来用硬连接线不便或不可能实现的功能成为可能。而随 着人们对铁路运输要求的提高以及计算机技术和网络技术的不断发展，在
铁路领域逐步形成了所谓的列车通信网络TCN (Train Communication Network)。
早期的机车微机控制系统仅用于传动装置的控制，随着计算机技术的 发展以及控制、服务对象的增多，人们把计算机在铁道系统的应用依次划 分为6个层次公司管理、铁路运营、列车控制、机车车辆控制、传动控 制和过程驱动，为了完成这些功能，必须依赖铁路计算机网络。列车通信 网络是在串行通信总线的基础上发展而来的，并从原来不同公司的企业标 准推向国际标准，逐步形成了列车通信与控制系统的标准化、模块化的硬 件系列和全方位的开发、调试、维护、管理软件工具。
由于先进微处理器应用和网络技术的发展，加上巨大的市场前景，各
大厂商竞相研发，现在车载微机系统主要有西门子的SIBAS16、 SIBAS32, Adtranz公司的MICAS-S、 MICAS-S2、 MITRAC以及ALST0M公司的AGATE系 统。其中SIBAS16、 SIBAS32、 MICAS-S是基于早期自行定义的协议来建立 列车通信网络的。MICAS-S2将网络分成列车总线和车厢总线，列车总线 采用FSK (频移键控)，波特率为19. 2kbps,车厢总线MVB (多功能车厢总 线)采用RS-485串行通信标准，局部总线采用双绞线，远程总线采用光缆, 波特率为1. 5Mbps。MITRAC则是在MICAS-S2的基础上发展起来的分布式列 车控制网络，其协议已完全符合TCN的标准。AGATE则是以WORLDFIP总线 协议为基础建立网络的，通信波特率为2.5Mbps。三者皆可根据需要建立 主从式的分级列车网络。加拿大的BOMBARDIER公司和日本的川崎公司则基 于L0NW0RKS网络技术建立了列车网络。
早期列车通信网络的典型代表是SIEMENS公司的SIBAS系统(西门子 铁路自动化系统)和ABB公司的MICAS系统，1983年SIEMENS公司开始推 出以80186为核心的SIBAS-16系统。该系统采用通用型模块式结构设计， 利用总线将各模块连结起来；根据模块的不同组合及软件系统的编程，使 SIBAS-16控制系统能够适应各种不同的机车(电力机车/动车组、内燃机 车/动车组、地铁、轻轨动车组等)，可以完成对主变流器的斩波控制、交直流机车的整流/逆变控制、交流传动机车的变频控制以及机车故障监控、
列车自动控制、乘客信息服务等多种功能。1992年SIEMENS公司又推出了 以32位微机80386为核心的SIBAS-32系统。相应地ABB公司推出了在我 国机车上广泛使用的MICAS系统，以及随后的MICAS-S, MICAS-S2等系统。 在MICAS-S2系统中，驱动级与机车控制级之间的数据交换就是由MVB总线 (由光纤导体组成的标准机车串行数据总线一多功能机车总线)完成的。
1988年国际电工委员会(IEC )电气牵引设备(TC9 )成立了第22 工作组(WG22)与国际铁路联盟联合着手制订了列车通信网络TCN (Train Communication Network)标准IEC61375。根据定义，这里所说的列车通 信网络(TCN),是指进行通信的车辆及列车总线的集合。并确定铰接式列 车总线WTB (Wire Train Bus)和多功能车辆总线MVB (Multifunction Vehicle Bus, a Vehicle Bus)(车辆总线的一种)作为列车总线和车辆 总线，WTB是为开式列车(由一组车辆构成的列车，其组成在正常运行中 是可以改变的；而在正常中其组成不会改变的列车如地铁、城郊列车、高 速动车组则称为闭式列车)中互相连接的机车车辆设计的串行数据通信总 线，当然也可能应用于其他场合。MVB用于连接车辆内部设备，实际上主 要用于(但也并非专用于)对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的 串行数据通信总线。图2是TCN的结构(这个结构可以扩展，传感器/执行 机构总线可以成为结构中的第三层，这一层不是列车通信网络标准的主题, 因为它可作为传感器总线所连车辆总线设备的一个部分来考虑)，图中列 车总线和车辆总线都连到节点上，节点起网关的作用。这个层次是概念上 的，节点可以没有车辆总线，也允许节点连接几个车辆总线。
TCN列车通信网络是一种现场通信网络。现场通信网络或者称广义的 现场总线，是广泛应用于计算机测控领域的串行双向数字通信网络(以下 统称现场总线)。其功能是实现对现场(或底层)数据的收集和执行设备的 控制，完成系统管控设备与现场设备之间、现场设备相互之间的信息交换。 其应用领域大致可以分为过程工业中的连续控制、制造业的离散控制及 运动控制、电力监控及变配电领域电气开关的控制、车辆及其它可移动设 备内部的测控、环境监控、实验室自动测试系统以及其它地域分散的一般 自动化领域的数据传递与集中等。由图2所示的TCN列车通信网络结构可见，列车通信网络联结整个列 车，每节机车或车辆的车辆总线通过网络节点与列车通信网络连接。机车 或车辆上的各种设备则直接挂在车辆总线上。这样，包括机车车辆的控制、 检测、故障诊断等信息的传输，都可以方便地通过列车总线和车辆总线及 其对应的节点传输到需要这些信息的设备。如微机控制系统、故障诊断 系统等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种网络化列车安全监测与故障 预警系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种网络化列车安全监测与故障预警系统，其特征在于，包括故障诊断 管理控制器、铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机械部分数据采 集器和辅助部分数据采集器；所述的铰链式列车总线接口、电气部分数据采 集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器均与所述的故障诊断管理 控制器连接。
所述的电气部分数据采集器包括供电监控电路、空调控制电路、车门 控制电路和电控制动电路；所述的机械部分数据采集器包括轮对及轴温检 测电路、转向架检测电路以及车体车架检测电路；所述的辅助部分数据采 集器包括空气管路检测电路、气动装置检测电路、温度湿度检测电路和烟 火报警电路。
本发明具有的有益效果是
本发明由故障诊断管理控制器通过电气部分数据采集器、机械部分数据 采集器和辅助部分数据采集器采集列车上的各种状态数据和运行信号,并对 这些数据和信号进行统一的监控和处理，并且，本系统通过铰链式列车总线 接口与列车上其他车厢的在线状态监测与故障精密诊断主机及网关通信连 接，共享数据和信息。因此，本系统数据集成度高，通信能力强，能为列车 提供实时的故障诊断，最大限定保障列车的安全运行。
图l为本发明的结构原理图。
图2为TCN基本结构；
图3为基于列车通信网络的旅客列车故障诊断系统方案。
具体实施例方式
如图l所示， 一种网络化列车安全监测与故障预警系统，其特征在于， 包括故障诊断管理控制器、铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机 械部分数据采集器和辅助部分数据采集器；所述的铰链式列车总线接口、电 气部分数据采集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器均与所述的 故障诊断控制器连接。所述的电气部分数据采集器包括供电监控电路、空调 控制电路、车门控制电路和电控制动电路；所述的机械部分数据采集器包括 轮对及轴温检测电路、转向架检测电路以及车体车架检测电路；所述的辅助 部分数据采集器包括空气管路检测电路、气动装置检测电路、温度湿度检测 电路和烟火报警电路。因此，所述系统一般应包括走行部振动状态监测、 制动系统状态监测、车电系统状态监测、防滑器工作状态监测、车门火灾监 测系统等部分。
列车是由车列连挂上机车，并配备相应的列车标志组成。列车按性质和
用途的不同，可以分为旅客列车、混合列车、军用列车、货物列车、专运 列车等。 一般而言我们将列车分为旅客列车与货运列车。对开展故障预警技 术而言,现阶段列车的主要区别在于国内普通旅客列车和货物列车与机车没 有电或者控制网络的联系，货车更是没有电源的。而新型高速列车则有列车 通信网络将整列车连成一个电的系统，可以方便地实现信息的交换与传输。 对于货运列车，本发明利用无线传感器技术对货物列车进行状态监测，对于 旅客列车，本发明利用图2所示的实施例。
图3是基于列车通信网络的旅客列车故障诊断系统方案，系统对车辆的 监测分电气部分、机械部分、空气管路及其它部分进行。对于机械部分，系 统通过动态过程的检测与记录，发现关系到车辆运行安全的各零部件的维修 与养护情况是否良好，而结合动态的记录与评估建立的专家系统，可以对车辆动力学系统的性能变化趋势进行预测，实行基于定量分析的质量控制与动 态管理，从根本上防止动力学问题及相关问题的产生，实现车辆的无病态或 微病态运行，从防止故障出现的源头做起，减少车辆系统磨耗，使得整个车 辆运营的力学环境更加符合要求，降低车上各种设备的事故发生率，提高旅 客运营的舒适度，为整个铁路的运营带来综合的经济效益与社会效益。
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权利要求
1、一种网络化列车安全监测与故障预警系统，其特征在于，包括故障诊断管理控制器、铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器；所述的铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器均与所述的故障诊断管理控制器连接。
2、根据权利要求l所述的网络化列车安全监测与故障预警系统，其特 征在于，所述的电气部分数据采集器包括供电监控电路、空调控制电路、 车门控制电路和电控制动电路；所述的机械部分数据采集器包括轮对及轴 温检测电路、转向架检测电路以及车体车架检测电路；所述的辅助部分数 据采集器包括空气管路检测电路、气动装置检测电路、温度湿度检测电路 和烟火报警电路。
全文摘要
本发明提供一种网络化列车安全监测与故障预警系统，其特征在于，包括故障诊断管理控制器、铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器；所述的铰链式列车总线接口、电气部分数据采集器、机械部分数据采集器和辅助部分数据采集器均与所述的故障诊断控制器连接。本系统数据集成度高，通信能力强，能为列车提供实时的故障诊断，最大限定保障列车的安全运行。
文档编号B61L23/00GK101654112SQ20091004432
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者靖 王, 庶 陈, 陈特放, 黄采伦 申请人:中南大学