现场作业时, 机车健康状况诊断是最复杂、最容易出错的一环:作业者必须往返于各台入库机车之间、下载车载SIBAS32系统数据、使用便携式设备打开并逐条读取这些数据、辨别机车是否存在故障[1], 随即决定扣车修复或直接放行。作业者的判断力容易受到外界环境 (噪音、天气、线路繁忙程度、工作时间长度、其他作业者的联络干扰等) 和专业知识储备等因素的影响, 出现偏差甚至错误, 继而造车机车的错检、漏检、误扣、错放, 直接影响列车运行安全和效率。
为解决现场故障诊断作业量大、人工检查易出错与确保干线货物列车运行绝对安全这两方面的矛盾, 有必要研发设计了HXD1B机车SIBAS32系统数据管理系统, 即通过架设稳定的无线网络使作业者无需往返登车, 节省作业时间;以微机化、智能软件辅助作业者判断机车健康状况, 降低作业者专业知识门槛。在提高工作效率的同时, 也进一步适应全国铁路的信息化发展。
由于HXD1B机车核心部件采用高度密封、模块化的设计结构, 无法通过外观检查的方式判断机车部件状态, 因此, 目前SIBAS32系统记录的数据 (下文简称“SIBAS32系统数据”) 是作业者发现机车运行异常、判断HXD1B机车健康状况及查找故障处所的主要依据。该数据能够对绝大部分正常行车部件提供诊断, 包括:主变压器、变流装置、主断路器、受电弓、蓄电池、制动控制单元、速度传感器、温度传感器、接触器、继电器、司机室开关、空调等。目前已发现的数据种类就有1400多条。
我们解决以上两个问题的方法是:以传输速度快、效率高、架设灵活的无线网络, 作为入库机车与地面数据服务器之间的信息渠道, 加速机车数据流转;以结合专业经验的自动诊断软件, 辅助作业者对机车健康状况做出快速、准确的判断。
(1) 车载设备硬件采用嵌入式ARM11芯片; (2) 数据库服务器硬件采用四处理器、双网卡结构, 满足多客户端并发访问需求。
入库机车与地面数据库服务器之间的传输距离不超过200m, 传输文件大小不超过10M, 因此, 可以选用成本低、延时短的ZigBee网络传输SIBAS32系统数据, 其2.4GHz的物理层通过高阶调制技术能提供250kb/s的数据传输速率, 足以满足入库机车与地面数据库服务器之间通讯的需求。
在SIBAS32系统数据导入服务器数据库后, 用户即可利用现有的有线局域网, 实现整个检修单位内的数据共享。
SIBAS32系统数据自动诊断系统采用Client/Server结构, 其服务器和地面客户端软件均采用兼容性较强的.net开发环境。在实现当前需求功能的同时, 设计不同类型的API接口, 为未来软件功能的扩展提供途径。
(1) 数据导入模块; (2) 知识获取模块; (3) 数据诊断模块; (4) 远程帮助模块; (5) 故障报警模块; (6) 数据查找模块; (7) 数据备份模块; (8) 数据等级管理模块
软件工作流程大致如下:利用数据服务器应用程序对无线网络传输到本地的机车SIBAS32系统数据文件进行自动甄别、导入服务器数据库及分类转储。客户端应用程序从数据库获取最新入库机车的数据, 并自动诊断。一旦发现故障隐患, 则立即向值班作业者、机车调度员发出警报, 记录并打印待修复的机车号、故障处所。
软件主要分为数据导入、知识获取、数据诊断、远程帮助、故障报警、数据查找、数据备份、数据等级管理8个功能模块, 其结构框图与功能说明如下 (如图1) 。
结合历史检修经验, SIBAS32系统数据可以分为三大类: (1) 极可能表明相应部件损坏, 一旦发现, 需立即扣车、更换相关部件, 直至彻底修复的数据; (2) 反映机车运行状况欠佳, 建议进一步排查、消除隐患, 确定之后方可放行的数据; (3) 基本不会影响机车运行, 可以直接放行的数据。其中部分数据的出现频率较容易受到机车外界运行环境的变化 (气温、湿度、空气杂质含量等) 的影响。用户可根据实际情况, 调整数据等级, 使系统加强对这些数据监控和响应。
(1) 以信息化方式, 提高现场HXD1B机车故障诊断效率与准确率, 保障机车运用质量。与“人控”相比, 目前现场可最多节省14个作业者, 实现机车零漏修、零丢失。 (2) 实现数据集中管理、全面共享与安全访问。确保资源的合理访问、节省管理成本。2011年1月至9月, 本系统已收集SIBAS32系统数据660多万条, 车间的每日检修动态技术部门的质量汇总、事故考核问责, 皆以此为依据。 (3) 系统的兼容性、扩展性较强, 包括网络访问接口与软件接口。在提供稳定服务的同时, 也为未来的应用开发工作提供坚实的基础平台。
SIBAS32系统数据自动诊断系统具有故障响应迅速、诊断结果准确直观、降低作业者劳动强度的优点, 提高了现场HXD1B机车健康状况诊断工作的效率。下阶段预计进一步增加更多专家诊断知识, 加强对发生次数较少但危害较大故障隐患的卡控, 同时在故障统计的基础上, 对故障规律进行扩展性研究。
摘要：SIBAS32系统数据自动诊断系统采用车载数据无线传输与有线局域网相结合的方式, 实现待诊断数据的快速流通与共享。
关键词：HXD1B机车,无线传输,自动诊断
[1] 张普.西门子SIBAS32系统在电力机车上的应用[J].电气技术, 2009, 3:121～124.
[2] 周东华, 胡艳艳.动态系统的故障诊断技术[J].自动化学报, 2009, 6 (35) .
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