HXD1型机车运行状态在途监控系统的研究与应用

论文摘要

HXD1型机车是大秦线上担当重载运输任务的主力车型。目前针对该机车普遍存在的运输任务重,投入使用长,车载诊断能力有限,机车数据转储方式落后,维修效率低等特点,如何建立车地间的无线通信链路,实时监测机车运行状态,并对故障进行精确诊断,提高机车在途运行安全和维修效率,有着非常重要的理论和实际意义。首先,本文剖析了机车网络控制系统的结构和特点,并根据行车安全需求和故障特性建立了诊断模型和故障类别。针对监控系统对通信的实时性,可靠性等要求,确定车地通信的数据传输方式和提出地面接入GSM-R/GPRS网方案。在上述研究的基础上,提出HXD1型机车运行状态的在途监控系统的总体设计方案,给出各子系统的功能和作用。根据车载子系统的功能与作用,提出了车载子系统的三层构架。为保障机车的实时监控,提出采集数据优先级和精简数据通信量等预处理机制；针对无线传输的不稳定性,建立数据缓存机制；为保证司机行车安全,设计车载获取地面指导信息的机制。在深入研究铁路GSM-R/GPRS网络基础上,提出车地数据的传输方案。分析GPRS网络通信协议栈,制定车地数据格式,给出数据在网络中协议转换；给出车地间建立传输连接的工作原理和流程；设计车载GPRS模块的硬件和软件流程,并提出车地通信的管理方案。针对地面信息子系统的监控实时性的要求,为保障机车安全运行,实时监测CCU、TCU等七大设备的状态属性；结合故障诊断模型提出智能故障诊断方法,并将诊断结果反馈到机车,及时排除安全隐患；同时为地面子系统设计了安全机制和数据管理机制。最后本文给出监控系统的实际车载硬件图和地面监控界面,在大秦线上的实际运行结果表明,本文设计的在途监控系统在快速有效的定位出故障信号源,排除潜在的安全隐患,有效可行的提高HXD1型机车在途运行的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机车状态的监控技术
• 1.2.2 车地间无线通信技术
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 HXD1型机车运行状态在途监控系统的分析
• 2.1 HXD1型机车网络控制系统
• 2.1.1 SIBAS系统结构
• 2.1.2 SIBAS系统特点
• 2.2 HXD1型机车故障分析
• 2.2.1 故障诊断模型
• 2.2.2 机车故障分类
• 2.3 GSM-R系统数据传输网络分析
• 2.3.1 GSM-R系统数据传输方式
• 2.3.2 GSM-R/GPRS接入方式
• 2.4 HXD1型机车运行状态在途监控方案
• 2.4.1 系统的总体设计
• 2.4.2 车载信息子系统功能
• 2.4.3 地面信息子系统功能
• 2.5 本章小结
• 第三章 车载信息子系统的设计
• 3.1 车载信息子系统方案设计
• 3.2 机车数据采集模块的设计
• 3.2.1 数据采集的原理设计
• 3.2.2 机车数据内容分类
• 3.2.3 机车数据预处理
• 3.3 机车数据存储模块的设计
• 3.3.1 存储区的原理设计
• 3.3.2 存储区的功能设计
• 3.4 车载人机交互模块的设计
• 3.4.1 交互模块的原理设计
• 3.4.2 交互界面功能设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 车地无线数据传输的设计
• 4.1 车地数据传输方案设计
• 4.1.1 车地间通信传输方案设计
• 4.1.2 GPRS通信协议栈
• 4.2 车地数据传输的工作流程和数据格式
• 4.2.1 车地数据传输连接的工作流程
• 4.2.2 车地通信的数据协议格式
• 4.3 车载GPRS模块的设计
• 4.3.1 车载GPRS模块的硬件设计
• 4.3.2 车载GPRS开发环境介绍
• 4.3.3 车载GPRS软件设计
• 4.4 地面数据通信模块的设计
• 4.4.1 地面数据通信的软件设计
• 4.4.2 车地通信管理数据库设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 地面信息子系统的设计
• 5.1 地面信息子系统方案设计
• 5.2 智能故障诊断模块的设计
• 5.2.1 智能故障诊断的思路
• 5.2.2 故障智能诊断库设计
• 5.2.3 诊断逻辑的动态生成
• 5.3 远程维修支持模块的设计
• 5.3.1 车地交互数据库的设计
• 5.3.2 故障统计报表的设计
• 5.4 实时机车状态监视模块的设计
• 5.5 系统信息管理模块的设计
• 5.5.1 用户管理数据库的设计
• 5.5.2 数据库管理的设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 HXD1型机车在途监控系统的实现
• 6.1 监控系统的总体实现
• 6.2 监控系统的硬件实现
• 6.3 监控系统的软件实现
• 6.4 监控系统的实际运行
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文的主要总结
• 7.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 附录1 图索引
• 附录2 表索引
• 致谢
• 攻读学位期间主要的论文情况和科研情况