基于3G無線通信的機車遠程監控系統*

李 林，魏宏波

(1.南車株機磁浮系統研究所，湖南 株洲 412001；2.寶雞文理學院 機械工程學院，陜西 寶雞 721016)

基于3G無線通信的機車遠程監控系統*

李 林1，魏宏波2

(1.南車株機磁浮系統研究所，湖南 株洲 412001；2.寶雞文理學院 機械工程學院，陜西 寶雞 721016)

機車維護與檢修管理對機車的安全運行至關重要。本文提出了一種集合車輛車載信息裝置、無線傳輸系統和地面綜合應用系統的基于3G無線通信的機車監控系統，用于遠程監視車輛運行狀態，收集與分析車輛故障信息，服務于制造商、維修單位和客戶。

無線傳輸；遠程監控；故障診斷；機車監控

針對各個機務段運行的機車，通過遠程監控系統，可實現設計人員、制造人員、機務段維保人員和各個子系統供應商的信息共享，以及時了解車輛各個子部件的動態信息，為協同分析并解決車輛故障提供有力保障。推廣應用公司車輛售后的安全運行和質量監管，將車輛信息納入產品管理體系，進行全過程的收集、分析和處理，可以為后期的車輛故障診斷系統開發提供數據來源。以信息化帶動組織管理規范化和專業化為主要目標，可提高企業的管理水平，改進業務流程，提高企業的綜合競爭能力。

1 機車遠程監控系統總體要求

1.1 機車狀態監視

實時對所有機車的所有子系統和設備的狀態進行監視。機車狀態監視功能包括:1)當前狀態，查看所選機車的當前狀態；2)履歷狀態，查看所選機車的歷史狀態，能查看最近3年的機車狀態。

1.2 機車故障診斷

對于在線運行的機車，通過車輛控制單元對機車的狀態和故障信息進行分析、匯總和評估，將重要機車運營狀態信息、影響運營的故障信息和相應的故障環境信息(如機車號、車輛號、設備號、故障類型、故障等級、故障日期和時間等)通過車載無線傳輸，發送給遠程的數據器[1]。機車故障診斷功能包括:1)當前故障，查看機車當前故障報告；2)故障履歷，根據給定的查詢條件，查看3個月的機車故障報告，在故障履歷中可篩選各子系統的故障記錄，對各個子系統的故障，提供專家指導。

2 系統構成

車輛遠程監控系統的拓撲結構如圖1所示。系統主要包含3個組成部分：車輛車載數據記錄、無線傳輸設備、區域數據服務器、應用處理服務器和應用(維護)終端工作站[2]。

圖1 遠程監控系統的拓撲結構圖

車載部分的功能是接收車輛MVB網絡傳送的各類運行參數和管理數據，通過GPS系統獲得車輛的絕對位置信息，并將這些數據通過3G傳送到區域服務器。數據須傳送及時，但不需要實時。另外，車載裝置還具有存儲功能，在無線通信中斷情況下可以保存一定時間的車輛數據。通過公用的3G無線通信網，將車載數據傳送至地面，進行分析并按協議存貯在區域數據服務器。應用服務器針對傳回的數據進行解析，反饋車輛的運行狀態和故障分析。通過經過授權的終端(機務段、車輛制造商、子部件供應商)進行互聯網訪問并監視機車的狀態。

3 核心關鍵技術

3.1 車輛車載數據記錄及無線傳輸設備

車輛車載數據記錄及無線傳輸設備的核心是采集車輛信息和并通過無線傳輸到地面。信息采集主要有2種途徑：1)監聽列車網絡控制管理系統(TCMS)MVB網絡端口數據；2)通過列車網絡控制管理系統(TCMS)中的模塊轉發所需要狀態和故障數據信息。近幾年，無線通信行業的發展非常快，傳輸介質包括電話、寬帶、衛星通信、無線電臺和GPRS/CDMA等多種方式，其中，公共3G網絡覆蓋地域越來越廣，且越來越穩定[3]。本文研究的遠程監控系統采用意大利塞拉電子的GATE-WAY設備，其集GPS/GSM/WIRE三者為一體，從列車網絡控制管理系統(TCMS)MVB網絡監聽端口數據，并通過公共移動的3G網絡轉發。通過可編程邏輯，實現當3G網絡信號不暢通時，將數據暫存在設備的存貯器上，等信號穩定時再發出。

3.2 地面數據服務器及應用服務器開發技術

區域服務器主要是完成數據存儲、解析推理和管理工作。其主要包括數據服務器、VPN網關、防火墻和應用軟件服務器等。由VPN設備構建的安全網絡，實現數據的安全、可靠地傳遞和訪問。VPN路由器具備硬件防火墻、VPN網關和路由器的功能[4]。系統結構采用3層結構設計，如圖2所示。

圖2 客戶端3層結構設計圖

應用軟件開發平臺系統由狀態監控、故障診斷和維護管理3個子系統構成，如圖3所示。以來自外部數據接口的狀態數據為基礎，狀態監控子系統顯示關鍵部件的運行狀態；故障診斷顯示關鍵部件的故障信息；維護管理實現系統維護工作信息化，提高可靠性和可用性。

圖3 應用軟件開發平臺

4 結語

基于3G無線通信的機車監控系統是一套集合車輛車載信息裝置、無線傳輸系統和地面綜合應用系統，可以用于遠程監視車輛運行狀態，收集與分析車輛故障信息，服務于制造商、維修單位和客戶的綜合系統。大秦鐵路的應用證明，該系統具有很高的推廣價值和廣闊的產業化應用前景。

[1] 劉廣洋. 基于 GIS/GPS/GPRS的鐵路遠程列車監控系統[J].工程技術與產業經濟，2012(11)：42-43.

[2] 張渝，劉楓. 一種遠程監控系統結構的設計與實現[N].西南師范大學學報：自然科學版，2006(6)：105-109.

[3] 李相文，王曉明，周玲. 基于GPS 的列車監控系統的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2004.(11)：9-10.

[4] 王淑娟.基于嵌入式Web服務器的遠程監控系統的研究[D].武漢：武漢理工大學，2004.

*湖南省科研資助項目(2013GK4032)南車株機資助科研項目(2013KJ12)

責任編輯馬彤

RemoteMonitoringSystemofLocomotivebasedon3GWirelessCommunication

LI lin1, WEI hongbo2

(1.Maglev System Institute，CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China；2. Dept. Electromechanical eng., Baoji Univ. Arts& Sci., Baoji 721016, China)

Maintenance and overhaul is crucial to the locomotive safety running.A remote monitoring system of locomotive based on wireless communication is proposed, and it has vehicle information and wireless transmission system and ground application system. The system is used for remote monitoring of vehicle running status, collection and analysis of vehicle fault information.

wireless transmission，remote monitor and control，fault diagnosis,locomotive monitoring

TP 87；U 289.1

：A

李林 (1981-)，男，工程師，主要從事列車電氣網絡控制等方面的研究。

2014-12-15