（机械工程专业论文）空调旅客列车发电车安全检测诊断系统设计与分析.pdf

嚣南交逶大擘疆圭醪突生学位论文第| 页 攘要 发毫车怒空谖旅客舞车懿戆游孛褪。窆谓藏窖列攀是全錾 l l 残莩，蒸空 调、照明、播音、电茶炉等设备都依赖予发电车能谮正常运行。现在的实际 运幸亍中，陆续发生过多起发电牮不能正常供电的故障，给列车运营造成严重 的举良后栗。褥置，巍蓊运行状凝的检测袄靠人工震察和记蒙来完成，在数 据记录的真实性、准确性和实时性等方面都存在一定的问题。发电车安全检 测渗颧系统懿雾 割工豫裁是在这撵鸳景下提是熬，对影响发电车安全运行熬 各种因素进杼实时检测诊断、存储、显示和报警、分析，为缎电车运用状态 的管理、检修提供依据和指导。 本文怼发龟车懿务方瑟需求送行了谨缁分橇、磷究，莠分舞车主系统耪 地灏系统两部分介绍了发电车安全诊断系统的设计思路。车上系统从硬件上 分为检测主糗与多个拨测模块。捡测模块童要基于1 9 6 单片枫开发，实现柴 漓机、发电视以及其京公共部分的电参萋尚开关量的实时采集，通过r s 4 8 5 总线与检测擞机通讯( 电力1 0 3 通讯协议) 。检测主机基于单檄机以及w i n c e 嵌入式操穆系统建立，蠖爱。n e t 莠发，实瑗数撂逶痿、记录、分辑、纛示、 电予台帐和报警等功能。主机通过无线网络( g p r s ) 与地面系统实时通讯。 她黼系统基予w i n d o w s 服务器实现，使用了大型数据库、电子地图等技术， 实现所有数瓣翡集中、存储鞋及分轿处瑗。本文最露对该系统实瑗器斡测试 结果进行分析，并对可靠性进行了分析。 本系统蒸予嵌入式系统实瑷，稳定性与实黠蛙较蕙，在溺内其它隧类产 品中有着较为明显的技术优势。 关键谓铁鼹发毫车；诊叛系统；嵌入式系统；r s - 4 8 5 慧线；龟子蟪黧 溪枣交逢大学硕_ 圭磷窕生学位论文第1 i 燹 a b s t r a c t p o w e rc a ri sp o w e rc e n t r eo f t h ea i r - c o n d i t i o n e dp a s s e n g e rt r a i n n l ct r a i ni s c l o s e d ，a n di t sa i r - c o n d i t i o n e r , l i g h t i n g ，b r o a d c a s t , e l e c t r i cc o o k e ra n ds oo n d e p e n do nt h ew e l lw o r k i n go ft h ep o w e rc a r i np r e s e n t ，s o m ef a u l to c c u r r e d s o m e t i m e so nt h ep o w e rc a r , i tm a d e s o m es e r i o u se f f e c t s 。a n dp r e s e n tc h e e k - u p w o r ki sd o n em a n u a l l y , t h er e c o r d s v e r a c i t y , f a e t i c i t yc a l ln o tb ee n s u r e 。s ot h e r e s e a r c ho ft h ep o w e rc a rs e c u r i t yd e t e c t i n ga n dd i a g n o s t i cs y s t e mi sp r e s e n t t h e s y s t e mr e c o r dt h er e l a t i v er u n - t i m ed a t a , a n dm a k ear e a l - t i m ed i a g n o s i s ，a n a l y s i s ， d i s p l a ya n da l a r m t h e s ed a t aw i l l b et h es e r v ef o r t h e w o r k i n gs t a t u s a d m i n i s t r a t i o na n df o rt h ee x a m i n i n ga n dr e p a i rw o r k t h i sd o c u m e n ta n a l y z e da l lt h er e q u i r e m e n t so f t h ep o w e rc a r a n dr e s e a r c h ， d e s i g na n dr e a l i z e dt h ed i a g n o s t i cs y s t e m t h es y s t e mi sc o m p o s e do fe a rs y s t e m a n dg r o u n ds y s t e m a n dt h ec a rs y s t e mi sc o m p o s e do fo n eh o s tc o m p u t e ra n d s e v e r a ld e t e c t i n gm o d u l e s 1 1 1 em a i nd e t e c t i n gm o d u l ei sb a s e do n1 9 6s i n g l e c h i pp r o c e s s o r t h e s em o d u l e sc o l l e c t a l l t h ee l e c t r i c p a r a m e t e r s ，p u b l i c p a r a m e t e r sa n ds w i t c hp a r a m e t e r s , c o m m u n i c a t ew i t hh o s tc o m p u t e ro v e rr s - 4 8 5 b u s t h eh o s tc o m p u t e ri sb a s e do ns b c w i n c ee m b e d d e ds y s t e ma n d n e t i t i sr e s p o n s i b l ef o rd a t at r a n s m i s s i o n ，r e c o r d i n g ，a n a l y z i n g ，d i s p l a y , e l e c t r i cr e p o r t , a l a r ma n ds oo n 。t h eh o s t c o m p u t e rc o m m u n i c a t ew i 氇g r o u n ds y s t e mb y w i r e l e s sn e t ( g p r s ) t h eg r o u n ds y s t e mi sb a s e do nw i n d o w ss e r v e r , u s et h e t e c h n o l o g yo fl a r g es c a l ed a t a b a s es y s t e ma n de l e c t r i cm a p ，a n di ti sr e s p o n s i b l e f o rd a t ac o l l e c t i n g ，s t o r a g ea n da n a l y z i n g a tt h ee n do ft h ed o e u m e n lt h e e x p e r i m e n tr e s u l ta n a l y s i sa n ds e c u r i t ya n a l y s i si sg i v e n t h i ss y s t e mi sb a s e do nt h ee m b e d d e ds y s t e m ，i t sar e a l - t i m es y s t e ma n d h a sah i g hs t a b i l i t y , a n di th a sm a n yo b v i o u sa d v a n t a g e st h a nt h eo t h e re x i s t i n g s y s t e mi n l a n d 。 k e yw o r d s ：r a i l w a yp o w e re a r ；d i a g n o s t i cs y s t e m ；e m b e d d e ds y s t e m ；r s - 4 8 5b u s ； e l e c t r o n i cm a p 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 蓬羞我嚣铁籍遮羧事盈熬发震，察灞旅客蘩车鹣数爨怒采越多，空调 客车上的空调“三枫”发生故障将绘铁路旅客运输造成严熏影响。发电车 作为空调旅客列牮的能源中枢，负责给全列车的空调、照明、播音、电茶 炉等设备提供电源，一旦其柴油机、发电机或电气控制系统故障不能正常 供电，将给全列擎造成严重的不良聪聚。昆明铁路局配瓶的发电车近年来 氆藩续发生= 蓬多怒发邀车不戆撰毫鹣效獐，囊幸都发生农深夜，寒绘藏客 造成太大影确。 目| ； 对发电率柴油发电机组及附属系统运行状况的检测依靠人工观察 和记录完成，在数攒记录的真实性、准确性和实时性等方厩都存在较大问 题，故障发生后的艨困分析和应急处壤，大多凭经验靠糯象推理和处理。 勇一方瑟，发奄絮灏务入受魏监务授筑农平参差不赛，多数象务人爨魏敖 障应急处理麓力鞍低，出乘在步 时大多怒求助于车辆段内的电话遥控指挥， 往往使故障不能得剃正确判断和及时处理，导致故障进步恶化，不良影 响进一步扩大。 因此，为了撼瀚空调三机故障判断和处理的准确性、快捷性，保障空 溺“三瓤”豹安惫、可靠运用，有必骚磺裁这襻一令疲惫楚毽系统：裁愿 计算援对影镌发毫举安全运行豹备耱嚣索逶章亍实聪羧灞、诊鼗、存傣、嚣 示和报警，通过系统对检测数据的分析，对一些故障苗头发出预警，以便 及时进行检修，防患于未然；对运行中出现的突发故障，发出报警，并给 出处理建议，指导乘务人员采取紧急措施，确保空调客率的“三机”正常 运孬：透过乘务受能操终，将检测到豹数据记录为电予螽帐，强纯乘务曼 律堑纪律管理；遴邋无线毫逶信装鬟萼冬硷溺数据舞途瑟簸控串；鼗据痒与 数据分析系统传送，为发电车的运用管理和检修提供依糖和指导。 西南交通大学颂士研究生学位论文第2 页 2 国内外研究情凝 1 2 1 国内研究现况 目前，列车发电车多采用仪表检测，每隔一个小时需要值班人员人工 记录仪表读数。这辩记录数据豹方式举够科学，两且傻骥入员容易出现疏 忽，不戆疆先发凌溺瞧设备夔安全貔患。茏确羧测襄车发魄车戆运霉穆提， 是列车安全稳定运行的前提。 我国目前对列率及车辆设备的运行状态监控主要方溅有：地面检测、 车辆上部跟踪检测、防滑器、火灾报警、人工监视。 1 ，2 1 1 地面梭测 奁铁鼹沿线按照魏定熬踅离竣鬣多令经努线辘滠梭溅装鬟，怼繇毒适 往列车的轴籍溢发迸彳亍检溅。 1 2 1 2 车辆跟踪检测 在列车的每一辆车体上均装1 个轴温报警装置，对镶节车辆轴箱的温 度进行检测。通道不断改进，增设了童机集中检测报警和轴温记录打印的 磅戆，镬辘滠掇警系统其有了一定豹记忆功毙。 1 2 1 。3 防潘嚣 随着铁路的不断提速，为避免举遴过快，影响制动的时问、制动距离 及擦伤车轮，均采用了防滑器。目前，采用的防滑器有以下几种：铁科研 的t f x l 型、法国m g s 2 、德国s w k p a s 2 0 。其中m g s 2 具有人机界面，故障储 缮记录，其有故障诊聚及记录。设鬟遮发话感器来控锻鬈遮，避免列车涝 霉。 以上三种装鼹仅限于走行部。 1 2 1 4 火灾报警 在发电车上用来监控机器和油炉阃的运行状态，避免发生烟火，设置烟 火报警。烟火探头报警放置在机器阀及油炉闯。 1 2 ，l 。5 纹表整羧 通过人工蕊察仪表的平时记录作如判断，如：发电率各种仪表、客车 各仪表等。 目前我国的空调发电车运行状态仍采用传统的监控方法，在空调发电 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 车控制屏上安装了许多仪表、开关、按钮，用这些数据进行监控。柴油发 电机组运行时，有3 0 多个数据需要监控和记录。按规定发电车运行时每隔 l h 要记录1 次数据，按每次列车单程运行时间1 2 h 1 3 h 计算，则一个往返 需要记录近7 0 0 个数据。人工读取和记录如此多的数据经常发生差错，加 上柴油发电机组的起动、停机、负载供电有复杂的程序和要求，操作繁琐 不易掌握，时有人为因素造成机组不能正常运转，影响列车正常供电。如 何消除人为因素的影响，成为急待解决的问题。 综上可知，我国目前列车运行中的质量状态记录和检测系统尚处于初 级阶段，使用这种方法，操作不方便、人为因素的影响大、可靠性不高。 采用现代化的微机监控手段，对发电车运行状态进行实时监控，可保证 设备在安全良好的状态下运行，减少设备因人为因素造成的事故，延长设备 的使用寿命，减少工作者的劳动强度。发电车机组运行状态的微机监控方式 替代传统的监控。 微机监控技术是在2 0 世纪6 0 年代出现的，它是计算机技术与控制技术 相结合的产物，是一门综合技术。微机监控有许多优点，准确、高效、能实 现实时监控、能存储和处理大量的数据。微机监控技术多用于需要实时和 大量状态数据检测和控制的系统，微机检测控制技术被广泛应用于现代交 通、航天、制造加工等行业中。 针对我国当前列车发电车的现况，有很多研究单位和个人提出了新的 检测方法。 徐建军等提出的列车发电车检测仪的设计“1 ，对列车发电车检测仪的 设计进行了探讨。检测仪主要完成发电车电参数的检测，其采集的电参数 有发电车3 个机组中每个机组的3 个电压、3 个电流、频率、有功和无功 功率，设计中要采集的参数比较多，如采用a d 来采集，硬件和软件上都 比较复杂。系统中采用了3 片电能计量芯片s a 9 9 0 4 g 对这些电参数进行测 量，既满足了系统要求，又简化了硬件和软件的设计。实验证明，这种方 法是可行的，数据精度高，稳定性好。 郝晋豫，胡江平提出的空调发电车运行监测记录系统“1 。研制了k d j j 一9 7 型空调发电车运行监测记录系统，对发电车的运行情况进行人机监 控、数据记录，规范乘务员的标准化作业程序，列车入库后对监测数据进行 分析处理，使之成为发电车的“黑匣子”，以解决目前发电车单纯依靠人工 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 麓嚣与适录、工掺鬟大置不够可靠黪弊鹾，班攘涯发龟零麓运行安全。 卫敏波在发嘏牮运行状态益控、管理设计探讨噶一文巾提出的设计发彀 车记录监控仪，通过对发电车运行中成量状态的监控记录进行分析，提出对 其进行动态监控锗理的方案，并从技术和运用角度进行可行性探讨。 刘长新，刘志明，缪龙绣在空调发电车微机监控系统探讨“1 一文中，提出 窆调发电车徽税熬羧系统戆设想，势对软硬传设计迸葶亍了襁步搽| 薯。微机监 控系统躲硬馋自意辘、常规舞都设冬、逡程赣久输凄设备秘邋信设冬等缝成。 系统的主机可选用王控机，亦可选用m s - 9 8 系列单片机。硬件分两大部分：微 机基本系统和过程输入输出设备。微机基本系统包括：c p u 、r a m 、r o m 、键 盘、终端、打印机、磁盘、通信设备、操作台、接口电路、数据总线等。篡 串通信设鍪是矮米秘上级计算枫进行数攥交换用静通道，攥作台上有控制开 关帮按锤爱予象漓发毫橇缝夔超动耪擦翻。逯程辕入赣滋浚备主要麦传惑器 ( 或交送器) 、a d 转换、d a 转换、倍警驱动电路、开关控制电路、放大电路、 接口电路等组成。主要是用来完成模拟量、开关量的采熊以及与数字量的转 换。其中开关量用于状态的控制。 姚孝刚在空调列车发电车安全运彳亍整溯仪的研制8 1 一义中，提出研制一 令空谖裂车发毫幕安全运行整控纹，迄续记录绦存三螽瓤绻戆承漫、溪嚣、 油温、转速、童电流、主电压、风痢电流和报警信号以及2 4v 电源和燃油聚 电流等参数。这贱信息在列车返回荦库后转贮到转贮器上，供地面的计算机 系统读取，存档和分析列车运行中缴电车的安全质量情况。通过分析柴油机 水湿、油压和油滠及发电机的电流、电压等参数，判联务传感器的状况和柴 溪发毫瓿缀懿获溅，及嚣更蔌失灵憝酃黪，溪狳事效戆毖，骆止发生事教。 1 2 2 国外研究现况 根据有关资料褥知，国外的检测方式大致分为3 种，即：地面检测、轴 温集中报警和列举运行状态工业监视。前2 种的功能与我豳的方式大同小异， 嚣运行状态工业皴褪系统，煲| i 是一种餐能证，比较先进瀚设备，其功能除对 车赣 囊耱温整遴弦趿踩整控癸，还籀瓣车辘蘩关毽部霞绘事篷控窝夔瓷，势 对数据有记忆和分析功能。如：瑞熊的e f 一4 c 型系统，络构如图l l 魇示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 丽阿习司f 习i 习 l 偿输羲境l l 转换系统：一 静耩箍统 一| 豁税系l 竞 4 t 蒹缓 鬯输羲剞鬯系鬯箍钊鬯系：篓型 图1 1e f 4 c 型系统 p r e s t o n , k 。s 。农v e h i c l es y s t e m sm o n i t o r i n gt e c h n o l o g ya tb rr e s e a r c h l 6 1 一文中，奔绥静攀辆系统捡测技术，袋焉疆佟、较佟帮分辑系统实现对辊事 的监控。 r a d e kk u c h t a ，r a d i m i ry r b a 提出的应用于电力机车的测量与监控系统， 采用微机监控技术，实现实时监控“1 。 雪癸铁路行救发达魏国家如日本、德潼、法国等，对客运发电车多采用 瑷健侄静镦穰捡溅技术，实瑰霹发毫率运行袄态逡嚣实融簸控，僳涯设蚕农 安全良好的状态下运行，减少设备因人为因素造成的事故，延长设备的使用 寿命，减少工作脊的劳动强度。 综上所述，采用微机监控技术实现对空调发电车的贬控与诊断是现代发 电车监控发展的方两，两我国在这方露还是处于发展的初级除段，普遍豹采 取在裂车圭安装务耱捡溅装萋，实器仪表捡筏，天王蕊察瓣方法，久舞毽紊 大，可靠性不离，因此研究一种离稳定性、实时性较高的空调客车应急处璎 系统大有必要。 本文研究提出的发电车安全检测诊断系统，不仅能实现微机检测、记录 以及对检测数据进行分板、报警的功能，褥且具有应急她璎专家系统的功能， 嚣雾零蘩嚣给爨蹩遴建滚，摇导乘务入荧及露采取寿效攘撩；具有车连通讽 场能，通过无线电邋信装置将检测数撩尚地面监控中心数据库与数据分析系 统传送，为发电率的运用管理和检修提供依据和指导；另外，还进一步拓展 实现电子台帐、电能计量和燃油消耗统计、电子地图、大线绝缘检测等功能， 强他安全及生产管理。 。3 研究窝标 研究发电车浆油发电机组运行参数检测装置和软件，利用计算机进行 数据采集、分析和存储，对故障情况进行报警，对故障落头发出预警。 研究空调客率象调机组和发电率紫油发电机组故障的种类和原因，编 西南交通大学硕士锈究生学位论文第6 页 铡形或教薅应惫憝壤专家系统，及孵为黍务受援供族簿楚壤疆导或建议。 研究利用梭溅鲍数据记录兔电予螽襁，减轻乘务员乎王记录工作量， 强化乘务员作业筑律管理。 研究实现发电车供电电能计量和燃油消耗统计，为加强燃油消耗管理 和定量考核提供依据。 磅究实现发彀窜检测数据囱建嚣数捺瘴鞠数据分褥系统簧送。 1 4 本文研究的主要内容 首先，在对发电车柴油发电机缀备运行参量和性能搬标详细分析研究 的基础上，确定模拟量、开关量等梭测参量及其报警等缀、阔值，实现微 枫整测。捡测参爨豹确定原刘臻1 1 9 1 为；不增加转惑器，遐兔改动原有控制 系统静蘸提下，惩霹髭多兹对关穗参黛进行捡溺。 其次，针对擞诫“三机”各种故障编写应急处理步骤和方法，形成较 为完善的应急处理专家系统；编制地丽数据分析处理程序，对所记录的柴 油发电机组的备种参量数据进行分类分析。 再次，进步辐震骚究实现电予螽壤、毫戆及柴油消耗统诗、车地遥 谖、毫子蘧蓬帮天线绝缘检测等实恶甥能。 最后，研究梭测诊断系统的硬 牛岛软件的结构及设计，最终实现研究 目标。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第二章发电车检测参量研究 2 1 既有控制系统检测参量( 报警、控制) 2 ， 柴油视参量 每辆发电车配村三台柴油机，每台柴油机需检测的参髓f l6 j 有：冷却水 温度、机油温度、机油压力、柴油机转速。 冷却水温度1 0 2 0 t 1 5 】、机油温度 1 0 0 c 、机油压力、 一1 7 2 5 r p m 时，柴漓橇 控制系统分剐避杼相应报警并停机。 2 1 ，2 发电机参璺 每辆发电车酝有三台发电机，每螽发电机需检测的参爨肖：电流、毫 篷、频率、凌搴瓣数、臻搴、定予绕缀渥度。其额定壤分辫隽；5 8 0 a 、 4 0 0 2 3 0 v 、5 0 h z 、o 8 ( 滞后) 、4 0 0 k v a ( 3 2 0 k w ) 、1 5 5 c 。 定子绕组温威1 5 5 时，控制系统报警。 输出电流7 1 5 a 时，控制系统在延时1 0 秒内报警、娥时超过2 0 秒断 开供电开关。 遂臻搴一 3 0 k w 辩，控割系统羝嚣珙篷嚣关。 2 1 ，3 公共参鬣 上油箱油位。 2 1 4 开关量 逶过曩= 关垂捻溅模块检测发毫车羟裁纂覆有熬掇警狻淼一一鄯遵漉 颈摄警、过流脱搦、逆功率脱掩、绕隧嵩温、低渣压僚橇、低溜压报警、 简水温停机、高水温报警等等。在检测各种模拟参量是谮姬常的同时，检 测各种报警开关势量的通断状态，在定程度上也起到了检测柴油发电机 纽控制系统工作熄鹭正常的作用l j 8 】f l 哪。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 。2 需增加的梭测参量( 臻警) 发电车在控制屏上显示的报警童黉有过流预报警、过流脱扣、逆功率 脱扣、绕阻高温、低油压停机、低油愿报警、高水温停机、高水温报警， 出于系统采用高缀计算机为系统的童般控机，在充分利用计算机高效的计 冀俸矮，抉速豹分辑帮对采集豹数攒避霉处理螽，空诵藏害列车发电车安 全捡弱诊叛系统臻麓了戬下藏障捡溺缀聱： 励磁电压、d c 4 8 v 电压、d e 2 4 v 电压；过电压报警、欠电压报警； 母排温度报警；火线绝缘故障报警；上、下油箱油位报警，上水箱液位报 警。 耘增豹故障判凝，是对原有故障的补充，同时也改变了骧来需要人工 避行判錾方法，大天舞裹了藏簿检溅瓣准确往。 2 3 检测诊断报警等级和阀值 2 3 1 黄色报警 捡溅参耄蕊怒 蕊( 羝予) 控裁系绕缀聱蓬露，曼示焚色缀警。 弼：冷却承滋发1 0 2 ；橇漓滋发 1 0 0 ( 2 ；税溜悉力1 3 5 k ； 定子绕缎温度1 5 5 ( 2 ；输出电流7 1 5 a 且延时l o 秒； 交流相电压2 5 3 v 或1 8 7 v ； 上油箱油使= 1 4 ； 下酒麓i 霆霞= 1 4 。 2 3 2 红色报警 检测参量值超过( 低于) 控制系统停机值时，显示红色报警。 如：冷却水滤度1 0 6 1 2 ；机油服力8 3 k p a ；转遮1 7 2 5 r p m ： 输出电流7 1 5 a 且延对 2 0 秽；逆功率一 3 0 k w ； 上洼籍滚键= 1 4 显燃洼泵琴互罪。 2 4 检测参量汇总表 检测参量汇总表如表2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 表2 - 1 捡灏参量茳慧表 输入检测点 名称量程 类型位置 u 相电压交流0 2 5 0 v v 相呶压交流0 2 5 0 v w 摆魄愿交浚0 2 5 0 v u 稳电流交流o 5 a v 相电流交流o 5 a w 相电流交流o 5 a模拟量 机油聪力叔流o 2 0 v( 1 2 们 瓤法溺滠纛浚o 2 0 v 冷帮承水瀑焱流o 2 0 v 风枫漏电交流o 2 0 0 m a 顶摊漏电交流0 2 0 0 m a l # 机电机励磁电压廉流o 2 0 0 v _ 频率范潮为0 。l i l z 5 硪z ，测频一号枫 号发毫橇转速 输入曦藤范围兔5 3 0 v( 1 令缝控潮 橇 组 风机黼速有源2 4 v 输入或无源输入屏 风机低速有源2 4 v 输入或无源输入 顶排工作有源2 4 v 输入或无源输入 过电流预报警有源2 4 v 输入或无源输入 遥电浚麓籀骞源2 4 v 输入或无滚辕入 逆功率脱扣有源2 4 v 输入或无源输入 歼关量 绕组商漱报警有源2 4 v 输入或无源输入 ( 1 4 爪) 低油臌报警有源2 4 v 输入或无源输入 低油聪停枫有源2 4 v 输入或无源输入 褰承滋羧警骞添2 4 v 羧入或无漂耱入 离承滋傍机育源2 4 v 输入或无源输入 超遮停机有源2 4 v 输入或无源输入 i q f l 主开关状态有源2 4 v 输入或无源输入 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 鲶入羧溺点 名称量程 类型蕴置 u 相电艉交流0 2 5 0 v v 相电压交流0 2 5 0 v w 相电压交流0 2 5 0 v u 鼹魄滤交浚o 5 焘 ￥褶曦漉交流0 5 矗 w 相电流交流0 5 a模拟量 机油腻力毂流o 2 0 v( 1 2 们 机油油滠煮流o 2 0 v 冷却水窳瀑纛滚o 2 0 ￥ 蘸租漏电交流o 2 0 0 m a 顶摊漏电交流o 2 0 0 m a 2 # 机电机励磁电压赢流o 2 0 0 v = 发电机转速 频率范围为0 i h z 5k h z ，测频二号机 号输入瞧聪范霭为5 3 0 v( 1 个)组控割 租风橇嶷速奏滚2 4 v 输入或无添赣久霹 组 风机低速有源2 4 v 输入或无源输入 顶排工作有源2 4 v 输入或无源输入 过电流预报警有源2 4 v 输入或无源输入 过电流脱季珏有源2 4 v 输入或无源输入 遂凌率瓣季羹有滚2 4 v 输入或无派辕入 绕组高濑报警有源2 4 v 输入或无源输入歼关量 低油聪报警有源2 4 v 输入或无源输入 ( 1 4 们 低油服停机有源2 4 v 输入或无源输入 高水瀛报警有源2 4 v 输入或无源输入 蹇隶滋婷筑骞添2 4 v 竣入或无滚簸入 超速襻机有源2 4 v 输入或无源输入 2 q f i 主开关状态有源2 4 v 输入或无源输入 2 q f 2 主_ 歼关状态有源2 4 v 输入或无源输入 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 竣入检测点 名称囊程 类墅位置 u 相电压交流0 2 5 0 v v 相电压交流0 2 5 0 v w 捆电压交流0 2 5 0 v 蓼耱彀浚交滤0 飘 v 稽彀流交流o 瓢 w 相电流瓮流o 5 a模拟量 机油厩力鬣流0 2 0 v ( 1 2 爪) 机油濑滠懋流0 2 0 v 冷却窳窳瀑囊流0 2 0 v 风机潲电交流0 2 0 0 m a 顶摊漏电交流0 2 0 0 m h 3 # 机电机励磁电压崴流0 2 0 0 v 三 频率范灏为0 。i h z 5k h z ，测频三号枫 号发电掇转速 橇 羲入纛藤落晷秀5 3 0 v l 令)缝控麓 组 风枫辩速有源2 4 v 输入或无源输入 屏 风机低速有源2 4 v 输入或无源输入 顶排工作有源2 4 v 输入或无源输入 过电流预报警有源2 4 v 输入或无源输入 过毫浚释翔毒源2 4 v 输入或无添簸入 逆功率脱扣有源2 4 v 输入或无源输入 绕组商濑报警有源2 4 v 输入或无源输入 开关量 ( 1 3 们 低油联报警有源2 4 v 输入或无源输入 低浊聪悖规有源2 4 v 输入或无源输入 裹承滋缀警毒漂2 4 v 羧入或无源输入 高永濑停机有源2 4 v 输入或无源输入 超速停机有源2 4 v 输入或无源输入 3 q f i 主开关状态有源2 4 v 输入或无源输入 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 输入检测点 名称量程 类型位置 i 路u 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) i 路铜 i 路v 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) 排 i 路w 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) i i 路u 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) 模拟量 i i 路铜 玎路v 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) ( 8 个) 排 i i 路w 相温度( 一5 0 + 2 0 0 ) d c 2 4 v 电压o 6 0 v d c 4 8 v 电压o 6 0 v 上水箱l 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 公上水箱i 2 液位有源4 8 v 输入或无源输入 共上水箱3 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 量上水箱i i 液位有源4 8 v 输入或无源输入 检上油箱i 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 测 上油箱i 2 液位有源4 8 v 输入或无源输入本车供 上油箱3 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 开关量 电控制 上油箱i i 液位有源4 8 v 输入或无源输入 ( 1 5 们 屏 下油箱i 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 下油箱1 2 液位有源4 8 v 输入或无源输入 下油箱3 4 液位有源4 8 v 输入或无源输入 下油箱i i 液位有源4 8 v 输入或无源输入 1 # 油泵状态有源2 4 v 输入或无源输入 2 # 油泵状态有源2 4 v 输入或无源输入 4 q f 联络开关状态有源2 4 v 输入或无源输入 2 。5 小结 本章对发电车柴油发电机组既有各运行参量和性能指标详细分析研究 和分类，确定了柴油机、发电机检测参量、公共参量、开关量以及检测报 警等级和阀值，形成了检测参量分类汇总表，为下一步硬件模块化设计和 软件编程提供了依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 第量章检测诊断系统方案研究 3 1 系统结构设计 稷据薄发奄攀梭溅我需要，矮翻开发空调旅客爨车笈惫擎安全检溅诊 断系统，考虑到发电车主要班车载设翁为主，同时为了熊够做到在地面上 跟踪、远程支持絮载人员的目的，并飘更好地利用车载记录的数据，将空 调旅客列车发电牮安全检测诊断系统分为车载系统和地厩维护系统两部分 句成。其中以车载系统为主，地露系绫为辘。 车载系统 筝为空调藏客列车发惫攀安全捡溺诊薮系绫童篓蔹心系统， 国数据采集模块、举载计算机及故障数据分析监控系统、g p s 接收器和一 个g p r s 发射模块组成，每列旅客列牟的发电车配装一套：地面维护系统 为辅助系统，由一台服务器和多台客户终端组成。 弓l 入地面系绕怒为及时了解各发电车运行情况，同时根据累积下来的 数据进行统诗癸瓣。缝瑟系统还哥瑷壤提嚣要囊车载系绕发窭撂令，骰到 放照蟊控制车载系统进行数据的传输疆及车载系统参数酝饕，更鳋建完成 地面和车载交互联系，实现在地面远程帮助乘务员进行故障诊断和维护。 车载系统能够实时记录空调发电机组在运行当中的备颈性能参数和各 种操作结果，并猩柴油发电机组运行参数出现异常时避彳亍报警，同时提供 糖痤蠡冬教藩应惫处遴方案，及对、凑穗攒导乘务员进行载簿处理。 系统蓉藩辐羚绥 奄如图3 1 瓢承。 空调旅客列牵发电车安全检测诊断系统采用先进、成熟的技术构建， 系统由车载实时梭测系统、车地无线通信系统、地面数据库与数据分析系 统三部分组成。 车载实时捡测惹绫采用网络拓羚结梅。车载实时捡测系统由一台上证 税_ 饔霹台下霞橇筑缓。箕孛三台下镣橇分翔霹应三台发彀氍缝有关参数夔 检测，第四台下能机负责三台发电机缀共用部分的有关参数的检测：上位 机负责数据的分析、处理、存储、最示、以及与地面控制中心的通信。上 位机与下位机之间的数据传输采用r s 4 9 5 通信。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 图3 1 系统熬体结构拓扑图 车载实黪援测系绞采趸模块纯设诗。每台下盏租穗凌纛令模袭缝残， 这由五个模块分瓣是：c p u 板、摸撼爨输入板、开关鼙输入板、透信板窝 电源板。同一种模块具有互换性，鬣抉模块时无需重新调攘。 车载实时检测系统具有故障检测功能。上位机和下能机都具有上电自 检和运行中的检测功能，c p u 通过硬件反馈和软件的综念分析，可以得知 各摸块及各番号输入电路懿工挥状态。势惹在显示羼上驻零簸漳摸袭戆名 称、安装辊号、黻及处理方法。 上位机将故障前l o s 和故障展l o s 内的数据存储在鞯易失存储器中， 以便数据下载盾，对故障状态，以及敞障产生的原因进行分析。 车载实时检测系统具有扩展功能。系统采用网络拓扑结构，若要增加 捡测顼嚣，只要褥增设下拄祝数量霹阿；下位机采曩l 模块化的总线结构， 要扩震下整穰捡溺管号臻墨，增鸯瑟榛嶷懿测量模块瑟霉。 上位杌预留了网络通信接口，一艇列车实施网络控制，上位机部可遥 过网络与列车奎按单元进行双向通信。 下位机具有很强的通用性，既可以用于发电车的检测，亦可以用于空 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 谖等各耪爱电竣务，激及牵雩| 、键韵、攀门、辘温、转淘絮等荟耪车载设 备运行状态的检涮，这就为整个舞率豹安全检溺系统的建立奠定了坚实静 基础。 另外，在发电率安全检测系统的设计、制造的过程中，自始至终坚持 可靠性原则，在保证可靠性的前提下，力求先进性，尽擞采用先进、成熟 熬技本捣建发电零安全检灞、诊断系绫。 3 2 系统实用功畿 3 2 1 电子台帐 为加强对发电擎乘务员的值乘管溅，保证有关台帐记蒙数据的真实性， 捷舞茇毫辜运薅嫠灌拳平，要求乘务爨定辩在窒调旅客翻车发龟车安全检 测诊断系统检测界箍上操作记录毫予螽帐，乘务员只须点击操作就可戬完 成以前需要手工记录台帐的工作，察现无纸化值乘，而鼠数据不可修改， 提高了工作质量和效率。乘务员也w 从繁琐的重复劳动中解脱出来，集中 精力用于发电车溅常运行的监控。 3 。2 。2 电襞及紫油渍耗统计 自发电车运用以来，由于设计上的原因，对于发电率供出的电能没有 进行计量统计，因此对每趟空调列率所消耗柴油的数量没有一个科学的评 价标准，燃油消耗定量指标只能凭经验下达，不同的车次都使用基本相同 的指标，其合理镶氇裁无从说起，燃瀵游耗管理较为粳放。为解决这一闯 蘧，可羁磊系统悉狻瑟瑟豹三程交滚魄流巍电歪彝羹，谤箕窭游耗臻率霹 电能，在系统检测界面上实时显示消耗电能，记录每趱发电车的发电量和 柴油消耗量，即w 计算出每度电的耗油量。这样就可以实现以每度电消耗 的燃油量作为定燃考核指标，加强燃油消耗管理，有效控制成本支出。另 外，从每度电消糍鹩燃油量分析也可以在一定程度上反映如柴浊机性能的 傍劣，舞箕爨莠维护窝捡嫠撵供一定较攥。 3 2 3 车地通讯 发电车在逡彳予时。为了保证车辆段地面工作人员能够实时了解发电车 麴运行情况及运行的具体位置。考虑进行车地数据传输，实现车载数据及 西南交通大学颂囊研究生学位论文第1 6 页 辩黄浚委遥嚣：旋发毫车安装g p r s 遴谖骥块 l l j ，零l 嗣g p r s 无线逶诿瘸 络技术，将发毫攀豹地理位置信怠鞋及发电机组运行状态的数据实时簧送 到地面数据库服务器。 3 2 4 电子地豳 对于现在计募钒技术来说，电予熄强是一个戒熟豹技术，可以通过电 孑途匿了瓣车辘戆运霉辘迹、运行袄态等。运霆藏熬篱g i s t l 2 l - 次开发软 件，开发电子地图，地面服务器根据率载系统发送来的数据，实时的在魄 面服务器的电子地图模块中显示，地丽人员能够及时直观的了解发电车的 状况、位置，能够为生产调度以及救援提供有力的帮助。 3 2 ，5 丈线绝缘梭测 先了保证翻零供瞧正常，在顼瓣臻翻辩增船对发毫牵大线绝缘静检测， 保证发电车大线绝缘状态良好。在率辆出库前进行大线绝缘的检测，如果 出现绝缘故障时熊够及时告知乘务员绝缘故障，便于乘务员及时进行维修。 大线绝缘检测主簧检测i 路和i i 路u 、v 、w 、n 之间的电阻值。大线绝 缘检测在大线上麴载5 0 0 v 电压，捻溯采撵电阻上豹患聪馕。 3 3 硬件设计原则 3 3 1 模块化设计 对硬件系统的设计力求标准化、模块化，最大限度的减少印刷电路板 鹣磊穆。发电壤缀捻溅攘决垂c p u 投、撰苏量狻入叛、嚣关鲎羲入叛、毫 源板等五块电路叛维成。丽一种电路板其有互换性，龟鼹板更换后无需重 新调整；电路板岛机箱的连接均采用摇头、插座连接，电路板的安装和更 换非常方便。 3 + 3 2 通用性设计 售号检溅模块蒸骞逶爰毪，霹逶瓣予各释搂羧羹、嚣关量懿捡溅。囊 w 以用于发电车燃行参数的检测，办w 以用于空调枫缀，以及牵弓l 、制动、 车门、轴温、转向架等各种车载设备邂行状态和运行参数的检测，大大减 少了信号检测模块的种类。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 c p u 板采用高性能的单片机和c p l d 的组合，通过软件编程可产生所 需要的各种片选信号、时钟信号和控制逻辑。对不同的测控系统，无需修 改硬件配置，只要修改软件程序即可，既简化了硬件系统的设计，增加了 硬件系统的可靠性，又增加了系统的保密性。 3 3 3 可扩展性设计 车载实时检测系统采用网络拓扑结构，检测模块与检测主机之间通过 r s 4 8 5 总线连接。模块的数量根据检测项目的需要而定，模块的安装可分 散布置，以安装和接线方便为原则。若要增加检测项目，相应增加检测模 块即可，扩展非常方便。 检测主机预留了网络通信接口，若整个列车实施网络监控，发电车的 检测主机即成为列车网络的一个节点。发电车的检测主机即可由通信接口 与网络控制主机进行通信，这就为整个列车实施网络监控奠定了基础。 3 3 4 电磁兼容性设计 为提高发电车安全检测系统的电磁兼容性2 0 1 ，印刷电路板的p c b 图 均按照有关电磁兼容的标准进行设计，设计中充分考虑印刷电路板的电磁 兼容性的要求。 3 3 4 1c p u 板 c p u 板采用多层板，其中一层专门用于布线，从而大大减小了布线间 的干扰： 3 3 4 2 元器件布置 元器件布置分区合理，模拟电路、数字电路、噪声源按功能区分。 3 3 4 3 接地 采用单点接地，模拟地、数字地、大功率器件地分别布线，最终汇接 同一接地点。 3 3 4 4 去藕电容使用 合理使用去藕电容，每个集成电路的电源输入端都要接一个储能电容 和一个去藕电容，吸收集成电路开、关瞬间充、放电能，旁路高频噪声。 3 3 4 5 合理布线 合理布线，数据总线、地址总线、控制总线及片选信号线远离i o 线； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 石英晶振及对噪声敏感器件下方均不布线；任何信号线或地线，不得形成 环线。 3 3 4 6 电源噪声控制 减小电源噪声，供电电源采用d c d c 隔离变换模块，电源模块输入 端采用e m c 高频滤波处理，输出端并接滤波电容，输出引线套高频吸收 磁环。 3 3 4 7 输入、输出信号的隔离 直流模拟量采用隔离放大器隔离；交流模拟量采用互感器隔离；开关 量采用光电耦合器隔离；通信接口采用隔离通信模块隔离。 3 3 4 8 箱体 检测模块和检测主机均采用金属箱体，箱体的接地点用具有低电感和 低电阻的导线与车辆外壳连接。检测模块和检测主机电路板的接地点与箱 体接地点相接。使得检测模块和检测主机电路板的接地点及金属箱体与大 地处于同电位( 车体通过车轮、钢轨与大地连接) ，不仅使得各电路板接地 点电位稳定，而且能有效屏蔽电磁场的干扰。 3 3 5 可靠性设计 3 3 5 1 供电电源 测控系统的供电电源的供电品质和可靠性是非常重要的，它直接关系 到系统能否正常工作和检测的精度。为保证发电车安全检测系统供电的品 质和可靠性，对系统所需的电源模块，委托电源模块专业制造厂家生产。 3 3 5 2 信号调理与采样电路 信号调理与采样电路，采用电力系统保护装置使用的成熟电路，并经 过长期运行考核，电路成熟、可靠。 3 3 5 3 隔离与保护 供电电源的隔离与保护。供电电源采用d c d c 隔离变换模块，使微 机测控系统与列车的供电线路实现电气隔离。电源模块输入端采用e m c 滤波，并接浪涌吸收器件；电源模块输出端并接滤波电容，并在输出引线 外套高频磁环。 输入电路的隔离与保护。直流电压、电流信号采用隔离放大器隔离， 交流电压、电流信号采用互感器隔离，开关信号采用光电耦合器隔离，从 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 嚣镬徽爨测控系绫与售号源实现毫气瓣裹。嚣关售号稔入漩接渡溪吸毁器 俘，模拟信号输入端接过压、过流绦护电路。 通信接口的隔离与保护。通信接阴采用隔离通信模块，使各测量模块 与测量主机之间棚甄电气隔离；使各测量模块彼此之间亦相互隔离。 3 + 3 ，5 。4 元件参数的计算、选型和筛选 。元雩 参数瓣淫粪 一 输入和调理壤鼹元俸参数静诗葵鬟考虑辕入量静最大变优范嚣，频率 特性，开关特性，谐波成分等有关因綮。 2 元器件参数的选型 微处理器和锫种集成芯片，全部选用高可靠的工业鼎。电阻、电容、 毫惑、电蕴器、必藕等电予元器 牛簧搬攥设谤貔稽度、後羯豹湿度、线性 度、叛率特毪等簧豢选择合适靛器转。 3 元器件的筛选 使用的各种张器件，在焊接前都搿经由专人严格的捻测和筛选，从源 头上把好质量关，确保产品的可靠性。 3 。4 软件系统设计漂刘 3 4 1 标准化麓模块化原则 项目实施过程中，按模块通用化的需求对系统实现模块划分，以规范 的数摆接口使各模块互连互通。通俗规约采用1 0 3 规约标准作为检测设备 信惠接叠，1 0 3 懿套蠡准为缝恕僳护莰蚤莹意接搿瓣套标准( i d t 。 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 ：1 9 9 7 ) 1 6 1 。 对项目编码设计阶段中的各项搽作内容实施严格控制、评审反馈，程 序的开发过程遵循软件工程的设计、编码、测试、修改规范。 3 4 2u m l 建横设计 经霞u m l 慈援，篌矮霹熬设诗颡编鹚菱援莲蘧，饺褥菱麴豸手缍护， 捷高系统可靠憔与稳定性。 3 4 3x m l 总线及参数设计 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 为现在系统尤熊是w e b 方式下的 嚣南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 嚣焉