和谐型电力机车车载数据处理及专家诊断系统的开发应用

　　摘要：文章介绍了和谐型电力机车车载数据处理及专家诊断系统开发的必要性、技术特征、结构功能;基于和谐型电力机车数据资源在机车质量控制中的作用，阐述了CMD系统、大数据智能专家系统、外部系统三大部分实现的功能，对机车数据无线转储、数据处理、故障诊断、故障处置流程、方法等进行了系统介绍。

　　关键词：机车数据,处理,诊断分析,开发应用

　　建筑方向论文投稿刊物：《电力机车与城轨车辆》(双月刊)创刊于1978年，由中国南车集团株洲电力机车厂主办。本刊面向铁道干线电力机车、动车组与城市轨道车辆整车、配件和专用材料的研究、制造与运用单位面向相关单位的领导干部、专家学者和工程技术人员面向高等院校和中专学校相关专业师生。主要栏目：专题研究、综述•评论、研究开发、制造技术、检测•试验、他山之石、运用检修、技术动态。

　　1概述

　　和谐型电力机车是高度集成化、信息化、网络化设计的大功率新型电力机车，其车载数据资源的有效利用在故障诊断分析、保障机车运用安全、提升检修维护效率等方面具有重要意义。随着近年和谐型电力机车在全路广泛配属应用，传统人工数据转储分析的数据处理方式弊端明显，因此，开发基于智能化机车车载数据处理及诊断分析技术十分必要。

　　2系统开发的必要性、可行性分析

　　2018年10月，我段配属客、货运和谐型电力机车86台，其中HXD1C型电力机车50台，占和谐型电力机车的58.1%，为我段货运主力机型，承担徐州北至云台山区段59对货运列车牵引任务，约占我段货运牵引任务的59%。

　　在系统开发前，我段机车每趟入库采取人工上车使用笔记本电脑进行转储、数据分析人员人工梳理分析的数据处理方式，存在转储分析效率低，数据分析不准确全面、信息反馈及响应不及时等问题，既不利于机车故障隐患的防范，也制约机车检修效率、运用效率的提升。

　　在硬件设施上，近年我段先后建立了标准化整备场、机车大数据分析室、机车在线地面检测系统、整备安全监控系统、整备作业管理平台、机车检修作业管理系统等机车自动化、信息化设施，具备兼容和支持机车数据处理及诊断系统开发的硬件条件。基于以上条件，我段自2018年3月份开始，着手开发和谐型电力机车车载数据处理及专家诊断系统，截至2018年8月，项目已基本开发完成，9月份进入全面优化调试阶段，10月份进入试运行阶段。

　　3技术特征及应用功能

　　(1)应用功能：和谐型电力机车车载数据处理及专家诊断系统实现车载数据无线转储、自主诊断分析及故障报修等功能，对机车TCMS数据、6A数据、LKJ数据等多系统数据进行关联分析及故障诊断，充分发挥车载数据资源在机车故障诊断、精准修车、保障安全方面的作用，并大幅减少人工操作。

　　(2)专家诊断系统的数据获取不改变机车固有结构与数据组成，系统在获取数据过程中，不对机车产生任何不良影响。

　　(3)专家诊断系统的数据传输应采用无线方式(兼顾人工转储方式)，无线网络覆盖范围为段本部机车整备作业区。

　　(4)系统兼容windowsxp、windows7、windows8/10多种操作系统32位和64位应用环境。

　　4数据处理及专家诊断系统构成及功能

　　4.1数据处理及专家诊断系统框架由CMD系统、大数据智能专家系统、外部系统三大部分构成CMD系统：由数据源、数据转储环节构成。数据源主要是TCMS、LDP、6A系统、JK11430装置等车载数据，通过WLAN转储、手持终端转储等方式进行数据转储，将数据存储在大数据平台。

　　大数据智能专家系统：由大数据平台(段数据服务器、大数据平台、数据库、协议解释器等)和应用平台两部分构成，大数据平台的数据经过数据算法与应用平台进行数据交换。专家系统应用平台：由数据清洗、管理分析、故障诊断、故障预警、应急处置、健康评估、专家知识库、算法组态、协议解释器等应用功能构成，是对和谐机车故障诊断分析、数据应用的核心。外部系统：主要由车号识别系统、整备场整备系统、检修系统、6A地面分析软件、TCMS地面分析软件、JK11430分析软件等构成。

　　以上三大部分构成了数据处理及专家诊断系统的基本框架，以满足我段HXD1C型大功率机车数据处理的需求。因第三部分我段在之前已逐步建立完成，因此本次开发的和谐型电力机车车载数据处理及专家诊断系统由CMD离线数据WLAN无线转储系统和和谐型电力机车大数据专家诊断系统两部分组成。

　　4.2CMD离线数据WLAN无线转储系统

　　WLAN无线数据转储，该项功能是整个诊断系统的基础，实现了机车数据从转储到解析的全过程自动化。CMD离线数据WLAN无线转储系统主要由机车车载CMD系统、段WLAN下载专用网路由器、数据库服务器组成。机车入段时首先进行车号识别，机车车载CMD系统接入段WLAN网络，自动将6A、LKJ、LDP、TCMS等车载数据通过无线网络转储(或手持终端进行人工转储)到数据库服务器，实现了机车数据下载、解析、转储全过程自动化。

　　CMD车载设备与地面WLAN通信实现数据无线下载、断点续传，下载总时间不超过20分钟。下载的数据在数据服务器中进行解析处理后，再转储到对应的数据服务器中，再通过大数据专家系统进行解析存储，并自动通知机务段有权限的客户端。内容包括：当前正在转储数据文件详情、进度;当天入库机车、正在转储机车、转储成功机车、历史转储查询功能。

　　4.3专家诊断系统平台

　　(1)系统构成：基于车载数据进行分析应用，大数据专家诊断系统功能结构主要由信息总览、文件下载、故障诊断分析、机统6提票管理、统计与报表的自动生成、专家知识库等，能实现机车数据WLAN自动下载、解析、转储，机车趟检数据分析与诊断，机车历史文件及故障处置情况查询。数据下载与分析无需人工操作，并进行故障诊断。通过故障分类统计展示、故障统计表、故障百分比分布图、故障次数统计图、故障树等形式呈现，并能与机车整备作业系统进行数据交换。

　　(2)应用功能。大数据专家诊断系统主要有以下功能：a.数据存储与清洗功能。对当前趟次数据自动快速解析和数据存储，无需人工操作;根据故障时刻状态数据以及前后相关的故障条目，对下载的TCMS数据中的众多故障进行智能筛选与清洗，提炼需要处理的故障，智能屏蔽次生故障、库内试验故障，实现将无效故障排除。b.故障分析与诊断。该项功能是整个诊断系统的核心功能。

　　专家诊断系统可实现对机车数据清洗之后的故障进行重点分析与诊断，根据诊断分析结果，提供详细的波形分析、故障树分析、处理手册，并自动诊断故障原因，并实现与既有整备系统进行数据交换，提供机统6及故障处理措施。c.关联分析。将故障信息与LKJ、6A及部分TCMS数据进行关联分析。事件记录需根据当前故障进行相关事件记录数据提取，事件记录关联分析需提供列表与波形多样化方式展示，实现事件记录(运行工况)的自动关联诊断分析、结合故障特征自动关联长时间运行工况。

　　d.故障处置。根据诊断结果，提供相应故障物理定位、故障处理手册，指导机车故障处理。e.关键动作部件寿命诊断。系统可以通过关键动作部件(主断路器、接触器、动作开关等部件)的累计动作次数和阶段内平均动作时间来判断其动作性能，与技术规格书中额定参数进行比较，判断其性能趋势，提前主动给出预警。f.查询、统计及报表:系统具有机车历史文件查询功能及机车故障处置情况查询功能;并通过机统6提票管理，对机车临修票提票、回票状态进行统计与查询，实现整个故障处理流程监控，对变化情况进行持续跟踪，为机车检修技术管理提供数据支持及机车故障趋势分析。

　　5专家诊断系统故障诊断分析流程

　　机车入库后CMD离线数据WLAN无线转储系统自动将数据下载导入到专家系统中，专家系统对该机车本趟数据自动解析、清洗后在系统界面显示，作业人员对“清洗后故障条数”进行确认，如为0，则无需进行进一步分析;如不为0，则对该机车故障报警数据进行具体分析。点击详情栏查看按钮，对该机车故障报警具体情况进行查看，通过机车数据记录对故障原因进行确认。可以点击处置手册，了解故障产生的原因;点击知识库查看，根据检修处理措施，对故障进行检查处理。

　　6结束语

　　机车车载数据处理及专家诊断系统开发使用以来，在和谐机车故障诊断、预防、质量控制工作中发挥了积极作用，特别在机车故障提前预判分析、安全隐患提前防控、故障精准化处置方面作用明显。在系统使用过程中，通过机车故障数据及诊断分析经验的积累，我们将对系统不断优化，完善机车故障信息清洗规则，使该系统达到最佳状态，切实在我段机车故障诊断、质量安全控制、提升检修效率、修程修制改革等方面充分发挥好作用。

　　参考文献：

　　[1]王小朋.基于大数据技术的和谐机车智能检修方案研究[J].铁路计算机应用，2019(02)：45-48.

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