《面向对象的测控系统软件设计》课件第11章

第11章微机测控系统软件设计实例11.1自动化物流仓储管理监控系统11.2监控计算机与PLC通信协议应用实例11.3机车设备状态检测与故障诊断系统

11.1自动化物流仓储管理监控系统

11.1.1问题描述

随着交通运输业特别是航空业的不断发展，国内各国际机场航空货运量与日俱增，给机场货物储存及管理带来了很大困难。许多新建或扩建机场均建立了自动化立体仓库系统，用于对航空货物的进出港管理。相应地，用计算机实现这种管理不仅节省人力、物力而且安全准确。因此出现了基于现场总线技术的物流系统测控技术研究。

1．自动化立体仓库

自动化立体仓库系统(AutomatedStorageandRetrievalSystem，AS/RS)是指在不直接进行人工处理的条件下，运输设备能够自动地存入和取出货物的多层仓库存储系统。

这个定义包含以下几个方面的含义：

(1)自动化立体仓库系统包括多层货架、运输设备以及计算机控制和通信系统。

(2)自动化立体仓库系统以高层立体货架为标志，以成套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，高效率地利用仓储空间，节约时间和人力进行货物出入库作业。

(3)自动化立体仓库的设计和规划是集物流监控技术、计算机应用技术、通信技术、设备及货位优化管理等技术于一体的综合工程项目。自动化立体仓库主要由机械设施、电气设施和土建设施三类设施组成。

自动化立体仓库的机械设备一般包括存储机械、搬运机械、输送机械、货架、货箱或托盘等设备。

自动化立体仓库中的电气与电子设备主要指检测装置、控制装置、通信设备、监控调度设备、计算机管理设备以及屏幕显示图像监视等设备。自动化立体仓库有如下优点：

(1)高层货架存储。由于使用高层货架存储货物，存储区可以大幅度向高空发展，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。目前，世界上最高的立体仓库高度已经达到50米。立体仓库单位面积的存储量可达到7.5吨/平方米，是普通仓库的5～10倍。

(2)自动存取。AS/RS采用机械和自动化设备，运行处理速度快，提高了劳动生产率，降低了操作人员的劳动强度。同时，AS/RS能方便地纳入企业的物流系统，使企业物流更趋合理化；采用自动化技术后，还能更好地满足黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊条件下的物品存储需要。如国内已有的冷冻品自动化仓库和存储胶片的自动化仓库，在低温和完全黑暗的库房内，由计算机自动控制，实现货物的出入库作业，从而改善了工作环境，保证了安全操作，促进了文明生产。

(3)计算机控制。计算机能够始终不知疲倦并且正确无误地对各种信息进行存储和管理，因而能够减少货物和信息处理过程中的差错。

自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。仓储管理及时准确，便于企业决策者及时掌握库存情况，根据生产以及市场情况及时对企业规划做出调整，提高了决策能力和生产的应变能力。

使用自动化仓库，会提高企业其他部门人员的素质，还有其他的间接效益，如提高装卸速度等。

2．解决方案综述

现假定某机场设计的大型立体仓库系统货架区有3个巷道，每个巷道由2排8层20列共320个货位组成，主要存放机场进出港散货，如图11-1所示。每个巷道配备一台巷道式堆垛机用于对存放货物的货箱进行出入库作业，在每个巷道的两端(陆侧和空侧)各安装有显示正在作业箱号的LED显示屏。整个系统的控制由位于陆侧控制室内的监控计算机进行

控制。图11-1某机场大型自动化立体仓储系统该系统中上位监控机与主PLC的数据交换采用了MPI(MultiplePointInterface)总线技术，通过VisualBasic的监控程序来调用PRODAVEMPI动态链接库DLL(借助于西门子公司提供的数据通信卡CP5611)，实现上位监控机对主PLCCPU315-2DP数据的读写操作，然后由主PLC与各巷道堆垛机控制器PLC通过PROFIBUS现场总线进行数据的通信，从而完成自动化立体仓库系统的数据通信任务，为自动化立体仓库各种作业的自动控制奠定了基础。自动化立体仓库系统中上位机和下位机交换的信息大体有联/脱机信息、作业信息、查询信息和应答信息四种，而以上四种信息的传输都是利用PRODAVE提供的数据传输函数来完成的。图11-2给出了仓库系统中上位机PC与主PLC进行信息交换的流程图。图11-2PC与主PLC信息交换流程图11.1.2系统构成

图11-3是为机场进行散货处理而设计的立体仓库控制系统网络原理图。现在根据自顶而下的顺序来介绍各个组成部分的作用。图11-3系统构成网络图

1．工业以太网卡

工业以太网卡的作用是实现立体仓库监控计算机与机场内部乃至民航系统的其他高层管理子网的连接，以及实现工业环境下信息的交换。

2．VB编程的监控程序

通过VisualBasic6.0(企业版)开发软件编制的上位机监控程序，可实现上位机对下位机PLC控制系统的集中控制。监控程序是系统操作人员对仓库系统进行控制和指挥的中心。

3．MicrosoftAccess数据库

MicrosoftAccess数据库是系统设计时采用的本地数据库。利用此数据库可管理和存储立体仓库中许多重要的帐目。

4．PRODAVEMPI动态链接库

利用西门子公司的MPI(MultiPointInterface)多点接口可实现上位监控机与下位机PLC系统的通信。

5．STEP7编程工具软件

STEP7是用来组态和编程的西门子可编程控制器的标准的软件包。它是西门子工业软件的成员之一。本系统PLC应用程序的编写，PROFIBUS现场总线的配置，上位机、下位机通信接口的确定等工作正是利用人机界面友好的STEP7软件完成的。

6．CP5611通信卡

CP5611通信卡是西门子公司提供的上位监控机与下位机(PLC)总线的接口卡。通过CP5611通信卡可完成在上位机上编制的STEP7应用程序的下载工作。它是监控机与下位机系统通信信息传输的硬件界面。

7．CPU315-2DPCPU模块

此CPU模块是西门子S300系列的一个典型模块。本系统有三个这样的模块，其中一个是PLC组管理模块，它是下位机系统的核心。上位机直接控制PLC组管理模块，上位机的所有信息通过它传递给两个巷道的堆垛机控制器PLC(每台堆垛机有一台PLC进行控制)，同时堆垛机控制器PLC的信息也通过PLC组管理模块来传递各上位监控机，从而实现了上位机、组管理器PLC(主PLC)和各堆垛机控制器PLC之间信息的交换，是上位机和下位机PLC进行信息交换的枢纽和协调中心。

8．CP340模块

CP340模块是PLC通信接口模块。主PLC的CPU模块与各堆垛机控制器PLC模块的信息以及各巷道箱号LED显示器的通信信息的接收和发送都是借助于此接口模块完成的。

9．I/O工作站

I/O工作站是各巷道堆垛机控制器PLC输入、输出信息以及其他外部信息的汇集场所。

10．触摸屏

本仓库每个巷道的出入库作业端有一个触摸屏，用于在操作现场显示各巷道堆垛机的工作状态、工作方式(离线、在线)，也可以在上位机故障等情况下方便操作人员直接给堆垛机输入出入库操作指令，进行系统离线情况下的堆垛机出入库作业。

11．红外通信器

由于本系统采用红外线通信，因此在每个巷道的端口和堆垛机上均装有红外通信器，以实时发送和接收通信数据信息帧。综上所述，本系统是一个集中控制方式控制的自动化立体仓库控制系统。它是上位监控机借助于CP5611通信卡，实现与PROFIBUS现场总线的连接，从而实现对下位机系统的控制来完成各种控制功能。

为了提高整个系统运行的可靠性，本系统在硬件和软件均采取了可靠性措施。硬件方面除采用高可靠性的设备外，同时采用双机冗余系统；软件方面也采取多种提高可靠性的措施。11.1.3上位机和下位机PLC的通信问题

随着PC系列计算机功能的不断完善，PC机的应用范围已经不仅仅局限于办公室文档处理和编程，同时在工业现场的应用也日益广泛。但如何把PC机的各种编程功能、数据处理功能与现有的PLC可编程控制器的控制功能联系起来，实现上位机与PLC之间的数据通信，从而达到工业控制的目的，这是工业设备控制系统设计人员面临的一个问题。西门子公司提供的PRODAVES7软件包则较好地解决了PC机与PLC可编程控制器之间的数据链接问题。

1．动态链接库

Windows系统实际上是由许多功能强大的动态链接库(DynamicLinkLibrary，DLL)组成的。Windows的许多应用程序都能调用DLL。这就像DOS系统为DOS应用程序设计提供许多强大的中断功能一样，不仅大大方便了应用程序的开发，而且避免了各个应用程序的代码冗余。VisualBasic本身也是通过DLL函数或过程工作的，同时，VisualBasic也容许其他应用程序直接调用DLL函数。采用DLL的优点是易于修改和内存利用率高。由于DLL与应用程序分开，因此，当DLL升级或改动时，应用程序不做任何修改而可以直接运行。由于几个应用程序可以共享一个DLL，而不必在所有程序中都复制其中的例程，因此，这既减少了应用程序运行所需的内存空间，也减小了应用程序本身的大小，从而提高了内存利用率。

2．通信的实现

PRODAVES7的动态链接库(DLL)提供了大量的基于WindowsNT、Windows95/98、Windows3.11或者MS-DOS的函数，供用户解决PLC与PC之间的数据交换和数据处理问题。利用PRODAVES7提供的这些函数，并且借助于PLC的多点接口模块，例如CP5411、CP5511、CP5611或者PC/MPI电缆，便可以方便地在PLC与PC之间建立数据链接。开发工程师不需要掌握很多有关通信、总线方面的知识，就可以进行PC机与PLC之间的数据通信。

PRODAVES7不仅可以监控工业系统控制过程，而且可以提供几种函数调用方式，从PC机直接对PLC的数据块进行读写，以达到实时控制的目的。PRODAVES7提供了大量的面向不同环境和场合的数据通信功能，VisualBasic6.0通过对这些函数的调用就可以实现上位机和下位机的信息交换。例如，通过load_tool函数实现上位机PC与PLC系统初始化连接；通过unload_tool函数断开上位机PC与PLC的连接；通过a_field_read函数从PLC读取输出字节。11.1.4物流系统的软件模拟仿真

随着自动化仓储系统的大量涌现，产生了操作员的教学与培训问题。考虑到在现场教学和培训成本较高，并且存在影响正常生产运行秩序和安全隐患等诸多不利因素，有必要开发相应的仿真模拟软件用于解决上述问题。该系统以国内某大型国际机场自动化物流系统为研制背景，涉及航空、铁路以及公路等交通领域。系统要做到功能齐全而且方便、实用，上、下位机均采用PC机，运作的成本低，基本不涉及硬件。软件系统具有运单信息录入及作业指令发送、多任务同步操作、数据库同步更新、货位状态自动检测、多巷道堆垛机运动学仿真与动态显示、上/下位机监控和通信实时性好、各种数据库查询及报表打印、重要数据库的备份等功能特点。

1．系统的工作原理

1)系统的构成

图11-4是自动化物流仿真与监控系统上、下位机的工作原理结构图。整个物流仿真与监控系统的自动化仓储部分分为几个独立的作业巷道，可以同时或单独作业。系统工作模式分为在线(全自动)和离线(半自动)两种。上、下位机均可改变工作模式或发出紧急停车命令，与实际系统完全相符。图11-4仿真系统软件结构框图

2)上、下位机的工作方式

上位机的工作方式：当进入上位机系统后，用户先可选择是否联挂下位机(可通过操作员对话窗口进行通信应答)，分为在线(自动)和离线(手动)方式。系统通常处于在线方式，用户可对作业类别、巷道、站台进行选择，然后可进行相关操作。当系统处于离线方式时，上、下位机可以自行安排各自的工作，处理相应的事务。在线时上位机可以同时对三个巷道发出作业指令，包括急停指令以及改变工作模式等。下位机的工作方式：当进入下位机系统后，操作员也可选择是否挂接，当选择联挂时，还需正确地进行端口选择，确认正确后，就可在下位机进行模拟操作，上位机同时进行状态监控。可进行的操作有巷道通过、空箱入库、空箱出库、添加入库、拣选出库、整箱入库和整箱出库等。每当进行一次操作，系统数据库都会进行更新操作，更新的数据库可通过货位状态显示出来(鼠标右键单击相应的货位)。

3)上、下位机的通信

系统采用MSComm控件并配合Timer控件，用编程的方法解决上位监控PC与下位仿真PC之间的数据传递问题。以Windows为平台的操作系统提供了大量的WindowsAPI函数，以这些函数为接口，可以获得对VB有用的来自Windows系统本身的消息。通过WindowsAPI函数，VB也可以给操作系统发送消息。针对整个物流仿真与监控系统的特点，通信波特率选定为9600b/s。在上、下位机的数据传送中，采用了上、下位机约定的握手和通信协议，控制指令、作业指令和状态信息的传输均采用相对固定的数据帧格式。为了提高数据传输的可靠性和准确性，对所要传送的不同的数据帧加前缀和后缀的同时，还采用校验和的方式进行数据的发送和接收。通过软件编程，可提高系统对各巷道设备的实时监控能力和多任务操作时的计算机响应速度和实时性。上位监控PC与下位运动学仿真PC进行数据传送，上位机向下位机发送各种作业指令、控制指令及更新数据库信息，下位机则向上位机发送指令完成状况、下位机工作状态等信息来反馈上位机发送的数据。通信方式采用RS232/RS485串口通信标准。以一台计算机服务器为中心，采用上位机来控制一台下位机，也可通过串口扩展(例如一拖四)来控制多台下位机。系统构建采用服务器/客户机模式，若仅有一台下位仿真计算机，则数据库的访问采用对等网即可实现；若有多台下位机，则可通过集线器(Hub)或交换机来实现数据库资源的共享和查询。例如，下位机通过查询上位机数据库有关货位状态数据表，可以得到货位状态的当前信息和货位状态直观图等。

2．系统软件设计

系统平台上位机采用Windows2000Server(或NT4.0)操作系统，数据库采用SQLServer；下位机采用Windows2000/XP或以上操作系统，数据库采用开放式通用数据库系统MicrosoftAccess。应用软件设计采用VisualBasic系统编程。图11-5给出了自动化物流系统仿真上位机出入库作业的软件流程图。系统具有运单信息录入、作业指令发送、实时数据库更新、实时货位状态检测与动态显示、实时发送各种控制指令、数据库查询和报表打印功能。此外，系统还具有所有数据库备份和设备状态的实时监控功能。图11-5自动化物流系统仿真上位机出入库作业的软件流程图

1)上位机的特点

系统的上位机部分主要的功能是负责整个系统的管理与监控。有关该部分的内容在相关物流处理系统的文章中已作详细阐述，其主要特点为：

(1)货位自动搜索功能；

(2)实时测控与多任务并重；

(3)完善的系统用户管理功能；

(4)强大的数据库查询、统计和报表打印功能。

上位机监控系统仿真主工作界面如图11-6所示。图11-6上位机监控系统仿真主工作界面

2)下位机的主要技术环节

(1)货架状态图显示功能。各巷道货位状态和信息均可以在货架图形显示模块中以图形方式进行显示，如从巷道直观图可以显示货位号码、所在层数、列数、货位状态、箱内货物的种类等，使操作员进行操作时一目了然，方便了系统操作员的操作。

(2)堆垛机动态显示功能。当接收到上位机传送的信息(在线状态)时，用Shape控件模拟的堆垛机自动寻址，同样接收和储存的货物也用Shape控件进行模拟，使模拟的效果更加逼真。堆货机前进的过程中不断显示堆货机所经过的层数、列数，以及当前的状态，将其传给上位机。下位机仓储系统仿真主工作界面如图11-7所示。图11-7下位机仓储系统仿真主工作界面

3．仿真过程中数学模型的建立

数学模型的建立可以提高软件的运行效率和优化系统的整体性能，同时也使程序更为简捷、易读，使以后软件的维护更为方便。仿真软件在实现过程中建立了许多数学模型，限于篇幅考虑，仅以下位机货库的绘制过程、堆垛机的工作状态和货位情况为例作一说明。

1)货库绘制数学模型

(1)符号的说明：

DeltaX：整体货库左边界；

DeltaY1：巷道左侧货库上边界；

DeltaY2：巷道右侧货库上边界；

Col(i)：货库的层数，i从1到8；

Row(j)：货库的列数，j从1到20；PathLeft(m，Col，Row)：巷道左侧颜色数组；

PathRight(m，Col，Row)：巷道右侧颜色数组；

Length：货位的长度；

Width：货位的宽度；

Distance：货位间的距离；

Line…－Step(…)：画货位语句。

(2)模型的建立：

左侧：

Line(DeltaX＋(Col(i)×Length)，DeltaY1＋((8－Row(j)×Width))－Step((Length－Distance)，(Width－Distance))，PathLeft(i，Col，Row)，BF

右侧：

Line(DeltaX＋(Col(i)×Length)，DeltaY2＋((8－Row(j)×Width))－Step((Length－Distance)，(Width－Distance))，PathRight(i，Col，Row)，BF

其中，i从1到8；j从1到20。在PathLeft和PathRight中，m的值为1或2。

2)堆垛机的工作状态及货位情况数学模型

(1)符号的说明：

m：巷道号(值为1、2或3)；

Shape(m).Left：堆垛机或鼠标点击距左端距离；

Shape(m).Top：堆垛机或鼠标点击距上端距离；

Row：列数；

Col：层数；Deltax：左边距；

DeltaY1：巷道左侧上边距；

DeltaY2：巷道右侧上边距；

Length：货位长度；

Width：货位宽度。

(2)模型的建立：

左侧：

 Row(Shape(m).Left-DeltaX)\Length+1

Col7-(Shape(m).Top-DeltaY1)\Width

右侧：

 Row(Shape(m).Left-DeltaX)\Length+1

Col(Shape(m).Top–DeltaY2)\Width＋1交通自动化物流仓储仿真与监控系统从现场的实际情况和使用要求出发，真实模拟了自动化物流仓储系统工作的主要过程，效果逼真、简便实用，整个系统对硬件的依赖程度很小，开发和研制费用相对较低。与在实际现场进行人员培训相比，使用该系统不仅可以减少对生产运营造成的冲击，避免潜在的事故隐患，而且可以大幅度降低培训费用和缩短培训周期。该系统紧跟当前自动化物流仓储系统的发展趋势，必将为交通物流系统的仿真与监控技术的深入研究奠定扎实的基础，具有良好的应用前景。

11.2监控计算机与PLC通信协议应用实例

11.2.1问题描述

11.1节中介绍了某机场物流仓储管理系统的结构和基本工作原理，并着重阐述了上位监控机软件设计的细节。而上位机监控对象都是经过PLC直接控制和执行的前端堆垛机。所以，监控机与PLC的数据交换成为系统工作的枢纽，起着至关重要的作用。在本节中，主要阐述监控机与PLC通信协议的制定方案和下位机工作原理。有了这一部分内容，这个物流仓储管理系统才是一个完整的、有实际工作意义的系统。该机场货运站物流处理系统软件，即以一台计算机服务器为中心，采用MPI现场总线方式控制多台下位机，下位机以多台PLC组管理器为核心，采用PROFIBUS总线和红外通信技术，并配以相应的传感器、控制和驱动设备组成下位机控制系统。软件系统具有运单信息录入及作业指令同步发送等多任务功能、实时数据采集更新数据库、实时货位状态检测与动态显示、实时发送各种控制指令、强大的数据库查询及各种报表打印功能。此外，系统还具有所有重要数据库备份以及PLC通信和设备状态实时监测功能。

以现场总线为物理介质的PC与PLC网络通信系统框图如图11-8所示。图11-8PC与PLC网络通信系统框图

1．监控站

监控站(PC)同时具有控制器、工程师站和操作站的功能。它不但完成对PLC等接入现场总线的智能设备进行编程、控制和数据交换，而且还完成与上位机之间的通信功能。监控站的工程师站可以设定和修改对象的参数，并将所做修改的数据保存于数据库中。监控站的操作站用来实现操作和监控，完成显示、打印数据和报警等功能。

2．现场总线

现场总线是这个系统的重要且关键的组件，它提供监控层(PC)与控制层PLC之间完善的数据通信，通信协议采用现场总线协议。

3．通信条件

根据现场总线可连接的设备以及系统对通信的具体要求，明确以下具体内容：通信启动条件，传输数据长度，波特率，有无校验位、停止位和位数等必需的数据。需要通信的双方的状态满足要求便可实现数据通信。

4．通信访问方式

通信访问采用查询方式、中断方式和广播方式三种方式相结合的方法。

查询方式：监控站根据查询顺序表中的顺序与各PLC进行数据交换。

中断方式：这种传输方式具有高优先权。首先将发送请求标志位和中断标志位均被置位，如果接收机的中断位也被置位，则告知有数据传输，从而启动中断。只有机号在中断表中的从机能产生中断。若同时有两个以上的中断请求，则按中断表中的优先级顺序执行。11.2.2系统构成

图11-9是机场货运站物流处理系统与各组管理器等构成的工作原理结构图。控制系统由服务器、UPS电源、10/100M网卡、MPI网络管理器、激光打印机、组管理器，以及通过组管理器控制的堆垛机、条码阅读器、触摸显示屏和作业箱号LED显示器等组成。整个自动化立体仓库分为几个独立的作业巷道，各巷道均可提供空侧(停机坪一侧)和陆侧(道路运输一侧)作业功能，并且可以同时或单独作业。系统工作模式分为在线(全自动)和离线(半自动)两种模式。在正常情况下，系统应工作于在线模式。离线状态时，上位机只监视PLC组管理器及设备的状态，而不再发送指令。控制台触摸显示屏仅用于特殊情况下，如改变系统工作模式、控制台发出紧急停车命令、离线状态下手动作业等。箱号LED显示器主要用于显示当前正在进行作业的货箱号码，供现场人员查看。图11-9工作原理结构图

1．下位机的工作方式

下位机组管理器采用PLC作为控制用CPU，其工作模式分为在线和离线两种方式。根据设计要求，在正常情况下，系统工作于在线状态，即所有作业指令及货物信息均由上位监控计算机发出，堆垛机PLC负责执行，现场操作人员不得随意改变模式设置。当某巷道设备出现故障而导致上位机所发指令不能正常完成时，可通过触摸屏控制台强制改变该巷道工作模式为离线状态，其他巷道仍工作于在线模式，其作业指令正常接收和执行。一旦设备故障排除，并完成事件处理，则要求在该巷道控制台上将工作模式改变为在线，系统将继续执行事件指令的下一条指令。在线模式下，各巷道触摸屏可用于监视作业指令执行情况。离线状态下的事件处理，可在触摸屏或堆垛机上通过手动开关完成。

2．上、下位机的通信

下位机组管理器采用SIEMENS公司的S7系列PLC，用编程方法解决监控PC与PLC之间的数据传输问题。以Windows为平台的操作系统提供了大量的WindowsAPI函数，以这些函数为接口，VisualBasic可以对计算机硬件系统进行访问，也可以获得对VisualBasic有用的来自Windows系统本身的消息。通过WindowsAPI函数，VisualBasic也可以给操作系统发送消息。针对整个自动化立体仓库系统的特点，采用MPI和PROFTBUS现场总线技术，解决上位监控计算机与PLC之间的通信问题，其比特率高达187.5kb/s。现场总线控制系统克服了传统通信方式下数据量大造成的实时性差、不宜实现分散控制等方面的缺陷，提高了系统对各巷道设备的实时监控能力和多任务操作时的计算机响应速度。通过软件编程，实现动态链接库(DLL)函数的调用，配以硬件接口电路，可建立监控PC与PLC之间的通信连接，进行数据的相互传输。监控PC的CPU可以向PLC写入或从PLC读出数据，实时进行各种作业指令、控制指令的发送，获取各巷道的作业情况以及控制和驱动设备的状态信息。监控PC与PLC硬件接口在连接上要与工业标准兼容。通信协议采用西门子通信标准。11.2.3工作原理

1．现场设备分布

(1)上位机：位于控制室的散货系统监控服务器；

(2)主PLC：位于控制室的主控PLC；

(3) 3台堆垛机的设备控制PLC：分别位于3个散货巷道的移动机载控制器；

(4) 3台LCD可触摸屏：位于3个巷道的陆侧；

(5) 6台LED箱号显示牌：位于3个巷道的两端，即空侧和陆侧；

(6)空侧：朝停机坪(ULD库区)的方向；

(7)陆侧：朝营业厅的方向。

2．现场系统工作原理

(1)上位机的功能包括发送给各巷道的在线(全自动)作业指令、数据库管理、系统维护、数据备份、打印报表等。

(2)上位机在通信上只和主PLC发生联系，给主PLC发出对各巷道的作业指令，并通过主PLC得到各巷道设备的作业状态信息。

(3)主PLC作为组管理器使用，这对于以后的系统扩展和本组的设备管理是方便的。组管理器PLC把上位机发出的作业指令分发给各巷道设备，把箱号显示数据发送给6台LED箱号显示屏，把当前作业信息发送给LCD触摸屏。

(4)允许现场操作员在巷道端口的LCD可触摸屏上改变该巷道的工作模式(全自动模式改为半自动离线模式，或相反)，主PLC把该改变通知上位机，便于上位机操作员了解某个巷道或全部巷道的工作模式已经要求改变。上位机将在当前已经发送的作业指令被执行后，不再对已经申请改变为离线模式的巷道或全部巷道发送全自动作业指令。

(5)现场操作员可在巷道陆侧触摸屏上输入离线作业指令，其作业信息须在上位机上由人工添加。

3．现场设备连接

(1)上位机预留10/100M网卡，以便将来系统进行扩展。

(2)监控机安装CP5611通信卡及相关的软件包，以RS485通信协议，通过CP5611提供的MPI接口和主PLC的MPI口连接进行数据通信。具体的通信协议是由西门子定义在安装软件包中的，对编程人员不透明。

(3)主PLC采用PROFIBUS-DP通信协议(或甲方定义的其他通信协议)，用总线方式和3个巷道的地面红外通信装置、3台LCD可触摸屏、6台LED箱号显示牌进行通信。

4．控制流与信息流

(1)上位机和主PLC之间的关系是：向主PLC发出各巷道堆垛机的出库、入库作业指令；查询主PLC提供的各设备状态。

(2)上位机发出的作业种类包括：各巷道从空侧入库、各巷道从空侧出库、各巷道从陆侧入库和各巷道从陆侧出库。

(3)上位机发出的作业任务包括：整箱入库；整箱出库；添加货物到某货箱内，送回原货位；从某箱中取出部分货物出库，其余货物返回原货位；空箱入库；空箱出库；库内搬移；两站台间直通运输。

(4)上位机发出的系统控制命令包括：

①由于突然停电或系统故障等异常原因，系统向主PLC发出的维护停机命令；

②上位机操作员因某种意外情况发生，向某巷道发出的紧急停止指令；

③控制模式变化。

(5)上位机从主PLC中读取的状态信息包括：

①各巷道堆垛机作业指令完成状态；

②各巷道堆垛机运行位置和停准位置状态；

③各巷道堆垛机工作状态(运行/待命)；

④各巷道堆垛机故障报警信息；

⑤现场操作员通过LCD触摸显示屏发出的控制模式变换请求。现场操作员在巷道HP侧的LCD触摸屏上输入工作模式变换请求(从在线变换为离线，或者从离线变换为在线)，主PLC把该请求发送给上位机。11.2.4上位机发送给主PLC的作业命令

1．作业指令

上位机发送给主PLC的作业指令，必须在主PLC读取后方可覆盖。表11-1是上位机发送给主PLC的巷道1作业命令清单，其他巷道类似。表11-1上位机发送给主PLC的巷道1作业命令清单续表对表11-1中的指令作如下说明：

(1)上述作业命令共15个参数，含12个整型数，3个字符串，共54个字节，以数据块的形式组织。

(2)上位机给主PLC发出作业指令，其中指令事件计数器由监控机定义，并且连续。当累计数加1变为10000时自动变换成1。

(3)上述的15个参数，1～10是设备作业必需的，10是主PLC读取标志，由上位机发出新指令时写1，主PLC读取后清零。11～15所提供的运单等信息在数据块中定义，作为备用。

(4)箱号将由主PLC发送给巷道LCD操作显示屏，使操作员方便作业。

(5)在半自动模式下，主PLC不再从上位机读取指令(即不得对“作业命令读取确认”清零)，上位机仍然读取设备状态信息和“作业命令读取确认”标志，一旦指令被取走(即认为由离线变为在线，主PLC在“作业命令读取确认”清零的同时应将控制模式变化告诉上位机)，就向主PLC发送新的作业命令。

2．系统控制指令

表11-2是上位机与主PLC之间进行通信的系统控制指令清单。表11-2系统控制指令清单续表对表11-2给出的系统控制指令作如下说明：

(1)整型量1由上位机写，由主PLC读，可以使主PLC了解上位机是否正常工作。整型量2由主PLC写，由上位机读，可以使上位机了解主PLC的工作状态是否正常。如果上位机发现主PLC发生故障，将在上位机屏幕上发出报警，并在事件日志上进行记录。

(2)表中的3、4、5共3个整型量，由主PLC发出，由上位机读取。

(3)控制模式的变化由主PLC发出，操作员可以发出巷道的全自动(在线)或者半自动(离线)控制模式指令，并在相应的PLC存储器位置写0或者1。全自动是上位机系统的指定工作模式(服务器开机联挂后，自动进入的工作状态)。在全自动模式下，所有的作业指令由上位机发出，并读出下层设备的状态信息；在半自动模式下，上位机仍然读取设备状态信息和有关标志。

(4)关于在离线模式下，主PLC应把货位状态变化的基本信息通知上位机。对于其他有关信息，如何修改数据库的问题，建议通过人工方式在上位机进行输入。

(5)紧急停止命令可以由上位机操作员发出，也可以由下位机操作员在LCD触摸显示屏上发出。表中的1、6、7、8、9共5个整型量，由上位机发出，由主PLC读取。其余8个整型量由主PLC发出，由上位机读取。11.2.5上位机从主PLC中读取的状态信息

1．主PLC发送给上位机的完成作业信息

主PLC发送给上位机的“完成作业信息”必须在上位机读取之后方可用新信息覆盖。表11-3给出了上位机从主PLC中读取的巷道1状态信息清单，其他巷道类似。表11-3上位机在主PLC中读取的巷道1状态信息清单

2．主PLC发送给上位机的设备工作状态信息

主PLC要将各设备位置和工作情况状态信息送给上位机。表11-4给出了主PLC返回巷道1设备位置和工作状态信息的清单，其他巷道类似。表11-4主PLC返回巷道1设备位置和工作状态信息的清单

3．主PLC发送给上位机的设备故障和异常信息

主PLC要将各设备故障和异常信息送给上位机。表11-5给出了主PLC返回给上位机的巷道1设备故障和异常信息的清单，其他巷道类似。表11-5主PLC返回给上位机的巷道1设备

故障和异常信息的清单

11.3机车设备状态检测与故障诊断系统

11.3.1问题描述

电力机车牵引在我国铁路运输中所起的作用日益扩大，全国大多数地区已开始普及使用电力机车，尤其是在西北和西南地区，电力机车承担了绝大部分线路的列车牵引任务。在这种情况下，如果能对电力机车的电器设备状态进行有效的实时检测和诊断，对机车的运行质量进行实时测试，就可以为铁路部门实现机车设备状态维修提供可靠的依据。对机车轴温的实时检测可以保证机车在运行过程中的行车安全；对机车在各区段的耗电量的实时检测和记录可以跟踪机车实际运行线路中的能耗分配，方便运用部门对机车耗电和乘务员进行科学管理，建立和完善乘务员的标准化作业制度。

1．需求分析

本系统结合电力机车运用情况，采用专门研制的机车设备状态检测装置进行行车过程中的数据采集，建立了一套对检测数据进行分析和对设备状态进行故障诊断的软件系统，能够进行设备的运用状态分析并得出结论，同时提出维修建议，为机车的“状态修”提供依据。目前，在本领域国内尚未有全面而成熟的技术，因此，本系统的研制开发，既符合我国铁路现场的实际需要，又具有科研和技术上的先进性。

对于机车设备状态检测与故障诊断系统，这里主要从数据处理和分析软件方面作一介绍，重点介绍软件系统设计和实现过程中的一些关键技术。整个软件系统要求主要实现以下功能：

(1)全自动诊断功能。对选定机车的所有相关设备的检测数据进行自动分析处理，并得出诊断结论，提出维修建议。可同时对6台牵引电机的火花等级和牵引电流、12个车轴箱的不同检测点的温升、各控制电压、主电压、各脉冲信号、各同步信号、10台辅机的过流情况等不同设备的检测记录进行数据分析，判断故障点及隐患情况，诊断结果存入数据库，可以查看分析结果，也可以报表的形式输出至打印机。

(2)轴温检测与动态显示功能。系统能够对机车6根车轴的12个轴箱的二十多路温度信号进行检测和监控，其中包括对机车整个运行过程中各检测点温度的动态显示和比较、曲线分析和比较、数据列表检测等。通过各车轴温度的纵向比较以及与环境温度的差值比较，可以判断各轴的当前工作状态，如果某轴的温升连续多日偏高或大幅度超出其他各轴的温度，则可以断定该轴润滑状态变差或出现问题。依据专家系统进行分析比较，系统能够给出相应的提示，如对某轴应密切观察或应立即进行检修，避免了定期拆装检修所造成的人力、物力和时间的浪费，也提高了机车的运用效率。

(3)电机火花等级检测功能。电机火花等级的高低是衡量机车电机工况好坏的重要依据。对牵引电机火花等级可以进行超标记录分析和曲线分析，得到最高火花等级值和

超标持续时间，并能对各电机火花等级进行横向比较。所有比较都能够给出相应分析和结论。

(4)定时记录曲线变化分析功能。机车在运行过程中除进行各种设备的故障检测外，还同时进行各路信号的定时检测和记录。通过对机车定时记录的分析，可以对机车各设备进行全面监测，所有检测记录存入数据库作为机车运行档案。

(5)设备故障诊断及机车运行状态与操纵监测功能。机车运用过程中各设备的所有异常状态除车上提示外，均记录下来作为地面状态分析和检修的原始数据，系统根据这些数据进行分析、比较和判断，并提出维修建议。通过对机车运行和操纵状态的记录分析，如管压力的变化、制动手柄及司机控制器的位置变换情况等，可以全面了解机车运行过程中各种状态的变化和司机操纵情况，从而实现全程监控。

(6)数据报表功能。除进行自动分析结果打印输出外，所有的异常检测数据、运行状态和操纵情况数据均可以报表的形式输出。此外，还具有各路信号记录数据的全程打印功能，即对所有定时记录数据进行显示输出和打印。

2．解决方案综述

电力机车设备状态检测系统由车上部分和地面部分组成。车上部分由车载微机单元、扩展储存单元、开关电源单元、信号处理单元、数据采集单元、数据通信单元、显示及键盘单元、数据转储单元等组成。其中，数据转储单元是一个独立的数据盒结构，可以由乘务员方便地携带。数据盒主要用来将车上的检测数据转储到地面计算机供分析软件使用。系统的地面部分由硬件和软件系统组成，其中硬件由通用计算机及其UPS电源、RS232通信接口、打印机等组成。系统组成框图如图11-10所示。图11-10系统组成框图本例主要介绍计算机软件系统，即对车载微机采集的大量数据进行分析与处理，为机车设备状态修提供依据。

如图11-11所示为地面计算机软件系统的功能结构图。图11-11地面系统计算机软件结构图设备状态分析模块实际上是一个专家系统，它的知识库是以标准化作业规程、各设备的典型工况参数和合理的参数变化范围、典型故障的行为特征、机务管理和技术人员以及优秀乘务员的实践经验等知识综合组成的。根据车载微机记录的机车运行参数和设备状态参数，专家系统采用模糊推理规则，分析和判断机车各设备是否工作在合理状态，对异常数据经过鉴别后提出分析结论和维修建议。界面及菜单选择模块为系统提供美观、清晰的操作界面，使操作员方便操作。

数据及文件打印模块指导操作员打印出合乎规范和现场实际要求的各种报表文件。

数据通信管理模块负责和数据转储盒进行通信，把数据准确、安全地存放在计算机数据库内，并在需要时调用。

图形数表生成模块用于在显示屏幕上显示各种分类检测数据和图表，供现场管理人员检索。数据库查询管理模块指导操作员调用某台机车、某个司机、某个时间段、多台机车、全段等多种现时和历史的数据统计。系统采用开放式通用数据库结构，它便于系统联网后其他计算机的查询和调用。

系统地面计算机分析系统软件总体流程图如图11-12所示。图11-12地面计算机分析系统软件流程图整个系统中对硬件部分而言，较为重要的部分就是信号处理单元、数据采集和存储单元、设备状态显示单元，以及数据通信单元等；软件部分就是地面计算机数据处理和分析系统，主要完成的工作包括数据的通信以及数据的分析诊断，硬件部分和软件部分的重要界面就是制定满足双方数据传输要求的通信协议，这对任何测控系统而言都是非常重要的环节。11.3.2数据采集和数据处理

计算机要完成分析诊断，首先要有数据，数据主要是车载装置检测记录的全程数据，并由专用数据盒转储到地面计算机系统供诊断分析使用。机车到达折返段或返回机务段后，由司机将数据盒送到值班室，操作人员先用RS232串行通信线将数据盒与地面计算机的串口连接好，开启数据盒开关后由系统接收模块将全部数据取入计算机内存，然后通过比较和判断存入相应数据库。为了确保数据盒与地面计算机串行通信数据安全可靠，系统通信采用的是异步数据块方式。每一个数据块包含起始符、高位地址、低位地址、二进制数据记录字节串、数据结束符、校验位高位、校验位低位。数据盒在向地面计算机发送数据之前，先与之进行两次“握手”，如成功，则开始发送第一个数据块。每发送一个数据块进行一次校验，若地面计算机接收的数据块有错误，就要求数据盒重新发送该数据块。数据盒与地面计算机通信的时候采用双向应答方式，这样就保证了接收到的数据的准确与可靠。将接收到的数据信息存入相应的数据库之后，就可以进入设备状态分析模块进行数据分析。设备状态分析模块实际上是一个专家系统。根据车载微机所记录的机车运行参数和设备状态参数，专家系统采用模糊推理规则，分析和判断机车各设备是否工作在合理状态，对异常数据经过鉴别后提出分析报告和检修意见。

地面计算机分析系统的核心就是数据分析及处理系统软件。这个软件要求界面美观、操作方便简单，并且各模块之间界面清楚。即在同一部件分析模块中，各个设备选项及分析内容界定清晰，各按钮之间都具有互锁功能，安全可靠。在与诊断操作没有直接关系的部分，例如数据库的结构，对用户是不可见的。但同时数据库系统又是开放的，便于维护和备份。因此，系统的使用要求既适合于对计算机较专业的人员，又适合于对计算机不很熟悉的一般操作人员。技术人员只需根据分析诊断结果的打印报表确定检修方案即可，例如哪些设备需要马上修理、哪些设备可以继续使用但需要观察等。对感兴趣的设备也可以单独进行分析，以便做出进一步判断。11.3.3PC与数据盒(单片机)的串行通信协议

1．与数据盒进行串行通信的格式和协议

(1)波特率：9600，每个字符包括1位起始位、8位数据位、1位停止位，采用偶校验。

(2)数据格式：每个字符均以二进制数值定义，记录类型(1个字节)、记录数据字节数据(8位)，可能是双字节数据(16位)，也可能是开关量(8位，每1位代表1个开关量状态)，具体含义和排列规则由记录数据的类型定义。

(3)每组记录由起始记录时间(时、分、秒，3个字节)、记录类型(1个字节)、记录数据字节序列(根据不同的记录类型，有不同的固定格式和排序，有固定的字节数量)组成。

(4)建立通信方法：当数据盒通信线接好并开启数据盒电源开关后，数据处于等待状态。由地面计算机主动发出通信呼号，格式为：00H，11H，22H；三个字节连续发送，然后等待数据盒的应答信号。数据盒的应答信号为：33H，44H，55H。如果应答正确，地面计算机再发出确认指令：66H，表示已经建立通信，等待数据盒正式传送数据。地面计算机从开始发出通信呼号，应在屏幕的适当位置显示“系统通信联挂”，直到通信建立后该标记才消失。

如果发出通信呼号后接收不到数据盒的应答，或应答不正确，则地面计算机每隔5s再重复发出通信呼号。如果1min后仍然无法建立通信，则应在屏幕上显示“通信联挂失败”。

(5)建立通信后，首先发送总字节数量(2个字节的二进制数值)，该数值可以作为计数器初值使用，接着顺序发送数据。通信时数据是按记录格式顺序发送的。每发送100个字节，进行一次校验。如有错误重新发送，正确则再发下一组。最后一组可能不到100个字节。每正确接收100个字节，在屏幕的适当位置显示接收字节数量。全部字节接收完毕，显示“通信完成”，待操作员确认后消失。

(6)数据校验的方法是：数据盒每发出100个字节，再连续发出两个字节“0EEH，0EEH”，表示发出完毕，接着发出一个字节的累加和。这个累加和是已发送的100个字节顺序相加，不考虑进位，也不包括“0EEH，0EEH”。然后，数据盒处于等待状态，等待地面计算机的应答。如果地面计算机接收正确(收到的累加和与自己算出的累加和一致)，则向数据盒发出“0DDH，0DDH”，开始等待接收下一组数据。如果不一致，则发出“0FFH，0FFH”，调整计数器，准备重新接收这100个字节数据。

2．数据类型和数据格式的记录

1)控制电压检测记录

当DC110V控制电压高于或低于15%，DC24V和DC15V高于或低于限制额10%，超限时间超过5s时，记录其开始超限值和超限期间最大值各一次。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(01H)，记录设备号字节(1XH为超限开始记录，2XH为检测数据回到正常状态记录，3XH为司机确认但异常状态仍在继续的记录，X1H～X3H分别为110V、24V、15V的代码)，电压检测超标数据字节(XXH，其中110V和24V的电压单位为V，15V电压单位为0.1V)，共计8个字节，全部为二进制整数值。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，01H，13H，AAH。

记录意义：发生时间为16时5分32秒，控制电压记录，15V电压开始超标，超标数值为17.0V。

分析方法：DC110V电压如果偏低或偏高于标称值，则可能是辅助变压器或整流器故障；如果发生24V或15V超限(偏低或偏高)，则是电子柜故障。

2)牵引电动机火花等级记录

当各电动机火花等级超过2.4级且持续3s时，记录其开始和结束各一次。目的是了解各电动机换向器的状态和电机工况。要求持续3s是为了得到稳定的记录，避免极短时发生的启动火花发生的无效记录。记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(02H)，记录电机号字节(1XH为火花开始记录，2XH为火花回到正常状态记录，3XH为司机确认但状态仍在继续的记录，X1H～X6H为火花超限电机的代号)，机车速度字节(XXH)，超限电机的电流双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电机1的火花等级字节(XXH，单位为0.1度)，电机2的火花等级字节(XXH)，电机3(XXH)，电机4(XXH)，电机5(XXH)，电机6(XXH)，共计16个字节，全部为二进制整数值。分析方法：如果某一电机火花等级比其他电机显著高，则说明该电机换向器工作状态变差。记录方式是：某电机开始发生火花超限时记录一次，其数值是该电机记录时间前3s内的最大值；该电机的火花等级回到允许状态后记录一次，其值是该电机在此超标期间的最大火花等级；如果该电机的超限火花持续，且司机确认，则记录一次，其值是该电机在本次发生超标火花以来的最大值。从记录上可以知道火花持续的时间和期间的最大值。如果某电机多次发生火花、持续时间长、最大火花等级高，或连续多天该电机的火花等级均保持较高，则应向操作员提出状态修建议。根据记录电机的电流数值和机车速度，可以判断发生火花时的机车运行状态。例如，机车刚启动而负载大，火花等级会高一些，但各电机的状态差别不应太大。此时应引入专家系统综合各因素判断得到答案的思路，设立几个判断标准，看是否是换向器状态有问题。本记录同时记录其他电机的火花数据，是为了分析比较用。

3)机车主电路过压及励磁电流过载记录

当主电路过压或励磁电流超出过载警戒电流时进行记录。发生一次过载，记录两次(开始，结束，如在过载期间司机确认则增加记录一次)。通过该项记录可以了解主电路的工作情况及电机在制动状态时过载的等级和持续的时间。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(03H)，发生过载的代码(1XH为开始过压或过载，2XH为结束过压或过载，3XH为司机确认过压或过载，但过压过载仍在继续，X1H～X3H分别为前端主电路过压、后端主电路过压、励磁电流过载)，电压或励磁电流值双字节(高8位XXH，低8位XXH)，速度字节，共10个字节。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，03H，11H，06H，0EH，56H。

记录意义：过压或过载发生时间为16时5分32秒，主电路前端开始发生过压，电压为60EH，即1550V，机车速度为86km/h。

分析方法：判断主电路的电压是否正常，过压持续时间和最大值，在制动状态的励磁电流是否过载。电压单位为V，电流单位为A，速度单位为km/h，均为二进制。暂时规定过载10s是允许的，因此开始过载记录是过载发生10s后进行的，实际过载时间要比记录时间早10s。同时，把励磁电流的过载值规定为750A，把主电压的过载值规定为1650V，避免多次记录。开始过载的记录的数值是记录前10s内的最大值；过载消失的记录是该过载周期的过载最大值；司机强制确认记录的数值是发生本次过载以来出现过的过载最大值。

4)牵引电动机牵引电流过载记录

当牵引电动机电流超出过载警戒电流时进行记录。发生一个周期的过载，记录两次(开始过载，结束过载)。如连续发生过载未消除，司机确认了该电机过载，则记录一次。通过该项记录可以了解电机过载的等级和持续的时间。记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(04H)，记录理由XXH(X1H～X6H分别表示电机1～电机6的过载，1XH表示开始过流，2XH表示过流结束，3XH表示继续过流，但司机确认了该异常)，电流1双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电流2双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电流3双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电流4双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电流5双字节(高8位XXH，低8位XXH)，电流6双字节(高8位XXH，低8位XXH)，机车速度字节，共计20个字节，全部为二进制整数值，电流单位为A，速度单位为km/h。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，04H，13H，03H，B2H，03H，B3H，03H，B6H，03H，B8H，03H，B0H，03H，B9H，56H。

记录意义：牵引电流过载发生时间为16时5分32秒，第3台电机开始发生电流过载，电流为3B6H，即950A，机车速度为86km/h。分析方法：根据电动机电流过载的情况及持续时间的比较，分析过载原因。同时考虑前后记录的机车速度、机车工况，判断是司机违章还是因司机手柄加速过快使机车负荷过大。由于启动过载是正常的，暂时规定过载10s是允许的，因此开始过载记录是过载发生10s后进行的，实际过载时间要比记录时间早10s。同时，把过载值规定为900A，避免多次记录。开始过载的记录电流是对应电机在记录前10s内的最大值；过载消失的记录是该电机在过载周期的过载最大值；司机强制确认记录的电流值是该电机发生本次过载以来出现过的过载电流最大值。本记录列出了其他电机的电流，是为了做比较分析用。

5)电路异常或状态改变记录

该记录包括主接地1、主接地2、辅助接地、预备信号、主断路器分合状态改变的记录。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(05H)，机车电路状态字节(X1H表示主接地1状态，X2H表示主接地2状态，X3H表示辅助接地状态，X4H表示预备信号状态，X5H表示主断路器1状态，X6H表示主断路器2状态，1XH表示状态为0，2XH表示状态为1，状态1表示接地故障、有预备信号、断路器合，状态0表示未接地、无准备信号、断路器分，每当上述信号的状态发生一次改变，就记录一次)，共7个字节。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，05H，11H。

记录意义：于16时5分32秒，出现主接地1接地故障。

分析方法：根据时间，判断电路异常情况及状态改变情况。

6)制动系统检测记录

该记录包括大闸各位信号、电-空转换信号、机车闸缸压力。这些记录的作用是了解制动系统的工作情况，例如大闸动作、紧急制动实施、闸缸压力变化。每当大闸动作、电-空阀动作、机车闸缸压力为零时记录。记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(06H)，公里数双字节(高8位XXH，低8位XXH)，机车速度字节(单位为公里/小时)，大闸状态位置及记录原因字节(X0H～X6H分别表示大闸处于0～6位，0XH表示电-空阀位置从1位转换到0位的记录，1XH表示电-空阀从0位转换到1位的记录，2XH表示由于大闸位置改变而记录，3XH表示因闸缸压力下降到0附近而记录)，机车闸缸压力字节(单位为kPa，1kPa=0.1kg/cm2)，共11个字节。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，06H，11H，21H，40H，23H，23H。

记录意义：制动系统记录发生时间为16时5分32秒，公里标为1121H，即4.385km处，机车速度为40H，即64km/h，因为大闸位置变化而记录，大闸位置变化到第3位，此时电-空阀未动作(仍在原来位置)，机车闸缸压力为23H，即35kPa。

分析方法：根据时间、公里标和速度，判断司机操作是否合理及制动系统的工作状态。

7)机车控制器状态记录

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(07H)，公里数双字节(高8位XXH，低8位XXH，单位为10米)，机车速度字节(XXH，单位为km/h)，机车工况新状态字节(1～7分别表示后、零、制动、前、一级磁削、二级磁削、三级磁削)，共10个字节。

记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，07H，11H，21H，25H，05H。记录意义：机车上电记录，发生时间为16时5分32秒，记录类型为机车工况状态记录，发生公里标为1121H，即43.85km，速度为25H，即37km/h，司机控制器处于一级磁削位置。

分析方法：根据时间、速度和公里标，判断司机操纵和机车运行状态是否合理。例如，司机在速度不为零的情况下改变机车运行方向，将导致牵引电机严重过载。本状态记录可以衍生出多项判断和分析，可根据机车操纵运行常识和逻辑关系根据记录可能出现的组合，整理出各种分析和提示。

8)机车速度信号记录

速度每变化10km/h，记录1次。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(08H)，运行公里数双字节(高8位XXH，低8位XXH，单位为10米)，大闸位置字节(0～6)，机车闸缸压力(单位为10kPa)，机车速度字节(XXH，单位为km/h)，共11个字节。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，08H，11H，21H，01H，30H，38H。

记录意义：机车速度变化记录，发生时间为16时5分32秒，发生公里标为1121H，即43.85km，大闸在位置1，机车闸缸压力为480kPa，速度为38H，即56km/h。

分析方法：根据时间和公里标，判断司机速度及大闸位置，观察司机操纵是否合理。

9)机车脉冲信号发生异常时的记录

脉冲数超出正常范围且持续3s时记录，防止偶然因素导致的无效记录。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(09H)，记录理由XXH(X1H～X7H分别表示脉冲1～脉冲7的超限，1XH表示开始超限，2XH表示超限结束，3XH表示继续超限，但司机确认了该异常)，脉冲1双字节(XXH，XXH)，脉冲2双字节(XXH，XXH)，脉冲3双字节(XXH，XXH)，脉冲4双字节(XXH，XXH)，脉冲5双字节(XXH，XXH)，脉冲6双字节(XXH，XXH)，脉冲7双字节(XXH，XXH)，共21个字节，单位是Hz。记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，09H，13H，5BH，CCH，5BH，DEH，73H，3CH，59H，2CH，5AH，00H，5BH，CCH，5BH，C5H。

记录意义：机车脉冲异常发生时间为16时5分32秒，是脉冲3开始发生异常，异常数值为733CH，即29500Hz。分析方法：可以得知在机车运行期间各机车脉冲的异常及出现时间。必须持续3s记录有效，防止短暂干扰时的无效记录。正常的机车脉冲值是23500Hz，其上、下限分别是29000Hz和19000Hz。如果连续3s超出限制，则开始记录1条，其中对应的机车脉冲(如脉冲3)数值是它的开始超限值；如果故障自动结束，则再记录1条，其中对应的机车脉冲(如脉冲3)是异常期间的超限最大值；如果异常仍在继续，但司机确认该异常，则记录1条，是截止目前为止的超限最大值。本记录所列出的其他脉冲的数值是为了做分析比较用。

10)司机控制指令记录

司机改变一次手把位且在新的位置上稳定5s则记录一次。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(0AH)，司机控制指令字节(0～10，共11种状态)，指令改变时的机车速度字节(XXH，单位为km/h)，指令改变时的运行公里数双字节(高8位XXH，低8位XXH，单位为10m)，共10个字节。

记录举例：FEH，EFH，10H，05H，20H，0AH，01H，45H，21H，01H。记录意义：司机控制指令变化记录，发生时间为16时5分32秒，当时机车速度为45H，即69km/h，发生公里标为1121H，即43.85km，司机控制指令转换为位置1。

分析方法：根据时间和公里标，判断司机控制指令位置，观察司机操纵是否合理。持续5s是因为在司机很快地连续加速或减速过程中没有必要记录过渡过程的变速。因此，处理这个记录时应该把状态记录的时间减去5s，得到状态发生的实际时间。但记录中的机车速度和公里数是司机指令改变时的实际数值，没有必要另外处理。

11)定时记录

机车运行期间每5min记录1次，这是为了全面概括了解机车操作及各设备的运行情况。

记录格式：FEH，EFH，小时字节(XXH)，分钟字节(XXH)，秒钟字节(XXH)，记录类型(0BH)，公里数双字节(高8位XXH，低8位XXH，单位为10m)，机车速度字节(XXH，单位为km/h)，25个车轴温度数据25字节(轴承111，轴承112，轴承121，…，轴承621，轴承622，车体温度，均为二进制单字节，单位为℃)，6台牵引电机火花等级6字节(1～6，单位为0.1°)，牵引电动机电流12字节(电机1～6，二进制双字节，单位为A)，牵引电动机主电压4字节(主电压1和主电压2，二进制双字节，单位为V)，控制电压110V数据1字节(单位为V)，控制电压24V数据1字节(单位为V)，控制电压15V数据1字节(单位为0.1V)，励磁电流2字节(双字节二进制，单位为A)，机车电路状态1字节(D0位反映主接地1状态，D1位反映主接地2状态，D2位反映辅助接地状态，D3位反映预备信号状态，D4位反映主断路器1状态，D5位反映主断路器2状态，对应位置位1表示接地、有预备信号、断路器合，对应位置复位0表示无接地、无预备信号、断路器分，可能同时出现多个异常或状态)，大闸状态位置1字节(0～6分别表示大闸处于0～6位)，电-空阀位置1字节(0，1)，机车闸缸压力1字节(单位为kPa，1kPa=0.01kg/cm2)，机车工况状态