和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統的開發應用

趙克元

摘? 要：文章介紹了和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統開發的必要性、技術特征、結構功能;基于和諧型電力機車數據資源在機車質量控制中的作用，闡述了CMD系統、大數據智能專家系統、外部系統三大部分實現的功能，對機車數據無線轉儲、數據處理、故障診斷、故障處置流程、方法等進行了系統介紹。

關鍵詞：機車數據;處理;診斷分析;開發應用

中圖分類號：U269 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）31-0185-04

Abstract： In this paper， the necessity， technical characteristics and structure function of on-board data processing and expert diagnosis system for harmonious electric locomotive are introduced. Based on the role of harmonious electric locomotive data resources in locomotive quality control， this paper expounds the functions of CMD system， big data intelligent expert system and external system. This paper systematically introduces the process and method of locomotive data wireless dump， data processing， fault diagnosis， fault disposal and so on.

Keywords： locomotive data; processing; diagnostic analysis; development and application

1 概述

和諧型電力機車是高度集成化、信息化、網絡化設計的大功率新型電力機車，其車載數據資源的有效利用在故障診斷分析、保障機車運用安全、提升檢修維護效率等方面具有重要意義。隨著近年和諧型電力機車在全路廣泛配屬應用，傳統人工數據轉儲分析的數據處理方式弊端明顯，因此，開發基于智能化機車車載數據處理及診斷分析技術十分必要。

2 系統開發的必要性、可行性分析

2018年10月，我段配屬客、貨運和諧型電力機車86臺，其中HXD1C型電力機車50臺，占和諧型電力機車的58.1%，為我段貨運主力機型，承擔徐州北至云臺山區段59對貨運列車牽引任務，約占我段貨運牽引任務的59%。在系統開發前，我段機車每趟入庫采取人工上車使用筆記本電腦進行轉儲、數據分析人員人工梳理分析的數據處理方式，存在轉儲分析效率低，數據分析不準確全面、信息反饋及響應不及時等問題，既不利于機車故障隱患的防范，也制約機車檢修效率、運用效率的提升。在硬件設施上，近年我段先后建立了標準化整備場、機車大數據分析室、機車在線地面檢測系統、整備安全監控系統、整備作業管理平臺、機車檢修作業管理系統等機車自動化、信息化設施，具備兼容和支持機車數據處理及診斷系統開發的硬件條件。

基于以上條件，我段自2018年3月份開始，著手開發和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統，截至2018年8月，項目已基本開發完成，9月份進入全面優化調試階段，10月份進入試運行階段。

3 技術特征及應用功能

（1）應用功能：和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統實現車載數據無線轉儲、自主診斷分析及故障報修等功能，對機車TCMS數據、6A數據、LKJ數據等多系統數據進行關聯分析及故障診斷，充分發揮車載數據資源在機車故障診斷、精準修車、保障安全方面的作用，并大幅減少人工操作。

（2）專家診斷系統的數據獲取不改變機車固有結構與數據組成，系統在獲取數據過程中，不對機車產生任何不良影響。

（3）專家診斷系統的數據傳輸應采用無線方式（兼顧人工轉儲方式），無線網絡覆蓋范圍為段本部機車整備作業區。

（4）系統兼容windows xp、windows7、windows8/10多種操作系統32位和64位應用環境。

4 數據處理及專家診斷系統構成及功能

4.1 數據處理及專家診斷系統框架由CMD系統、大數據智能專家系統、外部系統三大部分構成（如圖1）

CMD系統：由數據源、數據轉儲環節構成。數據源主要是TCMS、LDP、6A系統、JK11430裝置等車載數據，通過WLAN轉儲、手持終端轉儲等方式進行數據轉儲，將數據存儲在大數據平臺。

大數據智能專家系統：由大數據平臺（段數據服務器、大數據平臺、數據庫、協議解釋器等）和應用平臺兩部分構成，大數據平臺的數據經過數據算法與應用平臺進行數據交換。

專家系統應用平臺：由數據清洗、管理分析、故障診斷、故障預警、應急處置、健康評估、專家知識庫、算法組態、協議解釋器等應用功能構成，是對和諧機車故障診斷分析、數據應用的核心。

外部系統：主要由車號識別系統、整備場整備系統、檢修系統、6A地面分析軟件、TCMS地面分析軟件、JK11430分析軟件等構成。

以上三大部分構成了數據處理及專家診斷系統的基本框架，以滿足我段HXD1C型大功率機車數據處理的需求。因第三部分我段在之前已逐步建立完成，因此本次開發的和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統由CMD離線數據WLAN無線轉儲系統和和諧型電力機車大數據專家診斷系統兩部分組成。

4.2 CMD離線數據WLAN無線轉儲系統

WLAN無線數據轉儲，該項功能是整個診斷系統的基礎，實現了機車數據從轉儲到解析的全過程自動化。CMD離線數據WLAN無線轉儲系統主要由機車車載CMD系統、段WLAN下載專用網路由器、數據庫服務器組成。機車入段時首先進行車號識別，機車車載CMD系統接入段WLAN網絡，自動將6A、LKJ、LDP、TCMS等車載數據通過無線網絡轉儲（或手持終端進行人工轉儲）到數據庫服務器，實現了機車數據下載、解析、轉儲全過程自動化。CMD車載設備與地面WLAN通信實現數據無線下載、斷點續傳，下載總時間不超過20分鐘。

下載的數據在數據服務器中進行解析處理后，再轉儲到對應的數據服務器中，再通過大數據專家系統進行解析存儲，并自動通知機務段有權限的客戶端。內容包括：當前正在轉儲數據文件詳情、進度;當天入庫機車、正在轉儲機車、轉儲成功機車、歷史轉儲查詢功能。離線數據WLAN轉儲地面系統如圖2。

4.3 專家診斷系統平臺

（1）系統構成：基于車載數據進行分析應用，大數據專家診斷系統功能結構主要由信息總覽、文件下載、故障診斷分析、機統6提票管理、統計與報表的自動生成、專家知識庫等，能實現機車數據WLAN自動下載、解析、轉儲，機車趟檢數據分析與診斷，機車歷史文件及故障處置情況查詢。數據下載與分析無需人工操作，并進行故障診斷。通過故障分類統計展示、故障統計表、故障百分比分布圖、故障次數統計圖、故障樹等形式呈現，并能與機車整備作業系統進行數據交換。

（2）應用功能。大數據專家診斷系統主要有以下功能：

a.數據存儲與清洗功能。對當前趟次數據自動快速解析和數據存儲，無需人工操作;根據故障時刻狀態數據以及前后相關的故障條目，對下載的TCMS數據中的眾多故障進行智能篩選與清洗，提煉需要處理的故障，智能屏蔽次生故障、庫內試驗故障，實現將無效故障排除。

b.故障分析與診斷。該項功能是整個診斷系統的核心