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机车车载安全防护系统(6A系统)状态诊断与维护研究

文档作者：容长生淡红升杨帆延九磊文档来源：铁道部运输局机务部中国铁道科学研究院机车车辆研究		点击数：	更新时间： 2021年03月08日
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本刊特稿
机车车载安全防护系统
(6A系统)状态诊断与维护研究
容长生:铁道部运输局机务部,工程师,北京,100844
淡红升:铁道部运输局机务部,工程师,北京,100844
杨帆:铁道部运输局机务部,工程师,北京,100844
延九磊:中国铁道科学研究院机车车辆研究所,助理研究员,北京,100081
摘要:机车车载安全防护系统(6A系统)是
国内机车配备的首个综合性安全监控系统,具
有监控功能模块多、整机集成度高的特点。通
过对6A系统的模块组成、通信网络、工作原理
等进行分析,探讨6A系统的故障定位与维修方
16A系统对机车状态的诊断流程和自身故障分类
法,便于6A系统的运用与维护。
关键词:6A系统;状态诊断;维护
1.16A系统对机车状态的诊断流程
6A系统对机车的故障状态采用多级诊断、逐级上报
的方式实现。六大监测子系统中,每个监测子系统负责
诊断本系统功能指向的机车设备故障,并将诊断结果上
报至中央处理平台,主机进行子系统间的关联诊断并将
结果发送至音视频显示终端,终端通过界面显示和语音
提示报告给司乘人员。故障诊断流程见图1
机
车车载安全防护系统(简称6A系统)由机车车顶监测诊断系统在结构上一般可分为三种:第一种为
绝缘、防火、视频、列车供电、走行部和制动六多个独立功能的监测设备;第二种为一个大型的多功能
大监测子系统集成组成。6A系统的产品设计与以往机车
上所安装的多个独立监测设备有了本质不同。6A系统将
显屏界面显示和速音报警提示司
每个监测子系统中所需要的供电、存储、显示、报警等
中央处理平台主机关联诊断
保存日志
功能集成到中央处理平台上,并通过定义全新的软硬件
接口,使子系统能够共享中央处理平台的各项功能,因
此,对6A系统的状态诊断和维护提出了更高要求。
绝缘检测火监视监控列供测行制动
子系统
子系统
通过对中央处理平台和六大监测子系统的模块组
成、通信网络、工作机理等进行研究,分析6A系统可能
高压互感器防火探头摄像头电传感复合传感器压力传感器
发生故障的点位及导致的现象,进而确定维修方法。
图16A系统故障诊断流程
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监测设备;第三种为中央处理平台+监测模块。第三种卡的小型LED显示屏和其他板卡面板指示灯确定故障位
结构综合了前2种结构的优势和特点,具备层次清晰、置。中央处理平台常见故障包括:处理板卡故障、存储
组态灵活、易于扩展、方便维修等优点,因此6A系统采板卡故障、数据交换板卡故障、供电电源故障。
取了中央处理平台+监控子系统的形式。
(1)处理板卡故障主要表现为LED屏提示故障、
1.26A系统自身故障分类
LED屏无任何信息,故障特征明显,容易发现;
6A系统自身设备故
6系统身设备故障
(2)存储板卡故障主要表现为D2不亮或长亮,D2
障按照硬件架构可分为
灯为数据的读写指示灯,正常工作时应闪烁;
中央处理平台板卡类、
中央处理平台板卡类
(3)数据交换板卡故障会影响6A系统网络通信
子系统板卡类、子系统
子系统板卡类
此部分参照网络通信类故障的定位与维修方法;
传感器类、网络通信类
子系统传感器类
(4)供电电源板卡故障后系统无法正常上电工
等4类(见图2)。从系
作,所有板卡指示灯不亮。
统维护的角度出发,分2
网络通信类
6A系统采用模块化设计后,使系统的运用维护工作
大部分对4类故障进行探图26A系统自身故障分类变得更加简单,以上故障均可通过更换相应板卡进行修
讨。其中,中央处理平台和子系统主要以板卡和传感器复。
为主,为一部分;网络通信在6A系统中相对复杂归为2.2监测子系统板卡类
另一部分。
监测子系统板卡类故障产生原因较多,可能由于板
2中央处理平台和子系统的状态诊断与维护
卡硬件损坏或软件异常引起。首先,通过中央处理平台
显示屏进行观察,表现为显示屏缺少该子系统数据,或
2.1中央处理平台板卡类
显示该子系统数据异常;其次,6A系统的各个监测子系
主机采用插件箱式设计,具备上下两层功能板卡,统板卡D2灯均定义为运行灯,且正常状态呈1H闪烁,
上层为中央处理平台核心处理板卡,下层为6A监测子系若非此状态,即可判定为板卡故障。板卡故障一般通过
统板卡。中央处理平台的对外接口位于机箱上部,散热更换的手段进行维护
风扇位于机箱下部(见图3)。
2.3监测子系统传感器
根据6A系统总体技术条件的规定,子系统板卡负责
对外接
完成子系统内传感器的故障自检,这是6A系统对自身故
障判定的一条重要原则。因为每个子系统根据监测部位
和监测要求的不同,子系统的传感器在机车上的安装位
置也不同,有些位置并不容易观察,如走行部监测子系
统安装于轴箱轴承和齿轮箱轴承上的复合传感器、制动
机管路上的压力传感器等。因此,子系统对传感器的自
散热风扇
检是判定传感器类故障的重要方法。子系统传感器类故
障经过逐级上报后可由显示屏直接观察到,并有语音提
图3中央处理平台主机板卡
示;检修维护人员可根据显示屏的提示,对相应的传感
中央处理平台的板卡包括处理、存储、数据交换、器进行检查和更换。
供电电源四大类。为了增强6A系统的处理能力和可靠
性,系统配备了2套处理、存储板卡,进行协同工作,
36A系统网络通信的状态诊断与维护
并实现冗余备份,任意一套损坏,6A系统仍能正常工3.16A系统网络结构及特点
作。
6A系统根据子系统的监控特点,设计了2套数据传
在6A系统的运用维护工作中,可通过观察处理板输网络。6A系统中集成了六大监控子系统,视频监控子
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系统对网络带宽要求很大,其余子系统对实时性要求很以太网通信故障通常会表现为显示屏无任何数据、
高,因此,单一的通信网络很难满足数据传输的需求。显示屏无视频监控系统数据、显示屏无机车运行信息。
2套网络的布局结构见图4。
定位这类问题可采用便携式电脑,通过以太网线连接至
交换板卡2的DBG接口,分别对以太网上各个设备的P进
行测试,若IP测试不通,则可判定该设备本身或该设备
的以太网通路发生故障。
进一步排除是否为以太网通路发生故障,可采用另
一台便携电脑替换IP测试不通的设备,此后若P测试通
过,则以太网通路无故障。
若以太网上的设备出现故障,则通过更换故障设备
的方式解决;若以太网通路发生故障,可通过更换线缆
的方式解决。
3.3CAN总线通信的状态诊断与维护
防
CAN总线上的设备最多,6A系统中有5个监控子系
统通过CAN总线进行通信,分别是制动监测、防火监
测、绝缘检测、列车供电监测、走行部监测子系统。
CAN总线与以太网不同,采用的是总线型结构,即所有
节点都统一挂载在一条总线上,不用通过交换设备转发
图46A系统数据传输网络
就可以实现总线上多个设备间的相互通信,因此在网络
图4中红色线为电源,蓝色线为CAN总线,双箭头故障定位上也相对容易。6A系统CAN总线结构见图6。
为以太网。CAN总线将6A系统主机的处理器与制动监测
子系统、防火监测子系统、绝缘检测子系统、列车供电
制动测
监测子系统、走行部监测子系统等五大子系统联接起来火测
处理板卡
(该五大监测子系统实时性要求较高,同时对通信带宽绝检测
交换板卡
处理板卡2
的占用率又不大,因此采用CAN网络)。以太网将6A列供测
系统主机处理器与视频监控子系统、显示屏、CMD系统
走行部测
联接起来。6A系统采用100M以太网,能够满足视频流
等高带宽的通信需求。
图66A系统CAN总线结构
3.2以太网通信的状态诊断与维护
从图6可以看出,正常情况下处理板卡1和处理板卡
6A系统采用的以太网为星型拓扑结构,交换板卡12均能接收到5个监测子系统的数据。若某一监测系统的
和交换板卡2构成2个星型中心交换板卡2预留便携电CAN网络通信发生故障,则处理板卡将不能接收到该系
脑的调试接口(见图5)
统的监测数据。
故障定位方法可使用便携电脑远程登录处理板卡1
处理板卡1
视频监控
或处理板卡2,观察其从CAN网络接收的子系统监测数
处理板卡2
据,当缺少某一监测子系统数据时,可判断相应子系统
换板卡1交换板卡2CMD系统
的CAN网络出现问题,子系统板卡故障导致其不能与处
示1
使携电脑
理板卡通信也包括在内。
示屏2
若发生CAN总线通信故障,可通过更换板卡和线路
图56A系统以太网拓扑结构
的方式解决。
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46A系统运用过程中的日常维护与定期检验括:绝缘检测测试、防火报警测试、视频联动测试、漏
电检测测试、制动报警测试、走行部报警测试、数据下
4.1日常维护所包含的内容
载测试。
6A系统监测诊断的机车故障内容较多,是机车的重6A系统为2011年开始研制的新设备,从运行考核到
要安全监测设备。因此在机车出库、运行、回库的各个批量运用要有一个循序渐进的过程,以上日常维护和定
环节,都需要对6A系统的状态进行确认。
期检查的项目,需要结合运用单位制定实施细则,并根
(1)在机车出库环节,确认6A系统主机和显示屏据运用中反馈的情况进行适当调整。
已经上电。检查主机LED屏和LED指示灯,LED屏无错
误提示,所有板卡电源灯亮起,工作指示灯闪烁,自检
5结束语
指示灯熄灭。检查6A系统显示屏,无故障和报警出现,通过对中央处理平台和六大监测子系统的模块组
触摸屏和键盘功能可用,通过显示屏查看监控数据和视成、通信网络、工作机理等内容的研究,得出以下结论
频图像界面,确保数据和视频等内容都能在显示屏上正和建议:
常显示。
(1)6A系统采用中央处理平台+监测模块的设计,
(2)在机车运行环节,6A系统正常情况下为不干虽然状态诊断与维护所需的技术水平提高了,但由于
扰司机的行车操作,主界面只显示时间。当6A系统监具备设备自检,且操作统一、定位简单、更换方便的优
测到报警时,显示屏主界面出现报警信息并发出语音提点,总体上还是大幅减轻了日常维护工作量;
示。司机在正常行车操作的同时,能够通过语音提示,(2)6A系统具备完善的测试接口,大多数故障均
及时了解6A监测子系统的状态,出现报警后,应根据运可通过测试接口进行诊断因此建议开发小型便携的6A
用规程和机车故障处理规定,作出相应处理。
系统故障诊断设备,进一步提高运用维护的信息化水
(3)在机车回库环节,观察6A系统显示屏,若存平。
在6A系统的自检故障信息,需进行记录,并进行处理,综上所述,6A系统在使用过程中,加强对维修人
观察视频摄像头和防火探头,若有污物及时清理,观察员的技术培训,并通过后期不断开发、拓展相应的测试
主机底部风扇,若出现故障及时更换。为进一步分析本诊断设备,可为今后6A系统的运用维护工作提供极大便
次机车运行的详细状态,需采用授权的USB存储设备,利,进一步提高6A系统对机车安全监控作用的发挥。
插入CPU1板卡的USB接口,下载过程数据,并交付给地
面专家系统的操作人员进行数据分析
参考文献
4.2定期检验所包含的内容
叶晶莹,郭其一基于CAN总线的机车电气监控系统
(1)6A系统板卡类部件主要为电子设备,在定期的设计[]铁路计算机应用,2005,14(9):8-11
检验中以工作状态为检验依据,根据6A系统产品所配备2]张长安列车运行监控记录装置与点式信息装置的
的指示灯检验表,测试板卡的工作状态。
结合运用]铁道机车车辆,2005,25(6):37-39
(2)传感器类部件根据监测的需要,安装于机车
的不同部位,防护要求也有差别,因此需要对传感器类
部件的固定、防水、防尘做定期检查,同时针对防火探
头、视频摄像头等需要对清洁度进行检查。
(3)机械连接类部件检查,包括连接器和线缆。
连接器须固定牢固、外观无损坏,线缆须整洁、外观无
破损。
(4)功能测试实验。完成上述检查后,为保证6A
责任编辑高红义
系统的整体功能,还应做功能测试,功能测试项具体包
收稿日期2012-12-07
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