基于故障树的BIT系统在机车电子柜检测中的应用研究

论文摘要

面对交通领域的激烈竞争,我国铁路提出了“安全、重载、高速”的发展方向,这给机车运行的可靠性和安全性提出了更高的要求,电子控制柜是电力机车的重要组成部分。电子柜由很多插件组成,由于这些电子设备长期在高温振动条件下工作,其故障率极高,迫切需要一种能够对其进行在线状态监测和故障诊断的测试手段,而传统的电子柜诊断装置很难满足这种要求。BIT技术作为当今最重要的在线故障诊断技术之一,已经被广泛应用于航空电子设备中,而在航空领域以外的应用才刚刚起步。因此,本论文从解决实际问题的角度出发,把先进BIT技术与电子柜在线诊断结合起来,尝试性地设计出基于故障树的电子柜BIT综合测试系统并设计了具体的实现方案。首先,论文深入研究了BIT技术的各种特性、故障树理论和电子柜的整机及各插件的功能,详细分析了电子柜故障的类型及其形成机理并为部分典型故障建立了数学模型,而且在研究了电子设备BIT系统测试点的选取原则后,决定采用BIT外部测试点的设计方案。其次,在参考大量国内外相关文献的基础上对一些功能电路进行了BIT监控电路设计,用Multisim软件分别对其进行了故障模拟仿真,仿真结果表明所设计的BIT电路能够对原功能电路进行故障检测及隔离。再次,论文研究了电子设备BIT系统的各种设计要求及电子柜所能被采集到的信号信息,把电子柜对外的测试通道(A组29#、49#和B组29#)作为BIT的外部测试点对BIT系统进行详细的设计。设计时把BIT系统分为三大模块:BIT信息采集模块、BIT信息处理模块和上位控制计算机,前面两大模块是本文研究设计的重点,包括电源隔离电路设计、各种类型的信号采集电路设计及BIT信息核心处理单元(DSP)的软、硬件的设计与实现等,初步构建了电子柜BIT综合测试系统的软、硬件平台。对所设计的电子柜BIT系统三种工作方式的实现进行了研究,分别是上电BIT、连续BIT和手动BIT,并给出了实现的具体工作流程。最后,在深入分析电子柜四种工作状态的基础上分别为其建立起故障树模型,并详细阐述了利用故障树算法实现故障隔离的工作方式和实现过程。本课题的研究对今后电子设备的设计具有一定的现实指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 BIT技术概述
• 1.2 BIT技术国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外现状分析
• 1.2.2 国内现状分析
• 1.2.3 BIT技术发展趋势分析
• 1.3 课题背景及研究意义
• 1.4 目前电子柜测试装置的不足
• 1.5 论文的研究内容和组织结构
• 第2章 BIT技术及故障树理论分析
• 2.1 BIT技术研究
• 2.1.1 BIT的基本类型
• 2.1.2 BIT的基本功能
• 2.1.3 BIT的指标
• 2.1.4 关于BIT的测试点
• 2.1.5 BIT系统的主要结构形式
• 2.1.6 本系统状态判断标准的确定
• 2.2 故障树理论研究
• 2.2.1 故障树算法及其优点
• 2.2.2 故障树的数学描述
• 2.2.3 故障树的定性分析
• 2.2.4 故障树的定量分析
• 2.2.5 故障树的分析过程
• 2.3 本章小结
• 第3章 电子柜系统介绍及其典型故障分析
• 3.1 机车电子控制柜系统介绍
• 3.2 电子柜常见故障
• 3.2.1 电路故障成因
• 3.2.2 电路故障分类
• 3.2.3 电子柜整机故障机理分析
• 3.2.4 电子柜插件电路故障机理分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 功能电路BIT设计及其仿真研究
• 4.1 BIT设计准则
• 4.1.1 测试性设计对BIT设计的基本要求
• 4.1.2 测试性设计对BIT软件设计的要求
• 4.1.3 减少虚警的BIT设计要求
• 4.2 功能电路BIT测试方法分析
• 4.2.1 频率量信号调理电路BIT测试方法
• 4.2.2 开关量信号调理电路BIT测试方法
• 4.2.3 电源功能电路BIT测试方法
• 4.3 功能电路BIT设计及其仿真
• 4.3.1 频率量输入信号调理电路
• 4.3.2 开关量处理电路
• 4.3.3 电源功能电路
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 电子柜BIT系统的设计与实现
• 5.1 电子柜BIT系统设计分析
• 5.1.1 BIT系统设计思想
• 5.1.2 BIT系统总体方案设计
• 5.2 所需采集的信息统计
• 5.3 BIT信息采集模块设计
• 5.3.1 电源隔离部分设计
• 5.3.2 多路转换开关部分设计
• 5.3.3 模拟量信号采集部分设计
• 5.3.4 开关量信号采集部分设计
• 5.3.5 脉冲量采集部分设计
• 5.4 BIT信息处理模块设计
• 5.4.1 DSP硬件的设计与实现
• 5.4.2 DSP主程序软件的设计与实现
• 5.5 电子柜BIT系统工作方式的实现
• 5.5.1 电子柜上电BIT的实现
• 5.5.2 电子柜连续BIT的实现
• 5.5.3 电子柜手动BIT的实现
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于故障树的BIT系统故障定位功能的实现
• 6.1 电子柜A组牵引状态故障树的建立
• 6.1.1 A组牵引状态功能分析
• 6.1.2 A组牵引状态功能部分介绍
• 6.1.3 A组牵引状态故障树的建立
• 6.2 B组牵引状态故障树的建立
• 6.3 电子柜A、B组制动状态故障树的建立
• 6.3.1 A组制动状态故障树的建立
• 6.3.2 B组制动状态故障树的建立
• 6.4 BIT系统故障定位软件算法的实现
• 6.5 BIT技术应用于电子柜检测中的优势
• 6.6 本章小结
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文