CN113654816A - 一种基于cmd的机车试验装置及机车智能调试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于CMD的机车试验装置及机车智能调试系统，其中装置包括：用于对数据进行接收、处理和保存的工控主机；与所述工控主机的第一通讯端口连接、用于实现与车上CMD系统通讯的WLAN单元；与所述工控主机的第二通讯端口连接、用于实现与数据中心服务器通讯的4G/5G单元；与所述工控主机的环境数据接收端口连接的环境采集单元，所述环境采集单元用于采集试验时的环境数据；与所述工控主机的机车信息接收端口连接的机车信息采集单元，所述机车信息采集单元用于采集机车响应于调试动作产生的调试反馈数据。本发明利用CMD采集机车数据信息，实现人、机、料、法、环集中管理。
Description
技术领域
本发明涉及轨道列车调试技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于CMD的机车试验装置及机车智能调试系统。
背景技术
机车调试是机车生产制造过程的重要环节，是验证机车功能、保证机车质量的核心管控环节。目前铁路机车上应用了多种各自独立的控制系统和监控系统，包括TCMS系统(列车控制和管理系统)、LKJ(列车运行监控装置)、6A系统(机车车载安全防护系统)、CMD系统(中国机车远程监测与诊断系统)等。其中CMD系统是由中国铁路总公司组织开发和管理的系统，其作用是采集其他系统的机车安全信息、状态信息、监测信息，按照规定的通讯协议通过WLAN天线及北斗卫星天线定向发送到中国铁路总公司所属的地面系统，用于对在运行机车的远程监测与诊断。
机车在组装完成后，要通过整车的调试试验来检验机车各部分的功能，调试试验的基本逻辑是先给各个电气部件送电，查看各部件的得电情况；再按试验工艺进行相关指令操作，通过观察机车部件动作和机车显示屏、LKJ显示屏、6A显示屏上的显示显示，判断各部件功能是否正常，并由操作者将显示结果手工填入试验报告，最终完成试验。
目前大多机车调试工作基本都是依靠手动操作以及人工判断的方式进行主要存在以下弊端：
1、工艺流程不可控，存在安全隐患。比如高低压电气试验、空气制动试验具有严格的顺序，如果跳跃式试验，容易引发人员及设备安全隐患。仅凭调试人员自身识别试验先后顺序，安全风险较高。一旦发生事故，事故分析追溯的难度和成本较高。
2、手动执行测试，人工判断结果，效率低下，且容易出现误判。比如大量的控制信号都需要通过在显示屏目测查找，费时费力，容易产生视觉疲劳，严重影响了工作效率。若出现设备信号交互异常，部分关键过程数据存在于车辆总线数据流中，无法被直接提取，调试工人无法快速查找问题原因。
3、当前试验数据和结果均由操作人员记录于作业记录本，不利于数据的收集、分析利用和统一管理。
4、手动填写试验报告由于填写的数据量很大，容易产生人为填写错误，影响数据可靠性。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，提供一种基于CMD的机车试验装置及机车智能调试系统，用于采集和传输调试过程数据，实现机车调试的智能化。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于CMD的机车试验装置，包括：
用于对数据进行接收、处理和保存的工控主机；
与所述工控主机的第一通讯端口连接、用于实现与车上CMD系统通讯的WLAN单元，所述WLAN网络单元向所述机车试验装置传输所述CMD系统收集的机车运行数据；
与所述工控主机的第二通讯端口连接、用于实现与数据中心服务器通讯的4G/5G单元，所述4G/5G单元一方面向所述数据中心服务器传输机车调试数据，另一方面向所述机车试验装置传输数据中心服务器生成的控制数据；
与所述工控主机的环境数据接收端口连接的环境采集单元，所述环境采集单元用于采集试验时的环境数据；
与所述工控主机的机车信息接收端口连接的机车信息采集单元，所述机车信息采集单元用于采集机车响应于调试动作产生的调试反馈数据。
进一步地，装置还包括：
与所述工控主机的交互端口连接的人机交互单元，所述人机交互单元用于完成操作人员与设备之间的信息交互。
进一步地，装置还包括：
与所述工控主机的视频数据接收端口连接的视频采集单元，所述视频采集单元用于采集试验过程中操作人员的行为以及试验结果的视频数据；
进一步地，所述工控主机包括中央逻辑单元和数据存储单元；
所述数据存储单元一方面用于存储中央逻辑单元的操作系统和运用软件，另一方面用于存储所述机车运行数据、机车调试数据、视频数据、环境数据以及调试反馈数据。
进一步地，装置还包括：为装置各单元供电的蓄电池。
本发明还提供了一种基于CMD的机车智能调试系统，包括调试试验台、调试工装、视频/图像采集设备、移动作业终端以及数据中心服务器，还包括如上述任意一项所述的基于CMD的机车试验装置。
进一步地，所述调试试验台包括称重试验台、淋雨试验台、耐压试验台。
进一步地，所述调试工装用于实现机车调试过程状态信息的采集及传输，包括数字电压电流表、绝缘耐压测试仪、相序测试仪、风量计以及风压表。
进一步地，所述数据中心服务器用于实现工艺文件编制、调试人员及调试设备管理、调试任务发布、调试过程管控、调试结果管理和分析。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明依据调试工艺文件，实现调试任务管理、调试资源管理、调试数据采集、过程质量管理、数据挖掘分析等功能。以促进调试作业的规范化、调试过程的透明化、调试设备的自动化、调试数据的结构化为目标，旨在实现机车调试精细化管理，提高机车调试质量和效率，达到机车质量可查看，可跟踪，可追溯的目的。
2、本发明支持机车调试工艺规程电子化，根据工艺过程设置管空节点，规范调试过程执行，加强工艺过程管控。
3、本发明系统支持通过移动终端获取调试任务，调试人员按照任务规定调试步骤依次执行调试，终端实时获取并显示调试数据，自动判断调试结果。
4、本发明系统通过调试试验工装自动触发调试动作，并实时读取调试结果，读取的调试数据包括机车网络数据、继电器状态、电平信号、压力信号数据等。
5、本发明支持调试结果自动判断，调试数据通过无线方式传输至调试服务器，调试服务器根据调试步骤升程结构化调试数据，并将数据及其变量写入电子化工艺规程相应位置，与预设值进行比对，得出试验结论。
6、本发明通过软件判断调试控制指令和动作信号是否与工艺要求一致，判断调试结果，自动形成试验报告，降低人为填写错误对调试过程的影响，提升数据可靠性。
7、本发明通过对机车调试过程数据、调试结果数据、质量数据进行数据挖掘分析，结合专业管理人员经验，为机车设计、制造质量的改进和效能提升提供有效数据支撑。
8、本发明最大限度利用机车现有设备，完成调试结果的采集，同时对不同系统数据进行集中采集，节约开发和使用成本，另外还提高了试验作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为CMD系统架构图。
图2为本发明基于CMD的机车试验装置结构示意图。
图3为本发明基于CMD的机车试验装置工作时与车上相关设备的拓扑关系图。
图4为本发明基于CMD的机车智能调试系统架构图。
图5为本发明实施例中WIFI调试网硬件组网方案。
图中：1、CMD主机；2、WLAN天线；3、LKJ主机；4、TCMS主机；5、GA主机；6、采集装置。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
CMD系统由车载子系统、数据传输子系统和地面综合应用子系统组成。车载子系统由LDP、北斗卫星导航系统通信天线、WLAN/3G/定位天线及配套线缆组成。数据传输子系统由GSM/GPRS/3G、GSM-R、WLAN、北斗、MTUP、铁路统一传输平台、通信服务器和无线转储服务器等组成。地面综合应用子系统由数据处理中心、综合服务平台和运行维护管理三部分组成。系统构成见图1。
在机车进行出厂试验过程中，涉及到大量的过程信息和状态信息，被TCMS、LKJ、6A等系统记录下来，针对TCMS系统、6A系统、LKJ系统，分别独立采集调试过程的数据采集各系统的数据，须掌握各系统的通讯协议。目前各个系统供应商众多，存在以太网、CAN网、RS485、MVB等众多通讯协议，开发各系统独立的数据采集方式成本高、使用不便。本发明就是通过研究基于CMD的机车试验装置，在机车调试试验过程中，自动汇总和自动上传TCMS系统、6A系统、LKJ系统的数据，就能实现机车调试过程的数字化和智能化。
由此本发明首先提出一种基于CMD的机车试验装置，用来采集和传输调试过程数据，避免人工记录数据产生的错误、提高试验作业效率。对试验数据进行数字化管理，利于后期挖掘数据价值，同时对不同系统数据进行集中采集，节约开发和使用成本。如图2所示，基于CMD的机车试验装置包括：中央逻辑单元、数据存储单元、HMI(人机交互单元)单元、环境数据采集单元、图像采集单元、机车信息采集单元、WLAN网络单元、4G/5G单元和蓄电池。WLAN网络单元是试验数据的主要来源，完成与机车CMD系统通讯；机车信息采集单元用于采集机车CMD系统以外的调试试验参数；环境数据采集单元用于采集试验时的环境信息；图像采集单元用于采集调试过程中的视频信息；HMI(人机交互单元)单元用于接收操作人员的操作信息，并将调试过程和结果显示给操作人员；中央逻辑单元和数据存储单元，配合完成系统的运行和数据存储；4G/5G单元用于将调试数据发送到公司的数据中心，并接收数据中心的控制信号；蓄电池供电。
具体来说，中央逻辑单元采用紧凑式工控机主机，包含多种电气接口和标准的扩展接口，可以对系统进行方便的连接和扩展。数据存储单元采用固态硬盘，用于存储中央逻辑单元的操作系统和运用软件，以及各个模块采集的数据。HMI(人机交互单元)用于完成操作人员与设备之间的信息交互，包括但不限于：显示器、键盘、鼠标、扬声器、麦克风等。环境数据采集单元用于采集机车周边的环境数据，辅助判断试验结果是否符合技术要求。采集的信息包括但不限于：气温、气压、湿度、海拔等等。图像采集单元采用视频传感器，用于记录试验过程中，操作人员的行为，以及某些试验的结果。例如雨刮器试验等等。机车信息采集单元可以采集机车的某些特定参数，用于采集机车现有设备不采集但是调试试验需要的某些反馈信号，包括但不限于开关量、频率量、模拟量、位置信息等等。
进一步优选地，WLAN网络单元采用符合IEEE802.11a/b/g/n标准的通讯模块，用于完成与机车远程监控与诊断系统(CMD)的通讯。绝大部分的机车状态信息，通过WLAN网络获得。4G/5G单元采用符合4G/5G移动通讯技术的模块，用于完成调试机车向工厂数据中心传输调试数据的功能。
本发明装置工作时，与机车上相关设备的拓扑关系如图3所示。
基于上述机车试验装置，本发明还提供了基于CMD的机车智能调试系统，从机车网络自动获取系统状态数据、故障数据，能够对网络数据进行数据解析、评估和故障检索。通过建设数字化调试试验平台，将CMD采集的机车状态、故障信息及安全信息，采用二级网络结构，通过WIFI或者4G/5G方式通信进行组网，连接调试的机车与试验台，然后由试验台接收试验结果并无线上传至服务器。
如图4所示，本发明提供的基于CMD的机车智能调试系统，主要部件包括：调试试验台、调试工装、视频/图像采集设备、移动作业终端、车间调试服务器、企业数据中心服务器组成。其中车间调试服务器即为上述机车试验装置的工控主机。
进一步地，调试试验台包括称重试验台、淋雨试验台、耐压试验台，试验台支持将试验结果无线上传至车间调试服务器。调试工装包括数字电压电流表、绝缘耐压测试仪、相序测试仪、风量记风压表等等，完成机车调试过程状态信息的采集及传输。视频/图像采集设备用于完成调试工艺/操作合规性，图像/视频信息采集及传输。移动作业终端用于完成调试系统无线接入，获取调试任务，执行调试操作并获取调试结果，提交结果确认。车间调试服务器用于完成调试数据的接收和管理功能，提供调试数据查询功能。企业数据中心服务器提供工艺文件编制、调试人员及调试设备管理、调试任务发布、调试过程管控、调试结果管理和分析等功能。
下面通过具体的应用实例，对本发明机车智能调试系统的方案和效果做进一步说明。
本实施例中，机车智能调试系统硬件包含视频图像采集装置、网络数据传输装置(CMD)、智能调试工装、智能调试试验台、移动作业终端、无线接入设备、车间调试服务器、企业数据中心以及企业数字化展示平台组成，如图3所示.视频图样采集装置、智能调试工装、智能调试试验台、移动作业终端通过无线接入设备以WIFI通信方式接入车间调试网络，CMD采用3G/4G通信方式接入调试网络，车间调试服务器以有线方式接入车间调试网。企业数据中心服务器和数字化展示平台工作在企业办公网，企业网络与机车调试网络通过企业防火墙进行隔离。图5给出了WIFI调试网硬件组网方案。
本实施例中各硬件主要实现以下功能：
1、数据采集处理功能，主要包括数据采集功能、数据传输功能以及数据存储功能。
a.数据采集功能。为完成机车智能调试功能，系统须具备多种数据采集手段，例如：
机车设备状态数据采集；
温度、电压、电流、绝缘耐压、三项交流线序、风量等数据采集；
尺寸、连接状态等工艺状态数据采集；
IO、继电器状态数据；
供电状态数据；
图像视频数据；
......
数据采集设备获取后，通过无线通讯转发至车间调试服务器，并通过企业数据中心同步到移动操作端。
系统状态数据、故障数据获取。可以通过CMD从机车网络自动获取系统状态数据、故障数据，能够对网络数据进行数据解析、评估和故障检索。
包括但不限于：
制动及供风系统；
牵引；
门；
空调；
机车运行控制系统；
辅助变流单元；
中央控制单元；
HMI人机接口；
高压系统；
中、低压设备；
转向架；
内外照明；
解析这些状态数据，需在系统中导入网络数据流协议，系统可自动根据配置协议，解析出相关数据流中的变量信息。
工艺状态参数采集功能。工艺状态数据采集包括尺寸数据采集、限界状态采集、压力状态信息采集等，可通过调试工装或者图像拍照方式进行采集上报。
IO/继电器/供电状态参数采集功能。IO和继电器状态数据可通过机车通信网络获取的数据，部分无法从机车网络中获取的状态数据，需通过调试试验工装进行采集上报，或通过人工查看方式填写上报。
其他状态采集功能。无法通过调试系统自动采集获取的状态数据，需通过人工查看方式填写到移动作业终端，由终端上报调试平台管理软件。
b.数据传输功能。结合试验设备实际情况和机车调试现场实际需要，制订适合各车型要求、标准统一的数据通信协议和调试终端数据解析协议。试验数据采集设备启动后，自动连接车间无线网络热点，接收企业数据中心控制命令，执行调试操作，将采集的调试数据上报至车间调试服务器。移动作业终端从企业数据中心接收命令和结果数据，上报调试结果。
c.数据存储功能。机车数据经采集、传输后存储于制定的车间数据服务器中。数据服务器中设置数据专用数据库，存储各调试装置发送过来的实时数据。
2、智能调试工装
智能调试工装包括绝缘耐压测试仪、电压电流测试仪、三相交流线序检测仪、无线温湿度测试仪、无线风量测试仪、无线激光测距仪、无线受电弓测试仪。设备检测到结果信息后，通过无线方式将测试数据上传至后台服务器，由服务器自动判断测试结果是否符合标准。对于无法进行无线通信改造的调试工装，也可以采用图像记录检测结果，算法自动识别图像内数据信息方式进行判决。
3、调试试验台设备
调试试验台包括称重试验台、耐压试验台、淋浴试验台。为实现调试用例自动执行及结果自动判断，使其支持无线通信，支持基于无线控制及结果上传功能。
4、视频图像采集装置
视频图像采集装置主要用于电力机车外观尺寸测量，装置采集被测对象图像信息后，将图像信息上传至服务器。服务器算法自动识别被测对象结构尺寸，并将结果反馈至相应调试用例。
5、移动作业终端
在平板电脑上通过WIFI通信访问企业数据中心服务器获取调试作业任务及作业规程，由平板电脑触发调试任务，回填调试结果。以HXD3C机车为例。将试验装置布置在HXD3C机车司机室内，依次闭合控制电器柜内DC110V回路的自动开关，进入微机显示屏过程数据下的网络控制界面，分别确认TCMS控制系统与6A系统、LKJ系统、CMD系统通讯正常。启动试验装置，检查试验装置与CMD主机的无线连接状态，检查试验装置与地面的机车调试服务器的无线连接状态。无线网络连接后，按机车调试工艺进行调试操作，此时与TCMS控制系统、6A系统、LKJ系统相关的调试过程数据经CMD主机被试验装置采集，并实时发送到调试服务器，完成相关操作后，自动生成试验记录。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于CMD的机车试验装置，其特征在于，包括：
用于对数据进行接收、处理和保存的工控主机；
与所述工控主机的第一通讯端口连接、用于实现与车上CMD系统通讯的WLAN单元，所述WLAN网络单元向所述机车试验装置传输所述CMD系统收集的机车运行数据；
与所述工控主机的第二通讯端口连接、用于实现与数据中心服务器通讯的4G/5G单元，所述4G/5G单元一方面向所述数据中心服务器传输机车调试数据，另一方面向所述机车试验装置传输数据中心服务器生成的控制数据；
与所述工控主机的环境数据接收端口连接的环境采集单元，所述环境采集单元用于采集试验时的环境数据；
与所述工控主机的机车信息接收端口连接的机车信息采集单元，所述机车信息采集单元用于采集机车响应于调试动作产生的调试反馈数据。
2.根据权利要求1所述的基于CMD的机车试验装置，其特征在于，装置还包括：
与所述工控主机的交互端口连接的人机交互单元，所述人机交互单元用于完成操作人员与设备之间的信息交互。
3.根据权利要求1所述的基于CMD的机车试验装置，其特征在于，装置还包括：
与所述工控主机的视频数据接收端口连接的视频采集单元，所述视频采集单元用于采集试验过程中操作人员的行为以及试验结果的视频数据。
4.根据权利要求1所述的基于CMD的机车试验装置，其特征在于，所述工控主机包括中央逻辑单元和数据存储单元；
所述数据存储单元一方面用于存储中央逻辑单元的操作系统和运用软件，另一方面用于存储所述机车运行数据、机车调试数据、视频数据、环境数据以及调试反馈数据。
5.根据权利要求1所述的基于CMD的机车试验装置，其特征在于，装置还包括：为装置各单元供电的蓄电池。
6.一种基于CMD的机车智能调试系统，包括调试试验台、调试工装、视频/图像采集设备、移动作业终端以及数据中心服务器，其特征在于，系统还包括如权利要求1-5中任意一项所述的基于CMD的机车试验装置。
7.根据权利要求6所述的基于CMD的机车智能调试系统，其特征在于，所述调试试验台包括称重试验台、淋雨试验台、耐压试验台。
8.根据权利要求6所述的基于CMD的机车智能调试系统，其特征在于，所述调试工装用于实现机车调试过程状态信息的采集及传输，包括数字电压电流表、绝缘耐压测试仪、相序测试仪、风量计以及风压表。
9.根据权利要求6所述的基于CMD的机车智能调试系统，其特征在于，所述数据中心服务器用于实现工艺文件编制、调试人员及调试设备管理、调试任务发布、调试过程管控、调试结果管理和分析。
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