一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断方法及系统与流程

本发明属于机车在线故障诊断领域，尤其涉及一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断方法及系统。

背景技术：

HXD1机车是大秦线两万吨重载组合列车的主要牵引机车，它采用了智能化、模块化、网络化的设计方法，机车在运行过程中采用了事件驱动方式记录机车各主要部件的输入输出信号和报警信号。目前的诊断软件主要是提供串行数据下载，将机车各主要部件的输入/输出和报警信号添加到地面数据库中，可结合SIBAS32Expert2的推理逻辑对机车故障进行手工离线分析。

在使用过程中发现现有的诊断软件存在以下问题：(1)现有的诊断软件功能过于简单，该软件仅将机车日志文件添加到数据库并还原为机车信号，还需要检修人员通过手动方法查找特定故障并逐一比对分析，极大的降低检修效率，也增加了人为的误判断因素。(2)无法重现机车故障现象；由于HXD1机车采用事件驱动方式记录日志，在具体实现的时候又分为机车中央控制单元(CCU)日志和牵引控制单元(TCU)日志。目前尚无任何工具能将离散的机车信息转换为连续变化的信号，这对判断机车故障带来了很大的问题。(3)忽略了CCU和TCU内部SIBAS32的控制逻辑；日志文件仅从CCU和TCU两方面记录各主要模块的输入和输出信号，并未对其内部控制机制和推理逻辑进行深入剖析，无法获取由MVB网络初始化故障、机车网络数据传输错误、软件判断误差引起的故障，而且无法精确定位故障源并诊断出并发故障和耦合故障。

技术实现要素：

为了解决HXD1机车现有故障诊断系统存在的问题，本发明提供一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断方法及系统，既可以简化的原有故障诊断系统的操作，又可以根据CCU和TCU内部SIBAS32的控制机制进行反向推理，从而达到根据信号精确定位故障源的目的。

一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断方法，包括以下几个步骤：

步骤1：通过MVB总线获取机车历史运行状态数据，并访问机车中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU日志；

步骤2：以机车日志中产生异常记录对应的执行部件以及该部件的历史运行状态为基础数据，利用机车SIBAS32控制逻辑对基础数据进行逐层逆推和判断，获取所有故障部件，并定位故障源；

所述逐层逆推是指依据机车SIBAS32控制逻辑依次查找执行部件的前级部件，并利用每一级部件的运行状态和标准运行状态进行比较，判断对应部件是否发生故障；

步骤3：依据步骤2逐层逆推生成的故障结果，逐层生成与机车SIBAS32控制逻辑对应的故障树；

在生成时可根据故障节点的重要程度对故障树进行适度删减以加快诊断速度；

步骤4：利用器件手册的定义规范和专家经验对步骤3生成的故障树上的各故障节点生成对应的故障处理方法，形成故障诊断知识库；

步骤5：将机车的实时运行状态数据输入至故障诊断知识库，依据故障树逐步定位故障源，诊断出并行故障和耦合故障，并获得故障信息和对应的故障处理方法，完成机车的在线故障诊断。

根据逻辑逆推构造完整的故障树可以找到多个与故障相关联的部件，同时找到多个与故障相关联的部件，完成并行故障和耦合故障的诊断。

该诊断结果也可保存作为机务段对机车进行检修时的重要参考信息。

进一步地，所述步骤5中利用故障诊断知识库获取的故障信息和对应的故障处理方法信息通过MVB总线通信模块传输至LCD显示模块上显示。

同一时刻机车状态数据可以产生多条故障信息。

为某一时刻的机车状态数据生成包括多个机车部件的故障树，对于故障树中的多个机车部件判断该机车部件是否在此刻都发生了故障，从而诊断出并发故障，并归纳出机车部件间相对于某个故障特征是否具有耦合关系。并发故障和耦合故障会以多条提醒信息显示在LCD模块上。

进一步地，所述机车运行状态数据包括机车编号，机车型号、运行时间、所在区间、机车运行速度、司控指令、CCU网络通信指令、TCU网络通信指令、车轴温度和转速、牵引电机功率和各相电压电流、制动缸压力、控制线电平、继电器状态和温度检测向量。

一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断系统，包括：

MVB总线通信模块，用于获取机车历史运行状态数据，并通过MVB总线访问机车中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU日志；

ARM控制模块，用于获取以机车日志中产生异常记录对应的执行部件以及该部件的历史运行状态为基础数据，并利用机车SIBAS32控制逻辑对基础数据进行逐层逆推和判断，获取所有故障部件，并定位故障源，并依据故障诊断知识库单元，获得故障信息和对应的故障处理方法，完成机车的在线故障诊断；

故障诊断知识库单元，利用ARM控制模块逐层逆推生成的故障结果，逐层生成与机车SIBAS32控制逻辑对应的故障树，利用器件手册的定义规范和专家经验对故障树上的各故障节点生成对应的故障处理方法，形成故障诊断知识库；

交互单元，用于输入故障代码或信息，通过故障诊断单元反馈显示具体故障类容。

进一步地，还包括有与ARM控制模块相连的信息统计模块，用于对在线故障诊断数据进行按月份统计、按季度统计、按年份统计、按机车号进行统计以及最后一次上传数据的统计，同时生成统计报表；

统计报表内容包括以故障树和故障统计信息两部分。

故障树可以直观的显示故障的层次关系，故障统计信息对故障发生的数量进行统计，从而可以有针对性地对机车进行维修。

进一步地，所述交互单元包括LCD显示屏模块和键盘与鼠标输入单元。

进一步地，所述MVB总线通信模块采用以下两种方式同时与机车的核心控制单元CCU和牵引控制单元TCU交换数据：

1)建立MVB总线与CCU和TCU相关的过程变量，通过设置CCU和TCU过程变量的读入属性，得到CCU和TCU的实时运行数据；

所述CCU和TCU的实时运行数据包括CCU的各个继电器的开关状态、CCU给司控室发的指令、TCU各相电流的大小和电机的转速。通过即时的运行数据可以监控机车核心部件的异常状况，实时对CCU或TCU可能发生的故障报警。

2)在机车MVB总线的空闲期通过MVB的信息传送机制获得TCU和CCU的日志信息。获得的TCU和CCU的日志信息用于辅助实时监控。

有益效果

相较于现有技术，本发明具有以下特点：

1、本发明通过MVB总线访问CCU和TCU的方式实现了机车信息的实时监控，实时更新，使后续的诊断可以实时的在线的完成；

2、诊断系统中将和谐机车核心部件SIBAS32的控制逻辑和推理机制通过逆推转化为诊断逻辑，比如将控制命令影响的部件作为规则前提元素，将控制命令的执行部件作为规则结论元素，并根据实际运行和专家经验进行补充，建立包含机车控制逻辑，机车运行历史数据、专家经验的故障诊断知识库。

3、根据知识库对故障信号进行在线诊断分析，能精确定位故障源，还可以诊断并行故障和耦合故障，提高了机车故障的诊断水平和检修精度，确保了机车的运行安全。

附图说明

图1为本发明所述的在线故障诊断系统硬件结构框图；

图2为本发明所述的在线故障诊断系统原理框图；

图3为本发明所述的在线故障诊断系统诊断流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图3所示，一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断方法，包括以下几个步骤：

步骤1：通过MVB总线获取机车历史运行状态数据，并访问机车中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU日志；

步骤2：以机车日志中产生异常记录对应的执行部件以及该部件的历史运行状态为基础数据，利用机车SIBAS32控制逻辑对基础数据进行逐层逆推和判断，获取所有故障部件，并定位故障源；

所述逐层逆推是指依据机车SIBAS32控制逻辑依次查找执行部件的前级部件，并利用每一级部件的运行状态和标准运行状态进行比较，判断对应部件是否发生故障；

步骤3：依据步骤2逐层逆推生成的故障结果，逐层生成与机车SIBAS32控制逻辑对应的故障树；

在生成时可根据故障节点的重要程度对故障树进行适度删减以加快诊断速度；

步骤4：利用器件手册的定义规范和专家经验对步骤3生成的故障树上的各故障节点生成对应的故障处理方法，形成故障诊断知识库；

步骤5：将机车的实时运行状态数据输入至故障诊断知识库，依据故障树逐步定位故障源，并获得故障信息和对应的故障处理方法，完成机车的在线故障诊断。

该诊断结果也可保存作为机务段对机车进行检修时的重要参考信息。

进一步地，所述步骤5中利用故障诊断知识库获取的故障信息和对应的故障处理方法信息通过MVB总线通信模块传输至LCD显示模块上显示。

同一时刻机车状态数据可以产生多条故障信息。

为某一时刻的机车状态数据生成包括多个机车部件的故障树，对于故障树中的多个机车部件判断该机车部件是否在此刻都发生了故障，从而诊断出并发故障，并归纳出机车部件间相对于某个故障特征是否具有耦合关系。并发故障和耦合故障会以多条提醒信息显示在LCD模块上。

进一步地，所述机车运行状态数据包括机车编号，机车型号、运行时间、所在区间、机车运行速度、司控指令、CCU网络通信指令、TCU网络通信指令、车轴温度和转速、牵引电机功率和各相电压电流、制动缸压力、控制线电平、继电器状态和温度检测向量。

如图1和图2所示，一种基于SIBAS32控制逻辑的和谐D1型机车在线故障诊断系统，包括：

MVB总线通信模块，用于获取机车历史运行状态数据，并通过MVB总线访问机车中央控制单元CCU和牵引控制单元TCU日志；

ARM控制模块，用于获取以机车日志中产生异常记录对应的执行部件以及该部件的历史运行状态为基础数据，并利用机车SIBAS32控制逻辑对基础数据进行逐层逆推和判断，获取所有故障部件，并定位故障源，并依据故障诊断知识库单元，获得故障信息和对应的故障处理方法，完成机车的在线故障诊断；

故障诊断知识库单元，利用ARM控制模块逐层逆推生成的故障结果，逐层生成与机车SIBAS32控制逻辑对应的故障树，利用器件手册的定义规范和专家经验对故障树上的各故障节点生成对应的故障处理方法，形成故障诊断知识库；

交互单元，用于输入故障代码或信息，通过故障诊断单元反馈显示具体故障类容。

还包括有与ARM控制模块相连的信息统计模块，用于对在线故障诊断数据进行按月份统计、按季度统计、按年份统计、按机车号进行统计以及最后一次上传数据的统计，同时生成统计报表；

统计报表内容包括以故障树和故障统计信息两部分。

故障树可以直观的显示故障的层次关系，故障统计信息对故障发生的数量进行统计，从而可以有针对性地对机车进行维修。

所述交互单元包括LCD显示屏模块和键盘与鼠标输入单元。

所述MVB总线通信模块采用以下两种方式同时与机车的核心控制单元CCU和牵引控制单元TCU交换数据：

1)建立MVB总线与CCU和TCU相关的过程变量，通过设置CCU和TCU过程变量的读入属性，得到CCU和TCU的实时运行数据；

所述CCU和TCU的实时运行数据包括CCU的各个继电器的开关状态、CCU给司控室发的指令、TCU各相电流的大小和电机的转速。通过即时的运行数据可以监控机车核心部件的异常状况，实时对CCU或TCU可能发生的故障报警。

2)在机车MVB总线的空闲期通过MVB的信息传送机制获得TCU和CCU的日志信息。获得的TCU和CCU的日志信息用于辅助实时监控。

该系统通过MVB总线模块访问CCU和TCU的过程变量和日志存储空间，读取CCU和TCU的运行状态数据和相应日志，然后再读取专家知识库存储单元，读取故障诊断规则和故障信息，根据以上信息，查询故障源，得出故障类型、故障内容、故障原因及故障处理方法，最后将以上信息显示在LCD显示屏上。用户还可以通过鼠标和键盘操作完成对故障日志文件的读取、修改和保存；对故障信息的查询；对故障统计信息的查询以及故障报表生成的操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。